novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.23.473-480novtexmech-1247Research ArticleАВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИAUTOMATION AND CONTROL TECHNOLOGICAL PROCESSESКомбинация нечетко-цифрового фильтра и ПИД регулятора в задаче управления термоэлементомPID Regulator and Fuzzy-Digital Filter Combination in the Thermoelement Control TaskБобырьМ. В.BobyrM. V.

М. В. Бобырь, д-р техн. наук, проф.

г. Курск

Bobyr Maksim V., Doctor of Science, Professor

Kursk, 305040

maxbobyr@gmail.comМилостнаяН. А.MilostnayaN. A.

Н. А. Милостная, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

г. Курск

Kursk, 305040

nat_mil@mail.ruНоливосК. А.NolivosC. A.

К. А. Ноливос, аспирант

г. Курск

Kursk, 305040

cris_93_bep@hotmail.comЮго-Западный государственный университетРоссияSouth West State UniversityRussian Federation202206092022239473480Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20222022Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1247

На основе нечеткой логики разработана система управления термоэлементом, улучшающая характеристики устойчивости устройств, использующих в своей структуре ПИД регулятор. Данный эффект достигается за счет снижения выходного сигнала, значение которого вычисляется с помощью нечеткого цифрового фильтра. Особенностью нечеткого фильтра является использование метода отношения площадей при дефаззификации выходной переменной. Ограничением данного деффазификатора является применение треугольных функций принадлежности. Экспериментальные результаты, представленные в статье, демонстрируют эффективность предложенного решения. Исследования показали, что при использовании комбинации ПИД регулятора и нечеткого цифрового фильтра время переходных процессов при управлении термоэлементом уменьшается на 16...22 %.

The thermoelement control system basis on the fuzzy logic has been developed in this article. This system improves the stability characteristics of devices using a PID controller in their structure. This effect is achieved by reducing the output signal, the value of which is calculated using a fuzzy digital filter. The main aspect of the fuzzy digital filter is the use of the area ratio method during defuzzifing. The limitation of this method is the use of triangular membership functions. The experimental results presented in the article demonstrate the effectiveness of the proposed solution. The study has shown that the time of transient processes with the combined control of the thermoelement is reduced by 16—22 %.

термоэлементсистема охлажденияПИД регуляторнечеткая логиканечеткий цифровой фильтрметод отношения площадейthermoelementcooling systemPID controllerfuzzy logicfuzzy digital filterarea ratio methodReferencesНадеждин И. С., Горюнов А. Г., Фл авио М. Системы управления нестационарным объектом на основе MPC-регулятора и ПИД-регулятора с нечеткой логикой // Управление большими системами: сборник трудов. 2018. № 75. С. 50—75.Nadezhdin I. S., Gorjunov A. G., Flavio M. Control systems for a non-stationary object based on MPC controller and PID controller with fuzzy logic, Upravlenie bol’shimi sistemami: sbornik trudov, 2018, no. 75, pp. 50—75 (in Russian).Белов М. П., Чыонг Д. Д. Синтез ПИД-регулятора самонастраивающейся нелинейной системы управления электропривода экзоскелета с помощью нейронной сети // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2021. № 3. С. 55—64.Belov M. P., Chyong D. D. Synthesis of a PID controller of a self-adjusting nonlinear exoskeleton electric drive control system using a neural network, Izvestija SPBGETU LETI, 2021, no. 3, pp. 55—64 (in Russian).Alkargole H. M., Hassan A. S., Hussein R. T. Analyze and Evaluate the Performance Velocity Control in DC Motor // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2020. Т. 12, № 4. С. 507—516.Alkargole H. M., Hassan A. S., Hussein R. T. Analyze and Evaluate the Performance Velocity Control in DC Motor, Radiojelektronika. Nanosistemy. Informacionnye tehnologii., 2020, vol. 12, no. 4. pp. 507—516.Баранов О. В. Алгоритм настройки стабилизирующего ПИД-регулятора квадрокоптера // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2021. Т. 64, № 10. С. 829—838.Baranov O. V. Algorithm for setting the stabilizing PID controller of the quadcopter, Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Priborostroenie, 2021, vol. 64, no. 10, pp. 829—838 (in Russian).Nayak J. R. et al. Application of optimized adaptive crow search algorithm based two degree of freedom optimal fuzzy PID controller for AGC system // Engineering Science and Technology, an International Journal. 2022. Т. 32. С. 101061.Najak J. R. et al. Application of optimized adaptive crow search algorithm based two degrees of freedom optimal fuzzy PID controller for AGC system, Engineering Science and Technology, an International Journal, 2022, vol. 32, pp. 101061.Sain D., Mohan B. M. Simulation and real-time implementation of a nonlinear fuzzy PI/PD controller // IFAC-PapersOnLine. 2020. Т. 53, № 1. С. 673—678.Sain D., Mohan B. M. Simulation and real-time implementation of a nonlinear fuzzy PI/PD controller,IFAC-PapersOnLine, 2020, vol. 53, no. 1, pp. 673—678.Кудинов Ю. И., Келина А. Ю. Упрощенный метод определения параметров нечетких ПИД регуляторов // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № . 1. С. 12—22.Kudinov Ju. I., Kelina A. Ju. Simplified method for determining the parameters of fuzzy PID controllers, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2013, no. 1, pp. 12—22 (in Russian).Zhusubaliyev Z. T., Medvedev A., Silva M. M. Bifurcation analysis of PID-controlled neuromuscular blockade in closed-loop anesthesia // Journal of Process Control. 2015. Т. 25. С. 152—163.Zhusubaliyev Z. T., Medvedev A., Silva M. M. Bifurcation analysis of PID-controlled neuromuscular blockade in closed-loop anesthesia, Journal of Process Control, 2015, vol. 25, pp. 152—163.Бобырь М. В., Кулабухов С. А., Якушев А. С. Автономная система охлаждения режущего инструмента в задаче управления оборудованием с ЧПУ. Часть I //Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 8. С. 469—473.Bobyr M. V., Kulabuhov S. A., Jakushev A. S. Autonomous cutting tool cooling system in a CNC machine control task. Part I, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2017, vol. 18, no. 8, pp. 469—473 (in Russian).Бобырь М. В., Кулабухов С. А., Якушев А. С. Автономная система охлаждения режущего инструмента в задаче управления оборудованием с ЧПУ. Часть II // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 18, № 8. С. 558—563.Bobyr M. V., Kulabuhov S. A., Jakushev A. S. Autonomous cutting tool cooling system in a CNC machine control task. Part II, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2017, vol. 18, no. 8, pp. 558—563 (in Russian).Bobyr M. V., Milostnaya N. A., Bulatnikov V. A. The fuzzy filter based on the method of areas’ ratio // Applied Soft Computing. 2022. P. 108449.Bobyr M. V., Milostnaja N. A., Bulatnikov V. A. The fuzzy filter based on the method of areas’ ratio, Applied Soft Computing, 2022, pp. 108449 (in Russian).Бобырь М. В. и др. Исследование устройства нечеткого цифрового фильтра для робота-манипулятора // Известия Юго-Западного государственного университета. 2020. Т. 24, № 1. С. 115—129.Bobyr M. V. et. al. Investigation of fuzzy digital filter device for robot manipulator, Izvestija Jugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta, 2020, vol. 24, no. 1, pp. 115—129 (in Russian).Куммингс Л., Русских М. Использование нестандартных термисторов с семейством преобразователей температуры в цифровой код // Компоненты и технологии. 2021. № 5. С. 17—22.Kummings L., Russkih M. Using non-standard thermistors with a family of temperature-to-digital converters, Komponenty i tehnologii, 2021, no. 5, pp. 17—22 (in Russian).Arduino Documentation: Language Reference [Электронный ресурс]: Сведения о математической функций Map. URL: https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/math/map/Arduino Documentation: Language Reference: Description about the map function URL: https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/math/map/Bobyr M. V., Yakushev A. S., Dorodnukh A. A. Fuzzy devices for cooling the cutting tool of the CNC machine implemented on FPGA // Measurement: Journal of the International Measurement Confederation. 152. 2020. 107378.Bobyr M. V., Yakushev A. S., Dorodnukh A. A. Fuzzy devices for cooling the cutting tool of the CNC machine implemented on FPGA, Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 2020, vol. 152, pp. 107378.Ушкин И. С., Шумилкин А. А., Адилов Р. М. Использование ПИД-регуляторов в системах автоматического управления // Успехи современного естествознания. 2011. № 7. С. 226—226.Ushkin I. S., Shumilkin A. A., Adilov R. M. Using PID controllers in automatic control systems, Uspehi sovremennogo estest voznanija, 2011, no. 7, pp. 226—226.Бобырь М. В., Лунева М. Ю., Ноливос К. А. Нечеткий цифровой фильтр для управления роботом-манипулятором ARMino //Мехатроника, автоматизация, управление. 2019. Т. 20. № 4. С. 244—250.Bobyr’ M. V., Luneva M. Ju., Nolivos K. A. Fuzzy digital filter to control the ARMino robotic arm, Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2019, vol. 20, no. 4, pp. 244—250 (in Russian).Bobyr M. V., Titov V. S., Belyaev A. Fuzzy system of distribution of braking forces on the engines of a mobile robot. MATEC Web Conf. 79, 2016. 01052.Bobyr M. V., Titov V. S., Belyaev A. Fuzzy system of distribution of braking forces on the engines of a mobile robot, MATEC Web Conf, 2016, vol.79, pp. 1052.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.