پایان نامه طراحی کنترلر PID برای سیستمهای چند متغیره غیرخطی به روش فازی

پایان نامه طراحی کنترلر PID برای سیستمهای چند متغیره غیرخطی به روش فازی

چکیده

در این پایان نامه یک نوع کنترلکننده فازی PID معرفی شده است. در این روش ابتدا کنترل کننده PID به وسیله یکی از روش های کلاسیک مانند زیگلر – نیکولز صراحی می شود. ممکن است پاسخی که از این روش بدست می آید مشخصه های مناسبی نداشته باشد، برای تصحیح این پاسخها کنترل کننده فازی PID پیشنهاد شده است. در این روش با استفاده از الگوریتم فازی بهره های تناسبی و انتگرالی حول مقادیر اولیه شان، در حین کار سیستم به گونه ای تغییر داده می شوند که مشخصه های پاسخ بهبود یابد. سپس این روش با استفاده از کنترل کننده های قطری به سیستم های چند متغیره تعمیم داده شده است. همچنین تغییراتی در قوانین فازی ایجاد شده است تا بتوان این روش را در مورد سیستم های ناپایدار نیز به کار برد. در نهایت کنترل کننده فازی PID به یک سیستم چند متغیره غیرخطی (سیستم تانک های چهارتایی) و یک سیستم چند متغیره غیرخطی ناپایدار) سیستم پاندول های معکوس) اعمال شده است. نتایج شبیه سازی ها کارایی این روش را در بهبود پاسخ ها نشان می دهد.

فصل اول

مقدمه

1-1- مقدمه

کنترل کننده های PID ابزاری استاندارد برای اتوماسیون صنعتی هستند. انعطاف پذیری این کنترل کننده، امکان استفاده از این نوع کنترل را در بسیاری از حالات فراهم می آورد. این کنترل کننده ها در کنترل Cascade و سایر صورت های کنترل قابل استفاده هستند. بسیاری از مسائل کنترل ساده را در صورتی که ملزومات عملکرد خیلی بالا نباشد، می توان با کنترل PID به خوبی حل کرد. الگوریتم PID  به صورت رگولاتورهای استاندارد برای کنترل فرآیندها، مجتمع شده است. یک صورت این الگوریتم به شکل زیر است:

که در آن u متغیر کنترل و e خطای تعریف شد ه به صورت e=ysp-y است که در آن ysp مقدار مرجع و y خروجی فرآیند می باشد. سیگنال کنترل جمع سه ترم می باشد. ترم P (که ضریبی از خطا است)، ترم I (که ضریبی از انتگرال خطاست)، و ترم D که (ضریبی از مشتق خطا می باشد). پارامترهای کنترل کننده بهره تناسبی K، زمان انتگرال Ti و زمان مشتق TD می باشند. وظیفه اصلی عمل انتگرال این است که اطمینان حاصل کنیم که خروجی فرایند در حالت دائم مقدار مرجع را دنبال می کند. هدف از عمل مشتق نیز افزایش پایداری سیستم حلقه بسته می باشد.

با وجود اینکه تئوری های پیشرفته ای در علم کنترل به وجود آمده است ولی کنترل کننده [1] PID هنوز در اکثر فرآیندهای کنترلی به کار می رود. دلیل این امر سادگی این کنترل کننده، آشنایی افراد با آن، سهولت دسترسی به آن و کارایی در مجموع خوب این کنترل کننده می باشد. البته این کنترل کننده در بعضی کاربردها کارایی کاملا خوبی ارائه نمی کند ولی در بسیاری از کاربردهای معمول، کارایی بسیار مناسبی دارد. به هرحال هرچند کارایی کنترل کننده PID در کاربردهای صنعتی کاملاً ایده آل نیست، در حال حاضر این کنترل کننده یکی از پر کاربردترین کنترل کننده ها در فرآیندهای صنعتی می باشد.

با توجه به تعریف سیستم کنترل، طراحی سیستم های کنترل را در حالت کلی می توان به شش بخش تقسیم نمود:

1- تعریف و فرمول بندی اهداف کنترل، در حوزه زمان و یا فرکانس.

2- انتخاب مدل سیستم و نوع آن (خطی، غیرخطی و…)

3- انتخاب ساختار کنترل

4- طراحی کنترل کننده شامل انتخاب روش طراحی (PID، LOG و…)

5- شبیه سازی و آزمایش به منظور ارزیابی سیستم حلقه بسته

6- اجرای عمل کنترل کننده ها، حسگرها و محرک ها در سیستم واقعی

کنترل در سیستم های چند متغیره به دو بخش کنترل متمرکز که به وسیله یک کنترل کننده چند ورودی – چند خروجی صورت می گیرد و دیگری کنترل غیرمتمرکز که توسط چند کنترل کننده یک ورودی – یک خروجی انجام می گیرد، تقسیم می شود.