Sisteme Avansate pentru Controlul unui Proces Neliniar

1. Introducere

In aceasta lucrare se prezinta studiul reglarii unui sistem neliniar, prin metode avansate de

control, precum logica fuzzy. Sistemul analizat se numeste “bila pe plan inclinat”, un sistem ce are

drept scop echilibrarea unei bile metalice pe un plan ce este dirijat de un motor electric pe curent

continuu. Scopul studiului este de a dezvolta o aplicatie de control si monitorizare pentru acest

sistem.

Am ales sitemul “bila pe plan inclinat”, deoarece datorita naturii didactice a acestuia, se pot

pune in aplicare diverse metode de control, de la cele clasice precum regulatoarele PID, pana la

metode avansate precum regulatoare cu logica fuzzy, retele neuronale, sisteme hibride, algoritmi

genetici pentru identificarea sistemului etc. De asemenea mediul in care s-a dezvoltat aplicatia de

monitorizare si control, Labview (National Instruments), este unul intuitiv si transparent.

In capitolul al doilea, “Sistemul bila pe plan inclinat” se vor prezenta caracteristicile

generale ale sistemului, se vor exemplifica posibile modele ale procesului. Sunt prezentate si

notiuni generale ale sistemelor neliniare. In cel de-al treilea capitol “Sisteme Fuzzy – notiuni

generale”, se expun conceptele si teoria generala a sistemelor fuzzy. Se continua cu al patrulea

capitol “Sitemul Fuzzy de conducere al procesului bila pe plan inclinat”, aici se formuleaza

problema reglarii sistemului utilizand un regulator cu logica fuzzy, se propune o solutie de

conducere, impreuna cu o validare in simulare a acesteia. Ultimul capitol cuprinde experimentele

realizate in cadrul acestei lucrari, pe instalatia “bila pe plan inclinat”. Se prezinta panoul de test si

calibrare dezvoltat pentru aceasta instalatie, impreuna cu aplicatia de control si monitorizare a

acesteia, ambele dezvoltate in mediul Labview (National Instruments). Rezultatele implementarii

solutiei de control, sunt de asemenea prezente in acest capitol.

5

2. Sistemul “bila pe plan inclinat”

2.1 Prezentare generala

Experimentul numit “Ball & Beam” este unul cat se poate de cunoscut in domeniul

ingineriei reglarii automate. Folosit de cele mai multe ori ca instrument didactic, experimentul are

drept scop echilibrarea unei bile pe o parghie ce este rotita de catre un motor electric si rejectia

eventualelor perturbatii. La prima vedere, nu pare sa aibe vreun folos in lumea reala, dar acest

experiment poate fi asociat cu probleme ingineresti din realitate, cum ar fi stabilitatea orizontala a

unui avion in timpul decolarii, aterizarii sau in conditii de turbulente. (Wang, 2007)

Trebuie mentionat ca sistemul in bucla deschisa este instabil si neliniar. Problema

instabilitatii poate fi rezolvata prin incadrarea sistemului intr-o bucla inchisa, folosind a bucla de

reactie. Reprezentarea in spatiul starilor poate ajuta la stabilizarea sistemului. Neliniaritatea nu

este atat de accentuata, in cazul in care parghia se deplaseaza la un unghi mic fata de pozitia

orizontala; astfel in acest caz, putem liniariza procesul. Dar in cazul in care deplasarea unghiulara

creste, trebuie sa aplicam metode de control neliniare precum fuzzy control.

In cele ce urmeaza vom prezenta diverse sisteme “Ball & Beam” construite de catre alte

organizatii sau institutii de invatamant.

Arroyo a construit in 2005 un sistem experimental, numit “Ball on Balancing Beam”

(figura 2.1.1). Sistemul folosea o rezistenta liniara pentru a determina pozitia bile de-a lungul

planului. Rezistenta se comporta ca un potentiomentru. S-a folosit un motor pe curent continuu,

iar reglarea s-a facut folosind un regulator de tip PDF.