unui sistem de control al temperaturii utilizÂnd … · unui sistem de control al temperaturii...

DEZVOLTAREA ŞI IMPLEMENTAREA

UNUI SISTEM DE

CONTROL AL TEMPERATURII

UTILIZÂND

CONTROLER FUZZY

Cuprins

Fundamentare teoretică

Implementare practică

Rezultate experimentale

Concluzii

2

Fundamentare teoretică

• 1965 - Lotfi Zadeh

• apartenenţa unui obiect la o mulţime - valori între 0 şi 1

• limbaj natural: dacă <premisa> atunci <concluzia>

• mulţime fuzzy - clasă de obiecte cu grade de apartenenţă continue

• SLF: mulțimi (intrare, ieşire), reguli fuzzy, raționament fuzzy

Logica fuzzy

Mulţimi fuzzy de

intrare (A)

Baza de reguli

fuzzyMulţimi fuzzy de

ieşire (B)

FuzzificareInferenţă

Y*=X*○(X→Y)

Defuzificare

Baza de cunoştinţe

x*

Valori tranşante de intrare

X*Y* y*

Valori tranşante la ieşire

Operaţii fuzzy

Mulţimi fuzzyMulţimi fuzzy

Flu

x d

e i

nfo

rmaţi

i

Flux de calcul

3

eroare ∑∑ procesprescriere ieşire

++

+

+

P

I

D

)(teK p

t

i

p dtteT

K0

)(1

dt

tdeTK dp

)(

-

)(tuc

Controler clasic

Fundamentare teoretică

])(

)(1

)([0

t

d

i

p

dt

tdeTdtte

Ttek

cu

4

Controler fuzzy

• reguli definite de utilizator

• fiecărei reguli îi corespunde o mulţime parţială de ieşire

• ∆e = e(k) - e(k-1)

•

∑ ieşire+

-∑

Controler fuzzy

Întârziere

∆t

senzor

Element de control

*y e

∆e

cu

y

yye *

Fundamentare teoretică

5

Implementare practică

Incinta termică Platforma EEboard

CAN

CNA

Senzor

Execuţie

Prelucrare

analogică pentru

achiziţie

Placa de sunetMATLAB/

Simulink

Prelucrare

analogică pentru

comandă

Flux comandă

Flux achiziţie

Controler

fuzzy

Placă de sunet - limitare

cuplaj capacitiv

valori tensiune: [-1V; +1V]

- amplificare

achiziţie 3:1

comandă 1:1

Schema de principiu

6

Incinta termică

Senzor

LM35

factor de scală liniar +10 mV/°C

măsurarea temperaturii în intervalul -55°C,+125°C

temperatura citită - diferită cu 0.01 °C de temperatura suprafeţei

precizie 0.5 °C (la +25 °C )

tensiune de alimentare - între 4V şi 30V

Rezistenţă termică (element de incalzire)

două rezistenţe ceramice conectate în paralel

Implementare practică

echivR

VP

2

7

Platforma EEboard

Flux de achiziţie

Implementare practică

LM741

+

-

V+

V-

OUT LM555 GND

TRIGGEROUTPUTRESET

CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE

VCC

Vee

9

0

Vcc

1k

Vcc

GND

Vcc

1k

2.2u

0

Vcc

-9

0

GND

Vee

Vee

11k

1k

0

LM35

Vcc OUT

GN

D

GND

Vcc

LM741

+

-

V+

V-

OUT

3k

0

Vcc

Vcc

1k

1k

47n

0

Amplificator Av=12LM555

Repetor

Senzor de

temperatură

8

9/5

Structura internă și funcționare CI 555

Tensiunile de referinta pentru

comparatoarele C1 si C2 sunt

fixate de catre reteaua rezistiva

R1- R1-R1 care divide tensiunea

VCC:

comV

CCV3

1

Prag de sus (C1):

Prag de jos (C2):

Daca se utilizeaza tensiunea

de comanda Vcom :

2

comV

Prag de sus (C1):

Prag de jos (C2):

Vcom stabileste astfel nivelul semnalului variabil

Rezultate experimentale

Semnalul preluat de la 555

Semnalul preluat de la senzor

Semnalul transmis spre Simulink

Flux de achiziţie

10

Platforma EEboardImplementare practică

Flux de comandă

9

0

Vcc

-9

0

Vee

LM741

+

-

V+

V-

OUT

LM741

+

-

V+

V-

OUT

D

10u 27k

6.8k

Q1

2N2221

22k

Q2

BD237

0

0 0

5.5k

1k

0

+12

0

Vsursa Vcc

Vee

Vee

Vcc

Vsursa

Detector de vârf pozitiv

Amplificator Av=6.5

Tranzistor Darlington

Rezistenţa

termică

11

Semnalul provenit din Simulink

Semnalul de la iesirea detectorul de vârf

Rezultate experimentaleFlux de comandă

12

Schemă SimulinkImplementare practică

13

Controler fuzzy T-S

Implementare practică

Variabile de intrare: e, de3 mulţimi de tip zmf, gauss, smf

Variabila de ieşire: du3 mulţimi singleton: Ne = -0.2

Ze = 0

Po = 0.2

Baza de reguli

e

de

N Z P

N Ne Ne Ze

Z Ne Ze Po

P Ze Po Po

14

Exemplu de activare a regulilor

Reguli activate

– 5: Dacă (e Є Z) şi (de Є Z) atunci (du Є Ze)

– 8: Dacă (e Є P) şi (de Є Z) atunci (du Є Po)

Defuzzificare - medie ponderată

Implementare practică

85

8855*

zzy

15

Evoluţia temperaturii incintei:Tref=45°C

Rezultate experimentale

16

Rezultate experimentaleEvoluţia semnalelor: Tref=45°C

Te

cu →

maxcu

cdue → 0

cu

e, cdu

cu, → const.

17

Rezultate experimentaleEvoluţia temperaturii incintei:Tref-variabilă

45°C 37°C

18