The Application of Fuzzy Control in Water Tank Level Using Arduino

“The Application of Fuzzy Control in Water Tank Level Using Arduino” başlıklı çalışma Fayçal CHABNI, Rachid TALEB, Abderrahmen BENBOUALI, Mohammed Amin BOUTHIBA tarafından yapılmış olup (IJACSA) International Journal of Advanced Computer Science and Applications dergisinin 2016 yılındaki 7.cildindeki 4.sayısında 261-265.sayfalarında basılmıştır.

Arduino kullanarak su tankı seviyesini bulanık olarak kontrol etme uygulaması

Sıvı seviyesi kontrolü sıvının yapısı, kontrol mekanizmasındakisürtünme gibi nedenlerden dolayı nonlineer bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Endüstriyel olarak en yaygın kullanılan denetleyici PID’dir.

PID Nedir?

PID sık kullanılan geri besleme denetleyicisi yöntemidir.
PID(proportional,Integral,Derivative) oransal-integral-türevsel denetleyici PID kontrol döngüsü yöntemi , yaygın endüstriyel kontrol sistemlerinde kullanılan genel bir kontrol döngüsü geribildirim mekanizmasıdir. Bir PID denetleyici ölçülü bir süreç içinde değişen ve istenilen ayar noktası ile arasındaki farkı olarak bir “hata” değerini hesaplar. Kontrolör proses kontrol girişini ayarlayarak hatayı en aza indirerek istenilen ayar değerine ulaşmak için çalışır.
PID algoritması üç ayrı sabit parametreyi içerir ve buna göre bazen üç aşamalı kontrol denir: oransal, P ile gösterilir integral I ile gösterilir türev değerleri, D ile gösterilir
Sezgisel olarak, bu değerler mevcut değişim göz önüne alınarak zaman açısından şu şekilde yorumlanabilir; P mevcut hataya bağlıdır, I geçmiş hataların toplamı ve D gelecekteki hataların bir tahminidir.
Bu üç eylemin ağırlıklı toplamı yoluyla kontrol edilen süreç istenilen seviyeye ayarlamak için kullanılır. Böylece örnek olarak bir kontrol valfının pozisyonu ya da bir ısıtma elemanı çıkış gücü kontrol edilerek istenilen akış veya sıcaklık seviyesi en en düşük hata ile elde edilmeye çalışılır.
Geçmişte istatistik değerleri olmayan bir sürecin ve bilginin olmadığı durumlarda,PID denetleyici algoritması tarihsel olarak en iyi denetleyici olarak kabul edilmektedir. PID kontrol algoritması üç parametre ile , özel proseslerin gereksinimleri için kontrol eylemi sağlayabilir.Denetleyicinin tepkisi hatanın denetlenerek yanıtlanması olarak tarif edilebilir. , derecesi, kontrol sistemi ve istenen salınım derecesi aşma distorsiyonlarını için. Dikkat edilmesi gereken konu; PID algoritmasının kullanımı, sistemin veya sistem stabilizasyonunu optimal olarak edemeyeceğidir.
Bazı uygulamalarda, uygun bir sistem kontrolü sağlamak için sadece bir veya iki işlem kullanmak gerekebilir. Bu, diğer parametrelere sıfır değeri vererek elde edilebilir. Bu durumda PID, ilgili denetim eylemlerinin yokluğuna göre PI, PD, P veya I olarak tanımlanir.Türevsel eylem, ölçüm gürültüsüne hassas olduğundan PI kontrolörleri, oldukça yaygındır. Bir Integral öğesinin olmaması kontrol hareketi nedeniyle sistemin istenilen değere ulaşmasını engelleyebilir. [Kaynak: https://tr.wikipedia.org/wiki/PID]

Çalışmada hem PI (Proportional, Integral) hem de fuzzy logic denetleyiciler sisteme eklenmiştir. Bu iki denetleyici Arduino üzerinde çalıştırılmıştır.

Sistemin Tanımlanması

-Su tankı
-Sıvı seviyesi sensörü
-12 V ile çalışan bir su pompası
-DC/DC dönüştürücü güç kaynağı
-Arduino

Su tankı kontrol sisteminin yapısı

Arduino, RS232 üzerinden bilgisayarla haberleşmektedir.

Sistem Tanımlama

Sistemin matematiksel modelini çıkarmak için “MATLAB identification toolbox” kullanılmıştır.

Bulanık Mantık Kullanımı

Girişler:
1-Sistem hatası(hata)
2-Hata sinyalinin değişimi(hatanın türevi)

Sistem tek çıkışlıdır.

Bulanık Mantık denetleyicisinin özellikleri aşağıdadır:

Controller type : Mamdani
And method : Min
Or method : Max
Implication :Min
Defuzzification :Centroid

Hem girişler hem de çıkış için aynı üyelik fonksiyonu kullanılmıştır:

NG = very low
EZ = zero
PG = very high

Bulanık Mantık Kuralları:

Hata büyükse hata oranı hızlı değişir ve sistem hata oranını sıfıra yaklaştırmak için hızlı çalışır, hata küçükse daha yavaş bir şekilde çalışır, hata sıfır ise değişim olmaz.

Sistemin çalışma grafiği(Simülasyon):

Sistemin çalışma grafiği(Deneysel):

Çalışmayı indirmek için:

the_application_of_fuzzy_control_in_water_tank_level_using_arduino