145257410

r

-\

Rozmyte algorytmy sterowania procesami przemysłowymi

r

Politechnika Gdańska

Wydział Elektroniki, Telekomunikacji

i Informatyki

Katedra Systemów Decyzyjnych

Dyplomant: mgr inż. Michał Duzinkiewicz Promotor: prof. dr hab. inż. Zdzisław Kowalczuk

v

/-\

Cel pracy:

Celem pracy było opracowanie oraz implementacja układu regulacji automatycznej poziomu cieczy w prostym zbiorniku. Zaprojektowany system miał za zadanie wygenerowanie regulatora rozmytego o przyjętej strukturze zdolnego do sterowania przyjętym modelem matematycznym obiektu. Ponadto system sterowania powinien był posiadać zdolność adaptacji w celu spełnienia wszystkich przyjętych wskaźników jakościowych dotyczących procesu regulacji.

Etapy pracy:

. Opracowanie modelu matematycznego obiektu . Opracowanie systemu sterowania:

. Określenie celu sterowania . Określenie wskaźników jakościowych . Opracowanie architektury systemu sterowania . Wybór struktury regulatora rozmytego . Wybór algorytmów adaptacji regulatora Implementacja systemu sterowania . Wykonanie badań dotyczących jakości zaprojektowanego systemu.

Algorytmy adaptacji:

Sterowanie rozmyte poziomem cieczy oparte było na zbiorze modyfikowalnych reguł określających zachowanie zaworu dopływowego. Zaprojektowany system w sposób automatyczny określał ilość potrzebnych do sterowania reguł oraz dostrajał ich parametry reguł w celu spełnienia przyjętych wskaźników jakościowych procesu.

Do realizacji postawionego zadania w systemie zaimplementowano dwa algorytmy adaptacji:

• Algorytm FMRLC - Fuzzy Model Reference Learning Control. Zadaniem algorytmu było strojenie reguł rozmytych odpowiedzialnych za poprawne sterowanie obiektem.

Właściwości systemu:

Właściwości zaprojektowanego w ramach pracy systemu sterowania zostały zbadane przy pomocy licznych symulacji układu. Przedmiotem tych badań było zachowanie się układu dla różnych wartości parametrów regulatora oraz mechanizmu adaptacji określone przez całkowe wskaźniki jakościowe ISE, IAE i ITAE. Uzyskane wyniki potwierdziły wysoką jakość pracy systemu w bardzo szerokim przedziale dobieranych parametrów.

Wykonane badania pozwoliły również na przeprowadzenie studium nad różnymi niekorzystnymi zjawiskami występującymi w układzie oraz sposobami ich skutecznej eliminacji.

!*«>••« w»IOK4 a4«luyw«ł)»iOKi rr*£ JU I.gn.lj «ch_rtu    w    Cd .muc (.v»~«crc~ *• 14 !«<•>.(*

T

Proces strojenia powierzchni regulatora w czasie algorytmu FMRLC

Algorytm rozszczepiania reguł rozmytych. Działanie algorytmu polegało na rozbijaniu odpowiednio wybranych reguł regulatora na szereg podreguł, zwiększając tym samym zdolność adaptacji układu.

10    0 iót

qi(t)

	5		Lfi. df.i -4. y.4 .4. .
	^Yź-y? IŹćL		-r" ~. r- -V- t -r -v— “ - - A- -V- ^ -- ^-►

Idea rozszczepiania reguł na powierzchni regulatora przez algorytm

Sterowanie poziomem wody w zbiorniku

	-!-		—	-r
		L......_	... 7^ >	i
........T !		V, (		\ ą
r ■ _	_i_		_i_x

100

200

300

400

500

i-
!	7
—	zb 1 input ref

2 05 •

600

Praca zawru^Sd$lywowego

		^_		L_	- zw. 1
				...j-Tttt:
........			Z]r	_J		i
J...					u.. JT
r-
_	—			_i_

100

200

400

500

Czas |s]

15

04

Sterowanie poziomem wody w zbiorniku

—		i-			- zb 1 - mpul ‘ ref
f		/		/
t::=			——		H=I

100

200

300

400

_    CzasJsJ,

Praca zaworu dopływowego

500

600

0 3 -

02

		-!	- zw 1
i,.........	...........	1...........j...........
			.IZl=
_	—	i _i_	f _i_

100

200

300

Czas |s)

400

500

600

Przykładowy wykres powierzchni trójwymiarowej współczynnika ITAE uzyskany podczas symulacji układu dla różnych nastaw regulatora rozmytego

	—	—			— —**
r	y -.....- -...... —-	f	l	r........	L......_!
/	\		\ \		\
		_	_

CM* W

ei

5 006

P^		W«o^! mm	-mm
	\-	r —		\-
		f
_		_i_		_

»|-	—			—	............g
J	i	T ......	L..........		i r
		t			......................
•< ...................
«-J		_i

		PM(1 ;m nWMy	"F=	EE1
	\—	t...........r........		r............
		t		l
	_	_i_	_

Schemat obiektu oraz zaprojektowanego systemu

sterowania

600

Przykładowe symulacje działania układu