Kablosuz Sıcaklık Kontrolü İçin PID Ayarlama Yöntemlerinin Karşılaştırılması

Year 2016, Volume: 19 Issue: 1, 9 - 19, 01.03.2016

Adnan Aldemir Hale Hapoğlu

Abstract

Bu çalışmada bir proses simülatöründe, PID algoritmasının kullanıldığı üç farklı parametre ayarlama yöntemi ile kablosuz sıcaklık kontrol deneyleri gerçekleştirildi. Aynı koşullarda, üç farklı set noktası için yapılan kablosuz kontrol deneylerinde elde edilen sonuçlar karşılaştırıldı. Temel İşlemler Laboratuarında bulunan simülatör ile Proses Kontrol Laboratuarında bulunan bilgisayar arasındaki veri aktarımını sağlamak için kablosuz iletişim sistemi kuruldu. Kablosuz deneyler MATLAB/Simulink programı yardımıyla on-line olarak gerçekleştirildi. Deneyler sırasında kablosuz veri transferi 2.4 GHz frekansında radyo dalgaları kullanılarak gerçekleştirildi. Cohen-Coon ve Ziegler-Nichols yöntemleri için gerçekleştirilen dinamik deneylerde sisteme uygulanan basamak etki sonucu proses reaksiyon eğrisi hazırlandı. Reaksiyon eğrisinden elde edilen ölü zaman, zaman sabiti ve kazanç değerleri sırasıyla 33s, 367s ve 0.4 olarak belirlendi. Cohen-Coon yöntemi ile KC, τI, τD katsayıları sırasıyla 37.7, 78.3s, 11.8s olarak belirlendi. Bu yöntemle farklı set noktaları için yapılan deney sonuçları incelendiğinde genel olarak ısıtıcının başlangıçtan itibaren açık-kapalı şeklinde ve düzensiz çalıştığı gözlendi ve bu yöntemle elde edilen katsayıların kablosuz sıcaklık kontrolünde etkili olmadığı anlaşıldı. Ziegler-Nichols yöntemi ile KC, τI, τD katsayıları sırasıyla 0.412, 66.0s, 16.5s olarak belirlendi. Bu yöntem ile kablosuz sıcaklık kontrolünde, sıcaklıkların istenilen set değerlerine ulaştığı ve bu sıcaklıklardan 1°C’lik offset olduğu gözlendi. Deneme-yanılma yöntemi ile KC, τI, τD katsayıları sırasıyla 0.21, 20.0s, 4.5s olarak belirlendi. Bu yöntem ile sıcaklık kontrolünde ise sıcaklıkların offset olmaksızın istenilen set değerlerine ulaştığı ve farklı set noktaları için kablosuz sıcaklık kontrolünün başarıyla sağlandığı gözlendi.

Keywords

PID kontrol, MATLAB/Simulink, kablosuz proses kontrol, Cohen-Coon, Ziegler-Nichols, deneme-yanılma yöntemi

Comparison of PID Tuning Methods For Wireless Temperature Control

Abstract

In this study, wireless temperature control experiments were achieved using three different parameter tuning methods which using PID control algorithm is applied to a process simulator. Under the same conditions, results taken from the wireless experiments performed for three different set points were compared. To achieve the data transfer between computer in Process Control Laboratory and the simulator in Unit Operations Laboratory, wireless communication system established. Wireless experiments were performed on-line by means of MATLAB/Simulink program. Wireless data transfers during the experiments were carried out using radio waves at a frequency of 2.4 GHz. For the dynamics experiments performed employing Cohen-Coon and Ziegler-Nichols methods, the process reaction curve was prepared using step change effect. The dead time, time constant and gain values were determined as 33s, 367s and 0.4, respectively. KC, τI, τd coefficients are determined by Cohen-Coon as 37.7, 78.3s, 11.8s, respectively. Comparing the experimental results performed at different set points, one could see that the heater works irregularly and on-off form during the experiments. It is noted that the coefficients obtained with this method are not effective for temperature control. The KC, τI, τd parameters are determined by the Ziegler-Nichols method as 0.412, 66.0, 16.5s, respectively. In this control case, the temperature followed the desired set point with 1 °C offset. By using trial and error method, KC, τI, τd parameters are obtained as 0.21, 20.0, 4.5s, respectively. By this control method, temperature followed the desired set point without any offset and wireless temperature control was achieved successfully for different set points

Keywords

PID control, MATLAB/Simulink, wireless process control, Cohen-Coon, Ziegler-Nichols, trial and error method