fuzzy-pid controller
در نشریات گروه مکانیک-
کنترل کننده های PID به عنوان یکی از رایج ترین و موفق ترین تکنیک ها برای کنترل سیستم های دینامیکی در نظر گرفته شده اند. بااین حال، در صورت وجود عدم قطعیت ها و سیستم های پیچیده، عملکرد آن ها ممکن است نامطلوب باشد. هدف اصلی این تحقیق ارزیابی و بهبود عملکرد کنترل کننده PID در سیستم ناوبری کوادکوپتر سم پاش زراعی با بار متغیر و با استفاده از رویکردهای مبتنی بر فازی است. ابتدا پارامترهای کنترل کننده PID، ثابت و سپس بر اساس جدول جستجو و باتوجه به تغییرات بار کوادکوپتر تنظیم می شوند. شبیه سازی ها نشان می دهد که کنترل کننده PID با پارامترهای ثابت و یا با کمک جدول جستجو، در صورت عدم قطعیت هایی مانند تغییرات بار، عملکرد مورد انتظار خود را ندارند. درنتیجه، تنظیم دقیق تر پارامترها ضروری می شود؛ بنابراین، از سیستم های فازی برای تنظیم برخط پارامترهای کنترل کننده PID در سیستم ناوبری کوادکوپتر سم پاش با بار متغیر استفاده شده است. کنترل کننده PID مبتنی بر فازی در مقایسه با کنترل کننده PID با پارامتر ثابت و یا جدول جستجو، دقت بالاتر و ناوبری پایدارتری را به دست می آورد.کلید واژگان: کوادکوپتر، سیستم سم پاش، کنترل ناوبری، کنترل کننده PID، کنترل کننده فازی -PIDProportional-Integral-Derivative (PID) controllers have been regarded as one of the most prevalent and successful techniques for controlling dynamic systems. However, in the presence of uncertainties and complicated systems, their operation may be undesirable. The major purpose of this research is to assess and improve the performance of the PID controller in the variable load crop spraying quadcopter navigation system using fuzzy-based approaches. At first, the PID controller parameters are fixed and then are tuned based on a look-up table according to the quadcopter load changes. The simulations reveal that the PID controller with fixed parameters or based on the lookup table does not have its expected performance, in the presence of uncertainties such as load variations, and hence it is required to tune the parameters more correctly. Therefore, here the fuzzy systems are utilized for online parameter tuning of the PID controller in the parameters in the variable load spraying quadcopter navigation system. The proposed fuzzy-based PID controller achieves higher accuracy and more stable navigation compared with the fixed-parameter PID controller or look-up table.Keywords: Quadcopter, Sprayer System, Navigation Control, PID Controller, Fuzzy-PID Controller
-
آلیاژهای حافظه دار دسته ای از مواد هوشمند با خاصیت منحصر بفرد حافظه شکلی هستند. خاصیت حافظه شکلی این مواد قابلیتی جالب برای کاربرد به عنوان عملگر در مکانیزم های مختلف ایجاد می نماید. این مواد قابلیت بازیابی طول اولیه با اعمال فرآیندهای حرارتی را دارا می باشند. در این مقاله، به کنترل فازی-PID یک ساختار متضاد با عملگرهایی از جنس سیم آلیاژ حافظه دار پرداخته می شود. مدل برینسون به همراه شرایط تبدیل فاز الهی نیا برای توصیف معادلات انتقال فاز از مارتنزیت به آستنیت و بالعکس استفاده می شود. با ترکیب قانون دوم نیوتن، مدل تبدیل فاز، مدل انتقال حرارت و مدل کرنش سیم، معادلات دیفرانسیلی حاکم بر رفتار مکانیزم مزبور استخراج می گردد. به واسطه دینامیک به شدت غیرخطی و پدیده هیسترزیس این مواد، کنترلر غیرمدل مبنای فازی- PID برای کنترل موقعیت مورد استفاده قرار خواهد گرفت. قوانین فازی به گونه ای تعریف می گردند که ضرایب تناسبی، مشتق گیر و انتگرالی متناسب با خروجی سیستم به روزرسانی شوند. نتایج این تحقیق به هر دو صورت تیوری و عملی مورد ارزیابی قرار خواهند گرفت. نشان داده خواهد شد که تحت کنترلر ارایه شده، خطای تعقیب نسبت به سیگنال مرجع بصورت نمایی به صفر میل خواهد کرد.کلید واژگان: آلیاژ حافظه دار، تبدیل فاز، ساختار متضاد، مدل برینسون، کنترل فازی-PIDShape memory alloys (SMAs) are a special kind of smart materials with an intrinsic shape memory effect. This characteristic brings up SMAs as an actuator in dynamical mechanisms. These materials can recover their initial length under special thermal operations. This paper deals with fuzzy-PID control of contrary mechanisms actuating with a pair of SMA wires. The Brinson model combining with the Elahinia’s conditions are employed to describe the phase transformation models. By combining the Newton second law, transformation models, heat transfer and strain relations, the governing equations of the contrary mechanism is derived. Due to nonlinear behavior of SMA actuators, the non-model-based controllers are preferred compared with the model-based ones. Therefore, the fuzzy-PID control method is employed to control the position of the closed-loop system. The fuzzy rules are defined such that the coefficients of the PID controller are tuned according to the system response. Both numerical and experimental results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed approach. It will be shown that under the proposed method, the tracking error will converge to zero asymptotically.Keywords: Shape memory alloy, Phase transformation models, Contrary mechanisms, Brinson model, Fuzzy-PID controller
-
در این نوشتار به ارایه الگوریتمی جدید بر اساس ویژگی های کنترل کننده های Fuzzy-PID به منظور برآورد شار حرارتی در مسایل انتقال حرارت هدایتی معکوس پرداخته شده است. ساختار اصلی Fuzzy-PID، کنترل کننده PID بوده که در آن بهره های تناسبی، انتگرال گیر و مشتق گیر توسط سیستم فازی بصورت آنلاین بدست آورده می شوند. ورودی الگوریتم دماهای اندازه گیری شده در داخل مدل مورد مطالعه است که در هر لحظه کنترل کننده هوشمند، شار حرارتی مناسب به منظور تطبیق دمای اندازه گیری شده با دمای ورودی مطلوب را محاسبه می کند. یکی از مزیتهای الگوریتم پیشنهادی، دنباله ایی بودن آن در تخمین شار حرارتی است. مدل مورد مطالعه یک صفحه تخت با یک سطح عایق و سطح فعالی که بر آن شار حرارتی متغیر با زمان اعمال می شود، می باشد. تغییرات شار حرارتی می تواند با زمان به صورت ثابت، پله ایی و مثلثی در نظر گرفته شود. دماهای اندازه گیری شده در سطح فعال و غیرفعال با شبیه سازی عددی به دست آورده شده است. اثر نویز موجود در دماهای اندازه گیری بر دقت روش پیشنهادی بررسی شده است. نتایج حاصله از تخمین ها و آنالیز خطا نشانگر آن است که این الگوریتم در برآورد شکل های مختلف شار حرارتی با مقادیر مختلف نویز موجود دردماهای اندازه گیری شده و موقعیت های مختلف ترموکوپل در دیواره با دقت خیلی خوبی کاملا موفق بوده است.
کلید واژگان: شکل های مختلف شار حرارتی، روش آنلاین معکوس، نویز، فیلتر، کنترل کننده Fuzzy-PIDThis paper dealing with a novel algorithm based on features of Fuzzy-PID controllers to estimate heat flux on the inverse heat conduction problems. The main structure of Fuzzy-PID is a PID controller in which the proportionalو integrator and the derivative gains are obtained online by fuzzy system. The input of the algorithm is the measured temperatures within the model. In each time-step, the smart controller calculates the proper heat flux in order to adjust the measured temperature with desired input temperature. The model studied a flat plate with an insulated surface and an active level that affects the variable heat flux at the time. The variation of heat flux with time can be considered to be constant, step, and triangular. The measured temperatures are obtained at the active and inactive surface with numerical simulation. The effect of noise level at the measurement temperatures on the accuracy of the proposed method is investigated. The estimations and error analysis indicate that this algorithm is very successful in estimating the different forms of heat flux with different amounts of noise and the different thermocouple positions in the wall.
