Ο ελεγκτής είναι το βασικό στοιχείο στο σύστημα ελέγχου αυτοματισμού, υπεύθυνος για τη λήψη σημάτων αισθητήρων, την επεξεργασία δεδομένων, την έκδοση οδηγιών ελέγχου για την επίτευξη ακριβούς ελέγχου του ελεγχόμενου αντικειμένου. Οι μέθοδοι ελέγχου του ελεγκτή ποικίλλουν και διαφορετικές μέθοδοι ελέγχου είναι κατάλληλες για διαφορετικά σενάρια και ανάγκες ελέγχου. Σε αυτό το άρθρο, θα εισαγάγουμε λεπτομερώς διάφορες μεθόδους ελέγχου που χρησιμοποιούνται συχνά από τους ελεγκτές, συμπεριλαμβανομένου του ελέγχου PID, του ασαφούς ελέγχου, του προσαρμοστικού ελέγχου, του προγνωστικού ελέγχου, του ελέγχου νευρωνικών δικτύων και του ευφυούς ελέγχου.
1. Έλεγχος PID
Ο έλεγχος PID (Αναλογικός-Ολοκληρωμένος-Παράγωγος Έλεγχος) είναι μια κλασική μέθοδος ελέγχου, που χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική παραγωγή, την αεροδιαστημική, τις μεταφορές, κ.λπ. Ο ελεγκτής PID ελέγχει το ελεγχόμενο αντικείμενο μέσω των τριών συνδέσμων Αναλογικό (P), Ολοκληρωμένο (I) και Παράγωγο (D).
1.1 Αναλογικός έλεγχος
Ο αναλογικός έλεγχος είναι η βάση του ελέγχου PID, ο νόμος ελέγχου είναι: u (t)=Kp * e (t), όπου u (t) για την ποσότητα ελέγχου, Kp για τον συντελεστή αναλογικότητας, e (t) για την απόκλιση. Η κύρια λειτουργία του αναλογικού ελέγχου είναι η μείωση της απόκλισης και η βελτίωση της ταχύτητας απόκρισης του συστήματος.
1.2 Ολοκληρωμένος έλεγχος
Η λειτουργία του ολοκληρωμένου ελέγχου είναι να εξαλείψει τη στατική διαφορά του συστήματος και να βελτιώσει τη σταθερότητα του συστήματος. Ο νόμος ελέγχου είναι: u(t)=u(t-1) + Ki * ∫e(t)dt, όπου Ki είναι ο ολοκληρωτικός συντελεστής.
1.3 Διαφορικός έλεγχος
Η κύρια λειτουργία του διαφορικού ελέγχου είναι η καταστολή της ταλάντωσης του συστήματος και η βελτίωση της ικανότητας κατά-παρέμβασης του συστήματος. Ο νόμος ελέγχου του είναι: u(t)=u(t-1) - Kd * de(t)/dt, όπου Kd είναι ο διαφορικός συντελεστής.
1.4 Χαρακτηριστικά ελέγχου PID
Ο έλεγχος PID έχει τα πλεονεκτήματα της απλής δομής, της εύκολης προσαρμογής των παραμέτρων, της προσαρμοστικότητας και ούτω καθεξής, αλλά ταυτόχρονα υπάρχουν ορισμένοι περιορισμοί, όπως κακός έλεγχος μη γραμμικών και χρονικά μεταβαλλόμενων συστημάτων και υψηλότερες απαιτήσεις για την προσαρμογή των παραμέτρων.
2. Ασαφής έλεγχος
Ο ασαφής έλεγχος είναι ένας τύπος ελέγχου που βασίζεται στη ασαφή λογική, ο οποίος είναι κατάλληλος για την αντιμετώπιση της αβεβαιότητας και της ασάφειας. Ο ασαφής ελεγκτής πραγματοποιεί τον έλεγχο του ελεγχόμενου αντικειμένου μέσω τριών μερών: ασαφούς βάσης κανόνων, ασαφούς μηχανής συμπερασμάτων και αποασαφοποιητή.
2.1 Ασαφής βάση κανόνων
Η βάση των ασαφών κανόνων είναι ο πυρήνας του ασαφούς ελεγκτή, ο οποίος περιέχει μια σειρά από ασαφείς κανόνες για την περιγραφή της σχέσης μεταξύ των μεταβλητών εισόδου και των μεταβλητών εξόδου. Ένας ασαφής κανόνας είναι της μορφής IF μεταβλητή εισόδου IS fuzzy set, και μετά η μεταβλητή εξόδου IS fuzzy set.
2.2 Μηχανή ασαφούς συμπερασμάτων
Η μηχανή ασαφούς συμπερασμού αιτιολογεί τις μεταβλητές εισόδου σύμφωνα με τους κανόνες της βάσης ασαφών κανόνων για να πάρει τις ασαφείς τιμές των μεταβλητών εξόδου. Η διαδικασία της ασαφούς εξαγωγής συμπερασμάτων περιλαμβάνει τέσσερα στάδια: ασάφεια, αντιστοίχιση κανόνων, σύντηξη κανόνων και αποασαφοποίηση.
2.3 Defuzzifier
Ο ρόλος του αποασαφοποιητή είναι να μετατρέπει τις ασαφείς τιμές που λαμβάνονται από τη ασαφή συλλογιστική σε πραγματικές ποσότητες ελέγχου. Οι συνήθεις μέθοδοι αποασαφοποίησης περιλαμβάνουν τη μέθοδο μέγιστης συσχέτισης, τη μέθοδο σταθμισμένου μέσου όρου κ.λπ.
