Genelleştirilmiş Öngörmeli Kontrol ile Kablosuz Sıcaklık Profillerinin Karşılaştırılması

Year 2016, Volume: 19 Issue: 3, 377 - 388, 01.09.2016

Adnan Aldemir Hale Hapoğlu

Abstract

Bu çalışmada bir proses simülatöründe Genelleştirilmiş Öngörmeli Kontrol (GPC) algoritmasının uygulandığı kablosuz sıcaklık kontrol deneyleri gerçekleştirildi ve aynı koşullarda yapılan deneylerde elde edilen sonuçlar karşılaştırıldı. Temel İşlemler Laboratuarında bulunan proses simülatörü ile Proses Kontrol Laboratuarında bulunan bilgisayar arasındaki veri aktarımını sağlamak için kablosuz iletişim sistemi kuruldu ve kablosuz deneyler MATLAB/Simulink programı yardımıyla on-line olarak gerçekleştirildi. Deneyler sırasında kablosuz veri transferi 2,4 GHz frekansında radyo dalgaları kullanılarak gerçekleştirildi. GPC algoritmasının kullanıldığı kablosuz sıcaklık kontrol deneylerinde, herhangi bir NU (kontrol ufku), N1(minimum öngörme ufku) ve N2(maksimum öngörme ufku) değerinde, L(kontrol ağırlık faktörü) değerinin 1.0’den büyük tüm değerlerinde ısıtıcının çok büyük salınımlar yaptığı ve buna bağlı olarak sıcaklığında çok büyük salınımlar yaptığı görülmüştür. Bu nedenle GPC kontrol deneyleri, L’nin 1.0’den küçük değerlerinde gerçekleştirildi. GPC algoritmasındaki NU, N2 ve L parametreleri kullanılarak NU=1.0 N1=1.0; N2=2.0; NU=1.0; N1=1.0; N2=4.0; NU=2.0; N1=1.0; N2=2.0 ve NU=2.0; N1=1.0; N2=4.0 değerlerinde L=0.001; 0.005; 0.01; 0.05; 0.1; 0.5 değerleri için aynı koşullarda yapılan deneyler sonucunda sıcaklık profillerinin zamanla değişimi gözlemlendi. Elde edilen deneysel sonuçlara göre sıcaklık profilleri incelendiğinde genel olarak NU=1.0; N1=1.0; N2=2.0 değerlerindeki deneysel sıcaklıkların NU=1.0; N1=1.0; N2=4.0; NU=2.0; N1=1.0; N2=2.0 ve NU=2.0; N1=1.0; N2=4.0 değerlerine göre set noktasına daha yakın olduğu ve salınımın daha az olduğu görüldü. Ayrıca NU ve N2 değerlerinin arttırılmasıyla sıcaklıkların set noktasından uzaklaşmaya başladığı ve salınımların arttığı gözlenmiştir. L=0.001; 0.005; 0.01; 0.05; 0.1 ve 0.5 değerleri ile aynı koşullarda Tset=50°C ve Tset=60°C için yapılan deneyler sonucunda en iyi sıcaklık kontrolünü sağlayan parametreler, hata karelerinin toplamı (ISE) ve hata mutlak değerlerinin toplamı (IAE) değerleri kullanılarak belirlendi. Buna göre yapılan deneylerde en düşük ISE ve IAE değerleri L=0.01 değerinde olduğu belirlenmiştir. Ayrıca L=0.01’den daha düşük ve daha yüksek değerlerde hesaplanan ISE ve IAE değerlerinin arttığı ve sıcaklığın set noktasından uzaklaştığı görülmektedir. Sonuç olarak en iyi sıcaklık kontrolü NU=1.0; N1=1.0; N2=2.0 ve L=0.01değerlerinde elde edilmiştir.

Keywords

GPC kontrol, MATLAB/Simulink, kablosuz proses kontrol, ISE, IAE

Comparison of Wireless Temperature Profiles With Generalized Predictive Control

Abstract

In this study, Generalized Predictive Control (GPC) algorithm is applied to a process simulator which wireless temperature experiments were achieved and the results of the experiments were compared under the same conditions obtained. To achieve the data transfer between computer in Process Control Laboratory and the process simulator in Unit Operations Laboratory, wireless communication system was established and wireless experiments were performed on-line by means of MATLAB/Simulink program. Wireless data transfers during the experiments were carried out by using radio waves at a frequency of 2.4 GHz. In wireless temperature control experiments which are conducted using with algorithm of GPC, all L (control weighting) values which are bigger than 1.0 are not suitable for temperature control because the heater made very big oscillatory behaviour and consequently temperatures also made very big oscillatories at any NU (control costing horizon), N1 (minimum costing horizon) and N(maximum costing horizon) values. Therefore GPC experiments were carried out in L values smaller than 1.0. Changes of temperature profiles were observed with time as a result of experiments carried under the same conditions, using the NU, N2 ve L parameters in the GPC algoritm to the NU=1.0; N1=1.0; N2=2.0; NU=1.0; N1=1.0; N2=4.0; NU=2.0; N1=1.0; N2=2.0 ve NU=2.0; N1=1.0; N2=4.0 values for the L=0.001; 0.005; 0.01; 0.05; 0.1 and 0.5 values. According to the experimental results analyzing the temperature profiles, the temperatures the N1=1.0 and N2=2.0 values of control was closer to the set point and oscillations were found to be less than according to the values of NU=1.0; N1=1.0; N2=4.0; NU=2.0; N1=1.0; N2=2.0 ve NU=2.0; N1=1.0; N2=4.0. Also by increasing the value of Nu and N2 temperatures are begin to move away from the set point and the oscillations are increased. Wireless experiments conducted under the same conditions for Tset=50 °C and Tset=60 °C which using the best temperature control parameters with the L=0.001; 0.005; 0.01; 0.05; 0.1 and 0.5 values were determined with the integral of the square of the error (ISE) and the integral of the absoluteof the error (IAE) values. According to the experiments carried out at the lowest values of ISE and IAE were determined that the value L = 0.01. In addition, lower and higher values of L=0.01 calculated ISE and IAE values were higher and that can be seen the temperature away from set point. In conclusion, the best temperature control is obtained NU=1.0; N1=1.0; N2=2.0 and L=0.01 values

Keywords

GPC control, MATLAB/Simulink, wireless process control, ISE, IAE