3784493136

Identyfikacja oraz strojenie regulatora PIP przy wykorzystaniu pakietu MA TL AB. DanieI Czarkowski

Wstęp

Z wykorzystaniem automatyki spotykamy się na każdym kroku, nawet wtedy, gdy sobie tego do końca nie uświadamiamy. Weźmy tak prozaiczną sprawę, jak kupno bananów. Aby znalazły się w Polsce trzeba je przetransportować z krajów tropikalnych. W tym celu należy utrzymać stałą temperaturę w chłodni, co jest realizowane przez zastosowanie regulatora PID. Odpowiedni dobór nastaw regulatora pozwala na bezpieczne przewiezienie wspomnianych bananów do portu przeznaczenia. Już ten przykład ilustruje, jak ważna jest wiedza o strojeniu regulatorów, wiedza zdobywana na uczelni. Niestety praktyka wskazuje, iż mimo istnienia 181 naukowych metod doboru nastaw, nadal dominuje sposób empiryczny, o czym przekonałem się podczas pracy w firmie Thoresen & Moen.

Jedną z wyżej wspomnianych metod naukowych są algorytmy genetyczne, które zostały zaimplementowane do mojego programu. Naśladują one procesy zachodzące w ewolucji. Algorytmy te, używając prostych metod kodowania i mechanizmów reprodukcji, pozwalają na rozwiązywanie dość złożonych problemów optymalizacyjnych. Metoda ta zalicza się do elementów sztucznej inteligencji (ang. Artificial Inte/ligence, Al), tak jak sieci neuronowe, systemy ekspertowe i obliczenia rozmyte. W ostatnich latach wzrost wydajności komputerów pozwolił na bardzo szybki rozwój tych technik i zastosowanie ich w wielu dziedzinach życia.

Celem niniejszej pracy jest strojenie regulatora PID metodą ewolucyjną. Dodatkowo praca jest poszerzona o identyfikację obiektu. Pierwszym krokiem strojenia regulatora jest otrzymanie matematycznego modelu obiektu inercyjnego pierwszego rzędu, jakim jest zbiornik z cieczą. Jest to osiągnięte przez podanie skoku jednostkowego na badany obiekt. Dane są przesyłane do Matlaba za pomocą Data Acąustion Unit. Program ma na celu zniwelowanie zakłóceń poprzez usuniecie szumu wysokiej częstotliwości. W programie zastosowano trzy metody identyfikacyjne, dwie z nich są dostępne w Identification Toolbox, natomiast metoda klasyczna została zaimplementowana przeze mnie. Po otrzymaniu matematycznego modelu, program znajduje nastawy regulatora PI(D) za pomocą dwóch technik optymalizacyjnych, jakimi są algorytmy genetyczne oraz komputerowe wspomaganie projektowania systemów nieliniowych (ang. Nońlinear Control Design Blockset Toolbox, NCD) dostarczony przez Mathworks. Obsługę programu ułatwia Graficzny Interfejs Użytkownika (ang. Grafical User Inter face).