Algorytm logiki rozmytej w zastosowaniu do sterownia procesem spalania.

Możliwe jest to dzięki znacznemu rozwojowi elektroniki oraz układów mikroprocesorowych w ostatnich dekadach. Stąd implementacja nawet złożonych algorytmów sterowania nie sprawia takich trudności jak w przeszłości. Przykładami algorytmów wykorzystywanych do sterowania procesem spalania, mogą być bardzo popularne i często stosowane: PID oraz Fuzzy Logic (Logika Rozmyta). Algorytm PID, mimo swojej popularności, posiada również wady w zastosowaniu do sterowania piecem centralnego ogrzewania, które wynikają z nieliniowości tego procesu – podatności na wpływ wielu czynników, takich jak: jakość użytego opału, temperatury zewnętrznej, zmian temperatury, skoku temperatury zadanej, wydajności systemu itd. Stąd im bardziej algorytm regulacji jest w stanie opisać nieliniowość regulowanego obiektu, tym uchyb regulacji będzie mniejszy, a efekt regulacji lepszy.
Logika rozmyta
Przykładem algorytmu dedykowanego do sterownia procesami nieliniowymi jest logika rozmyta (Fuzzy Logic). Jest on stosowany rzadziej ze względu na jego trudności w fazie projektu sterownika oraz wymóg posiadania niezbędnej wiedzy eksperckiej do zdefiniowania reguł używanych na etapie wnioskowania. Na rysunku 1 przedstawiona jest przykładowa charakterystyka algorytmu na dwóch zmiennych wejściowych (E oraz dE) oraz zmiennej wyjściowej Y, która steruje pracą wentylatora dawkującego ilość powietrza. Użytkownik dla tego układu zobowiązany jest ustawić temperaturę zadaną, natomiast zadaniem sterownika/regulatora jest utrzymanie tej temperatury na piecu. Poglądowy schemat algorytmu został pokazany na rysunku 2.
Trzy kroki
Wartościami wejściowymi układu jest błąd regulacji E oraz jego pochodna dE. Obydwie wielkości mają charakter ilościowy (np. E = 10, dE = 2, co oznacza, że różnica między Tzadana a Tpieca wynosi +10oC, przyrost temperatury względem poprzedniej pętli regulacji wynosi +2oC). Algorytm składa się z trzech głównych kroków: rozmycia wartości wejściowych, wnioskowania, wyostrzenia wartości wyjściowej. Blok rozmycia ma za zadanie przetworzenie informacji ilościowej na jakościową, np. błąd jest mały (A1), średni (A2) lub duży (A3), i wyliczenie funkcjami przynależności danej wielkości do danego zbioru rozmytego, np. uE(A1) = 0,2; uE(A2) = 0,8; uE(A3) = 0,0 – oznacza to, że po rozmyciu błąd E jest niski z wagą 0,2 i średni z wagą 0,8. Po wyliczeniu wartości przynależności wielkości wejściowych do danych zbiorów rozmytych następuje operacja wnioskowania, czyli podejmowania decyzji o funkcji przynależności dla wielkości wyjściowej Y. Kluczową sprawą dla algorytmu logiki rozmytej jest dobór reguł wnioskowania. Jest to mapa działania sterownika, która powinna być przygotowana z poziomu eksperta, znającego dany proces regulacji, a w szczególności zachowanie się obiektu. W naszym przypadku jest to piec centralnego ogrzewania. Jeżeli już znamy wszystkie wartości uY(A1), uY(A2), uY(A2), przechodzimy do bloku wyostrzenia funkcji przynależności, czyli znalezienia jednej wartości Y, która by odpowiadała wejściowym wartościom E oraz dE, np. Y = 50, co może oznaczać, że nadmuch powinien być załączony z mocą 50% lub na czas 50 s. Sposób działania algorytmu może wydawać się dość skomplikowany, jednakże efekty jego pracy są zaskakujące. Przykładowy efekt działania sterownika z tabelą reguł 4 x 3 został przedstawiony na rysunku 3. Dla porównania załączam również charakterystykę dla prostego algorytmu włącz/wyłącz (rys. 4).
Podsumowanie
Odnosząc się do załączonych przebiegów zarejestrowanych na rzeczywistym obiekcie, stosując algorytmy bardziej zaawansowane, osiągamy duże lepsze parametry regulacji, ograniczając tym samym przeregulowanie (przekroczenie temperatury zadanej) oraz znaczne ograniczenie temperatury spalin podczas normalnej pracy, co bezpośrednio przekłada się na oszczędności finansowe. Warty podkreślenia jest fakt, że „zaawansowany” nie oznacza „skomplikowany” dla użytkownika, którego jedynym zadaniem jest ustawienie żądanej temperatury Tzadana – reszta spoczywa na „barkach sterownika”.
Krzysztof Nawacki
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij