Forma cvičenia: samostatná práca
Cieľ cvičenia: využitím Fuzzy Toolboxu Matlabu navrhnúť inteligentný regulátor pre riadenie chemického reaktora.
Opis reaktora
Chemický reaktor, ktorý treba riadiť, je prietokový chemický reaktor s dokonalým miešaním reakčnej zmesi. Prebiehajú v ňom dve paralelné exotermické reakcie 1. poriadku: z východiskovej látky A vzniká pri optimálnej teplote produkt B, ale pri teplote vyššej než je optimálna teplota vzniká z východiskovej látky A nežiadúci produkt C. Aby neprebiehala konkurenčná paralelná reakcia, treba v reaktore zabezpečiť dosiahnutie optimálnej teploty. Riadená veličina je teda teplota reakčnej zmesi v reaktore J a riadiaca veličina je prietok chladiaceho média qc.
Hodnoty riadiacej veličiny qc a stavových veličín na začiatku sú:
prietok chladiaceho média: qcs= 0,004 m3min-1;
koncentrácia látky A: cAs= 0,49 kmol m-3;
koncentrácia látky B: cBs = 2,00 kmol m-3;
koncentrácia látky C: cCs= 1,72 kmol m-3;
teplota reakčnej zmesi: Js = 363,61 K;
teplota chladiaceho média v plášti reaktora: Jcs = 350,15 K;
Parametre pre riadenie:
žiadaná optimálna hodnota teploty reakčnej zmesi v reaktore je w=359 K;
presnosť riadenia: 1K.
PID regulátor
Pre získanie dát na natrénovanie neurónovej siete použite PID regulátor, ktorý ste navrhli ako najlepší pre riadenie reaktora na 6. cvičení.
Konštanty PID regulátora môžete zvoliť aj nasledovne: ZR= - 0,0009, TI=20, TD=2.
Úlohy:
Namerajte vstupné dáta, potrebné pre návrh fuzzy regulátora, t.j. regulačnú odchýlku e, deriváciu regulačnej odchýlky de, riadiacu veličinu u pomocou schémy reakpid. Merané (simulované) údaje sú uložené v premennej edeu. Pre získanie dát na natrénovanie neurónovej siete použite PI alebo PID regulátor, ktorý ste navrhli ako najlepší pre riadenie reaktora na 6. cvičení. Konštanty PID regulátora môžete zvoliť aj nasledovne: ZR= - 0,0009, TI=20, TD=2. Kvalitu regulácie posúďte na základe integrálnych ukazovateľov kvality: integrálu absolútnej hodnoty regulačnej odchýlky iae a integrálu štvorca (druhej mocniny) regulačnej odchýlky iae
V Matlabe navrhnite fuzzy regulátor použitím programu navrhfur. Fuzzy regulátor je navrhnutý pomocou štruktúry ANFIS - adaptívneho neurónového fuzzy inferenčného systému. Program najskôr nakreslí 1. obrázok - funcie príslušnosti pre regulačnú odchýlku e, z ktorého sa určia stupne príslušnosti (robí to program). Pokračujte stlačením ľubovoľného klávesu. Program nakreslí 2. obrázok - funcie príslušnosti pre deriváciu regulačnú odchýlku de, z ktorého sa určia stupne príslušnosti (robí to opäť program). Pokračujte stlačením ľubovoľného klávesu. Program nakreslí 3. obrázok - trojdimenzionálny graf, z ktorého vidno, ako sa určuje hodnota akčného zásahu u podľa veľkosti e a de. Pokračujte stlačením ľubovoľného klávesu. Program končí 4. obrázkom, t.j. nakreslením nameraného a pomocou neuro-fuzzy regulátora navrhnutého akčného zásahu u.
Simuláciou riadenia overte vhodnosť navrhnutého fuzzy regulátora v schéme reakfu alebo v schéme reakfuani, ktorá obsahuje aj animáciu výpočtu výstupnej veličiny u fuzzy regulátora. Kvalitu regulácie posúďte na základe integrálnych ukazovateľov kvality: integrálu absolútnej hodnoty regulačnej odchýlky iae a integrálu štvorca (druhej mocniny) regulačnej odchýlky ise.
Vlastnosti fuzzy regulátora sa pokúste zlepšiť zmenou typu funkcie príslušnosti resp. počtu funkcií príslušnosti. Urobte aspoň 8 pokusov, t.j. vyskúšajte každý typ funkcie príslušnosti a u niektorého typu zvoľte rôzny počet funkcií príslušnosti. S každým ďalším fuzzy regulátorom opäť odsimulujte riadenie reaktora a fuzzy regulátory porovnajte pomocou integrálnych ukazovateľov kvality: integrálu absolútnej hodnoty regulačnej odchýlky iae a integrálu štvorca (druhej mocniny) regulačnej odchýlky ise.
Nové súbory k 12. cvičeniu (4 súbory):