Kontroler je ključna komponenta u sustavu automatizacije upravljanja, odgovoran za primanje signala senzora, obradu podataka, izdavanje kontrolnih uputa za postizanje precizne kontrole nad kontroliranim objektom. Metode kontrole regulatora su različite, a različite metode kontrole prikladne su za različite scenarije i potrebe kontrole. U ovom ćemo radu detaljno predstaviti nekoliko metoda upravljanja koje često koriste regulatori, uključujući PID upravljanje, neizrazito upravljanje, adaptivno upravljanje, prediktivno upravljanje, upravljanje neuronskom mrežom i inteligentno upravljanje.
1. PID kontrola
PID regulacija (Proporcionalna-Integralna-Derivativna regulacija) je klasična metoda regulacije, naširoko korištena u industrijskoj proizvodnji, zrakoplovstvu, transportu itd. PID regulator upravlja kontroliranim objektom kroz tri veze proporcionalne (P), Integralne (I) i Derivativne (D).
1.1 Proporcionalna kontrola
Proporcionalna regulacija je osnova PID regulacije, zakon regulacije je: u (t)=Kp * e (t), gdje je u (t) za kontrolnu veličinu, Kp za koeficijent proporcionalnosti, e (t) za odstupanje. Glavna funkcija proporcionalnog upravljanja je smanjiti odstupanje i poboljšati brzinu odziva sustava.
1.2 Integralna kontrola
Funkcija integralnog upravljanja je eliminirati statičku razliku sustava i poboljšati stabilnost sustava. Zakon upravljanja je: u(t)=u(t-1) + Ki * ∫e(t)dt, gdje je Ki integralni koeficijent.
1.3 Diferencijalno upravljanje
Glavna funkcija diferencijalne kontrole je potiskivanje oscilacija sustava i poboljšanje sposobnosti zaštite od-smetnji sustava. Njegov zakon upravljanja je: u(t)=u(t-1) - Kd * de(t)/dt, gdje je Kd diferencijalni koeficijent.
1.4 Karakteristike PID regulacije
PID regulacija ima prednosti jednostavne strukture, lakog podešavanja parametara, prilagodljivosti i tako dalje, ali u isto vrijeme postoje neka ograničenja, kao što je loša regulacija nelinearnih i vremenski-promjenjivih sustava te viši zahtjevi za prilagodbu parametara.
2. Neizrazito upravljanje
Neizrazita kontrola je vrsta kontrole temeljena na neizrazitoj logici, koja je prikladna za rješavanje nesigurnosti i dvosmislenosti. Neizraziti regulator ostvaruje kontrolu nad kontroliranim objektom kroz tri dijela: neizrazita baza pravila, neizraziti stroj za zaključivanje i defuzzifikator.
2.1 Baza neizrazitih pravila
Baza neizrazitih pravila je srž neizrazitog regulatora, koji sadrži niz neizrazitih pravila za opisivanje odnosa između ulaznih i izlaznih varijabli. Neizrazito pravilo ima oblik AKO je ulazna varijabla neizraziti skup, a izlazna varijabla JE neizraziti skup.
2.2 Stroj za neizrazito zaključivanje
Stroj za neizrazito zaključivanje razmišlja o ulaznim varijablama prema pravilima u bazi neizrazitih pravila kako bi dobio neizrazite vrijednosti izlaznih varijabli. Proces neizrazitog zaključivanja uključuje četiri koraka: fuzzifikaciju, podudaranje pravila, fuziju pravila i defuzzifikaciju.
2.3 Defuzifikator
Uloga defuzzifikatora je pretvaranje neizrazitih vrijednosti dobivenih iz neizrazitog razmišljanja u stvarne kontrolne veličine. Često korištene metode defuzzifikacije uključuju metodu maksimalne pripadnosti, metodu ponderiranog prosjeka itd.
2.4 Karakteristike neizrazitog upravljanja
Neizrazito upravljanje ima sposobnost rješavanja neizvjesnosti i neizrazitih problema, s niskim zahtjevima za prilagodbu parametara i velikom prilagodljivošću. Međutim, neizrazito upravljanje također ima neka ograničenja, kao što je konstrukcija baze pravila zahtijeva puno iskustva i znanja, a na točnost upravljanja utječe podjela neizrazitog skupa i metoda zaključivanja.
3. Adaptivno upravljanje
Adaptivno upravljanje je vrsta metode upravljanja koja može automatski prilagoditi parametre upravljanja prema karakteristikama kontroliranog objekta i promjenama u okolini. Adaptivni regulator obično uključuje tri dijela: identifikaciju modela, procjenu parametara i dizajn zakona upravljanja.
3.1 Prepoznavanje modela
Identifikacija modela osnova je adaptivne kontrole, putem ulaznih i izlaznih podataka za uspostavljanje matematičkog modela kontroliranog objekta, kako bi se osigurala osnova za procjenu parametara i dizajn zakona upravljanja.
3.2 Procjena parametara
Procjena parametara je online procjena parametara kontroliranog objekta u skladu s informacijama dobivenim identifikacijom modela, što daje-informacije o parametrima u stvarnom vremenu za dizajn zakona upravljanja.
3.3 Dizajn zakona upravljanja
Dizajn kontrolnog zakona je dizajniranje kontrolnog zakona prilagođenog karakteristikama kontroliranog objekta i promjenama okoline prema rezultatima identifikacije modela i procjene parametara, kako bi se ostvarila precizna kontrola kontroliranog objekta.
3.4 Karakteristike adaptivnog upravljanja
Adaptivno upravljanje ima sposobnost prilagodbe karakteristikama kontroliranog objekta i promjenama okoline te može ostvariti upravljanje nelinearnim i vremenski-promjenjivim sustavima. Međutim, adaptivno upravljanje također ima neka ograničenja, kao što je točnost identifikacije modela i procjena parametara utječe na učinak upravljanja, a dizajn zakona upravljanja je kompliciran.
4. Prediktivno upravljanje
Prediktivno upravljanje je metoda upravljanja temeljena na informacijama predviđanja budućnosti, koja ostvaruje optimalno upravljanje nadziranim objektom predviđanjem budućeg ponašanja nadziranog objekta.
4.1 Prediktivni model
Prediktivni model je osnova prediktivnog upravljanja, koristi se za opisivanje dinamičkog ponašanja kontroliranog objekta. Često korišteni modeli predviđanja su ARX model, BJ model i tako dalje.
4.2 Algoritam predviđanja
Algoritam predviđanja predviđa buduće ponašanje kontroliranog objekta prema modelu predviđanja i trenutnim ulaznim i izlaznim informacijama. Često korišteni algoritmi predviđanja uključuju rekurzivne najmanje kvadrate, Kalmanov filter itd.
4.3 Kontrola optimizacije
Optimalna kontrola temelji se na rezultatima predviđanja, kroz optimizacijski algoritam za rješavanje optimalnog zakona upravljanja, kako bi se postigla optimalna kontrola nad kontroliranim objektom. Optimizacijski algoritmi koji se često koriste su linearno programiranje, kvadratno programiranje i tako dalje.