Keywords: Heat Flux, Sequential inverse method, noise, Filter, Fuzzy-PID controller -
Continuum robotic arms that are inspired from nature, have many advantages compared to traditional robots, which motivate researchers in this field. Dynamic modeling and controlling these robots are challenging subjects due to complicated nonlinearities and considerable uncertainties existing in these structures. In this paper, first a dynamic three-dimensional model of the continuum robotic arm is developed as a black-box model through system identification method. The validity of the obtained model is confirmed by the experimental data. Then, by using the obtained model, a hybrid PID-fuzzy controller, which is considered as a model-free controller and does not require the exact model of the system is employed for controlling the position of the end-effector. Finally, obtained results and the performance of the controller in reaching to different positions of the workspace, either trained or not, is discussed.
Keywords: Continuum robotic arm, system identification, Fuzzy-PID controller, Position control -
این مقاله یک مدل کنترلی کاملا عملی و سخت افزاری برای پرنده چهار روتور ارائه می کند. مدلسازی کوادروتور با استفاده از روابط اویلر-نیوتون بیان می شود. برای پایدارسازی و کنترل کوادروتور یک کنترلر کلاسیک PID طراحی و پیاده سازی شده و از یک کنترلر فازی برای تنظیم ضرایب کنترلی استفاده می شود. با توجه به اینکه کوادروتور یک سیستم غیرخطی است استفاده از کنترلرهای کلاسیک برای پایدار سازی آن به اندازه کافی موثر نخواهد بود، از این رو استفاده از سیستم فازی که از جمله کنترلرهای غیرخطی به شمار می رود برای این سیستم غیرخطی موثر خواهد بود. سیستم فازی با توجه به مقدار مطلوب منظور شده برای کوادروتور بهره های کنترلی را به منظور بهبود عملکرد کوادروتور تنظیم می کند و نتایج بهتری نسبت به کنترلر کلاسیک PID درپی دارد. یک مجموعه آزمایشگاهی شامل حسگرهای شتاب سنج و ژیروسکوپ به همراه میکروکنترلر برای پیاده سازی کنترلر زاویه ای فازی PID طراحی و ساخته شده است. با توجه به اینکه داده های آزمایشگاهی دارای خطا و نویز هستند از فیلتر کالمن برای کاهش نویز حسگر استفاده شده است. در نهایت استفاده از فیلتر کالمن برای فیلتر داده های آزمایشگاهی منجر به کنترل زاویه ای مناسب مجموعه شده است.کلید واژگان: کنترلر فازی PID، کوادروتور، فیلتر کالمن، سیستم فازی، کنترلر زاویه ایThis paper presents a completely practical control approach for quadrotor drone. Quadrotor is modelled using Euler-Newton equations. For stabilization and control of quadrotor a classic PID controller has been designed and implemented on the plant and a fuzzy controller is used to adjust the controller parameters. Considering that quadrotor is a nonlinear system, using classic controllers for the plant is not effective enough. Therefor using fuzzy system which is a nonlinear controller is effective for the nonlinear plant. According to the desire set point, fuzzy system adjusts the controller gain values to improve the performance of quadrotor and it leads to better results than classical PID controller. To study the performance of fuzzy PID controller on attitude control of the system, a quadrotor is installed to the designed stand. The system consists of accelerometer and gyroscope sensors and a microcontroller which is used to design fuzzy PID attitude controller for the quadrotor. Considering that the experimental data has lots of errors and noises, Kalman filter is used to reduce the noises. Finally using the Kalman filter leads to better estimation of the quadrotor angle position and the fuzzy PID controller performs the desired motions successfully.Keywords: Fuzzy PID controller, Quadrotor, Kalman filter, Fuzzy system, Attitude controller
-