2.4 Χαρακτηριστικά ασαφούς ελέγχου
Το Fuzzy Control έχει την ικανότητα να αντιμετωπίζει αβεβαιότητα και ασαφή προβλήματα, με χαμηλές απαιτήσεις για ρύθμιση παραμέτρων και υψηλή προσαρμοστικότητα. Ωστόσο, ο ασαφής έλεγχος έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς, όπως η κατασκευή της βάσης κανόνων απαιτεί μεγάλη εμπειρία και γνώση και η ακρίβεια ελέγχου επηρεάζεται από τη διαίρεση του ασαφούς συνόλου και τη μέθοδο συμπερασμάτων.
3. Προσαρμοστικός έλεγχος
Ο προσαρμοστικός έλεγχος είναι ένα είδος μεθόδου ελέγχου που μπορεί να προσαρμόσει αυτόματα τις παραμέτρους ελέγχου σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του ελεγχόμενου αντικειμένου και τις περιβαλλοντικές αλλαγές. Ο προσαρμοστικός ελεγκτής περιλαμβάνει συνήθως τρία μέρη: αναγνώριση μοντέλου, εκτίμηση παραμέτρων και σχεδιασμός νόμου ελέγχου.
3.1 Αναγνώριση μοντέλου
Η αναγνώριση μοντέλου είναι η βάση του προσαρμοστικού ελέγχου, μέσω των δεδομένων εισόδου και εξόδου για τη δημιουργία του μαθηματικού μοντέλου του ελεγχόμενου αντικειμένου, για την παροχή μιας βάσης για την εκτίμηση παραμέτρων και το σχεδιασμό του νόμου ελέγχου.
3.2 Εκτίμηση παραμέτρων
Η εκτίμηση παραμέτρων είναι η εκτίμηση των παραμέτρων του ελεγχόμενου αντικειμένου στο διαδίκτυο σύμφωνα με τις πληροφορίες που λαμβάνονται από την αναγνώριση μοντέλου, η οποία παρέχει πληροφορίες παραμέτρων πραγματικού χρόνου για το σχεδιασμό του νόμου ελέγχου.
3.3 Σχεδιασμός νόμου ελέγχου
Ο σχεδιασμός του νόμου ελέγχου είναι ο σχεδιασμός του νόμου ελέγχου προσαρμοσμένος στα χαρακτηριστικά του ελεγχόμενου αντικειμένου και στις περιβαλλοντικές αλλαγές σύμφωνα με τα αποτελέσματα της αναγνώρισης του μοντέλου και της εκτίμησης παραμέτρων, έτσι ώστε να πραγματοποιηθεί ο ακριβής έλεγχος του ελεγχόμενου αντικειμένου.
3.4 Χαρακτηριστικά προσαρμοστικού ελέγχου
Ο προσαρμοστικός έλεγχος έχει την ικανότητα να προσαρμόζεται στα χαρακτηριστικά του ελεγχόμενου αντικειμένου και στις περιβαλλοντικές αλλαγές και μπορεί να πραγματοποιήσει τον έλεγχο μη γραμμικών και χρονικά μεταβαλλόμενων συστημάτων. Ωστόσο, ο προσαρμοστικός έλεγχος έχει επίσης ορισμένους περιορισμούς, όπως η ακρίβεια της αναγνώρισης του μοντέλου και η εκτίμηση των παραμέτρων επηρεάζει το αποτέλεσμα ελέγχου και ο σχεδιασμός του νόμου ελέγχου είναι περίπλοκος.
4. Προγνωστικός έλεγχος
Ο προγνωστικός έλεγχος είναι μια μέθοδος ελέγχου που βασίζεται σε μελλοντικές πληροφορίες πρόβλεψης, η οποία πραγματοποιεί τον βέλτιστο έλεγχο του ελεγχόμενου αντικειμένου προβλέποντας τη μελλοντική συμπεριφορά του ελεγχόμενου αντικειμένου.
4.1 Προγνωστικό μοντέλο
Το μοντέλο πρόβλεψης είναι η βάση του προγνωστικού ελέγχου, που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη δυναμική συμπεριφορά του ελεγχόμενου αντικειμένου. Τα μοντέλα πρόβλεψης που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι το μοντέλο ARX, το μοντέλο BJ και ούτω καθεξής.
4.2 Αλγόριθμος Πρόβλεψης
Ο αλγόριθμος πρόβλεψης προβλέπει τη μελλοντική συμπεριφορά του ελεγχόμενου αντικειμένου σύμφωνα με το μοντέλο πρόβλεψης και τις τρέχουσες πληροφορίες εισόδου και εξόδου. Οι ευρέως χρησιμοποιούμενοι αλγόριθμοι πρόβλεψης περιλαμβάνουν αναδρομικά ελάχιστα τετράγωνα, φίλτρο Kalman κ.λπ.
4.3 Έλεγχος βελτιστοποίησης
Ο βέλτιστος έλεγχος βασίζεται στα αποτελέσματα πρόβλεψης, μέσω του αλγόριθμου βελτιστοποίησης για την επίλυση του βέλτιστου νόμου ελέγχου, για την επίτευξη βέλτιστου ελέγχου του ελεγχόμενου αντικειμένου. Οι αλγόριθμοι βελτιστοποίησης που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι ο γραμμικός προγραμματισμός, ο τετραγωνικός προγραμματισμός και ούτω καθεξής.