آموزش طراحی و تنظیم ضرایب کنترل کننده پی آی دی PID با منطق فازی

یکی از مهم ترین و پرکاربردترین‬ انواع کنترل کننده های مورد استفاده در صنعت، کنترل کننده های PID (تناسبی-انتگرال گیر-مشتق گیر و یا Proportional-Integral-Derivative) هستند. چرا که این خانواده از کنترل کننده ها، در کنار سادگی ساختاری و امکان پیاده سازی نسبتا آسان، دارای عملکرد مناسبی برای حوزه وسیعی از سیستم های تحت کنترل هستند، و از کیفیت و مقاومت بالایی برخوردارند. طراحی و به کار گیری کنترل کننده PID، نیازمند تنظیم و تصمیم گیری در خصوص مقادیر سه پارامتر است، که اصطلاحا به عنوان ضرایب یا بهره های کنترل کننده PID شناخته می شوند. اما تنظیم این ضرایب کار آسانی نیست و قواعد و رویکردهای فراوانی برای این موضوع، پیشنهاد شده است. استراتژی های موجود در زمینه طراحی و تنظیم ضرایب کنترل کننده PID، به دو گروه کلی قابل تقسیم هستند. یک دسته از روش ها، ضرایب را برای یک بار تنظیم می کنند و این مقادیر در کل دوران استفاده، ثابت است و به همان صورت استفاده می شود. به عنوان یک مثال معروف از روش های این دسته، می توان به روش زیگلر-نیکولز (Ziegler-Nichols) اشاره نمود، که رویکردی ثابت در طول زمان است و یک بار و برای همیشه، پیشنهادی را برای مقادیر ضرایب کنترل کننده PID پیشنهاد می دهد. این رویکردها، غالبا ساده هستند و بعضا بر اساس کارهای تجربی و بعضا در نتیجه محاسبات پیشنهاد شده اند. اما غالبا مشکلی که این روش ها دارند، عدم تطبیق پذیری ضرایب است، که منجر به افت کیفیت پاسخ، برای برخی حالات می شود. از این رو، اغلب یک بازنگری کلی در کارکرد این نوع از کنترل کننده ها، اجتناب ناپذیر است. دسته دیگر روش های طراحی کنترل کننده PID، رویکردهای آنلاین هستند که در هر لحظه از زمان، مقادیر پارامترهای کنترل کننده PID را، با توجه به شرایط تعیین می کنند و از این رو، به این دسته از کنترل کننده ها، کنترل کننده های PID تطبیقی نیز گفته می شود. در فرادرس آموزش طراحی و تنظیم ضرایب کنترل کننده PID با منطق فازی، رویکردی مشابه با کنترل کننده های تطبیقی و با تکیه بر توان استنتاج سیستم های فازی ایجاد شده است که در هر لحظه از زمان، برای مقادیر ضرایب کنترل کننده PID پیشنهادی به خصوص را دارد. این رویکرد، نوعی زمان بندی بهره یا Gain Scheduling است که وظیفه تعیین مقادیر بهره ها، بر عهده یک سیستم فازی است. این سیستم فازی، با دریافت خطا و مشتق خطا در هر لحظه از زمان، مقادیر ضرایب کنترل کننده PID را به صورت مناسبی محاسبه و در ساختار کنترل کننده جایگذاری می نماید. مدرس این مجموعه آموزش، دکتر سید مصطفی کلامی هریس (دکترای مهندسی کنترل از دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی) است. مانند سایر آموزش های فرادرس، در این مجموعه آموزشی، ابتدا مباحث تئوری مربوط به کنترل کننده PID فازی و شیوه عملکرد آن، به صورت کامل تشریح شده است. در ادامه، کنترل کننده PID فازی به صورت گام به گام و کاملا عملی، با استفاده از امکانات تولباکس فازی متلب و نرم افزار سیمیولینک شبیه سازی شده است. علاوه بر این، نحوه تنظیم ضرایب کنترل کننده PID با استفاده از رویکرد زیگلر-نیکولز، در این فیلم آموزشی مورد بحث واقع شده است و نتایج به دست آمده از این روش، با نتایج مربوط به زمان بندی بهره فازی برای کنترل کننده PID، مقایسه شده اند. این آموزش و رویکردهای مطرح شده در آن، می تواند برای طراحی کنترل کننده PID فازی برای انواع سیستم های دینامیکی مورد استفاده قرار گیرد. به طور ویژه، دانشجویان و پژوهشگران رشته های مهندسی کنترل، مهندسی برق (گرایش های مختلف)، مهندسی مکانیک، مهندسی مکاترونیک، مهندسی روباتیک، مهندسی شیمی، مهندسی هوافضا و هر حوزه دیگری که به نوعی نیازمند استفاده از سیستم های کنترل است، می توانند از این آموزش استفاده نمایند.

فرادرس

سید مصطفی کلامی هریس