در این مقاله، امکان دستیابی به پایدارسازی وضعیت ماهواره در صورت از کار افتادن یک یا چند چرخ عکس العملی با استفاده از تنها یک عملگر تراستر به عنوان جبران ساز مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش گشتاورهای کنترلی با استفاده از یک مکانیزم تراستر دورانی دو درجه آزادی تولید می شوند. در اثر از کار افتادن چرخ های عکس العملی، زوایای گیمبال مکانیزم تراستر به عنوان ورودی های کنترلی به سیستم افزوده می شوند. الگوریتم کنترل کننده بر اساس معادلات دینامیک و سینماتیک حرکت ماهواره در حضور اغتشاشات توسعه یافته است بطوریکه پایدارسازی سه محوره وضعیت یک ماهواره در مدار ارتفاع پایین که در معرض اغتشاشات قرار دارد توسط سه عملگر چرخ عکس العملی نصب شده در هر راستا انجام شده است. گشتاورهای اغتشاشی وارد بر ماهواره شامل گشتاورهای گرادیان جاذبه، فشار تابش خورشیدی و آیرودینامیک می باشد. برای آموزش کنترل کننده هوشمند نورو فازی در ابتدا از کنترل کننده پی آی دی استفاده شده است. شبیه سازی های عددی نشان می دهد که روش کنترلی پیشنهادی برای پایدارسازی وضعیت ماهواره در حضور اغتشاشات، نتایج قابل قبولی دارد و افزودن یک عملگر تراستر به سیستم به عنوان جبران ساز، قابلیت اطمینان را در انجام ماموریت های فضایی بالا می برد و در صورت از کار افتادن حتی دو چرخ عکس العملی، مکانیزم تراستر با دقت بالایی وارد سیستم کنترلی شده و پایداری ماهواره را در شرایط مطلوب حفظ و کنترل می کند.کلید واژگان: زیر سیستم کنترل وضعیت، چرخ عکس العملی، تراستر، کنترل کننده پی آی دی، نورو فازیIn the present study, a new attitude stabilization concept has been investigated for a satellite considering failure in one or more reaction wheels. In this approach control torques could be generated using only one thruster mounted on a two axis gimbal mechanism. In the other word, in the absence of reaction wheel(s), control torques are generated by applying a thruster rotating mechanism which can be turned around two axes by thruster vector. If any failure happened in reaction wheels, gimbal angles mechanisms will be added to the system as input controlling. Controller algorithm based on dynamic and kinematic equations of the satellites motion, has been developed in the presence of disturbances. Three-axis stabilization of the attitude in a LEO orbit satellites under disturbances has been executed by applying three reaction wheel actuators to produce torque in each direction. Disturbance torques that are commonly applied to the satellites are gravity gradient, solar radiation pressure and aerodynamics. For training the intelligent neuro-fuzzy controller, PID controller is employed. Numerical simulations show that, the recommend controlled method have acceptable results (in the presence of disturbances) and adding of a thruster actuator to the system as a redundancy, could enhance the space missions reliability and if any fault happened in the operation of reaction wheels, thruster mechanisms come in to control system , accurately, and sustained satellite stability at desirability attitude.Keywords: Attitude Control Subsystem, Reaction Wheel, Thruster, Neuro, Fuzzy PID Controller
-
Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering, Volume:39 Issue: 1, 2015, PP 113 -129A novel technique is investigated for PID controller adaptation in order to control the temperature of a liquid-phase reactor tank by using a heat exchanger system. As for nonlinearity, time delay problems and model uncertainties introduced by the heat exchanger, an interval type-2 fuzzy system (IT2FS) is implemented to enhance and improve the total control performance. Moreover, the fuzzy inference rules which enable the adaptive adjustment of PID parameters are established based on error and error variations. Target tracking, oscillation control and error evaluation for the proposed controller are compared with previously performed control strategies on the mentioned heat exchanger system. The results show that the adaptive technique for PID gain based on IT2FS has lower error and strengthened capacity for external oscillation control and also an acceptable tracking capability.Keywords: Fuzzy PID controller, self, tuning control, interval type, 2 fuzzy, heat exchanger system
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.