Контролер є основним компонентом в системі автоматизованого керування, відповідальним за прийом сигналів датчиків, обробку даних, видачу керуючих інструкцій для досягнення точного керування об’єктом керування. Методи керування контролерами різноманітні, і різні методи керування підходять для різних сценаріїв керування та потреб. У цьому документі ми детально представимо декілька методів керування, які часто використовуються контролерами, включаючи ПІД-регулювання, нечітке керування, адаптивне керування, прогнозне керування, керування нейронною мережею та інтелектуальне керування.
1. ПІД-регулювання
ПІД-регулювання (пропорційне-інтегральне-похідне керування) — це класичний метод керування, який широко використовується в промисловому виробництві, аерокосмічній галузі, на транспорті тощо. ПІД-регулятор керує об’єктом керування за допомогою трьох ланок: пропорційного (P), інтегрального (I) та похідного (D).
1.1 Пропорційне керування
Пропорційне керування є основою ПІД-регулювання, закон керування такий: u (t)=Kp * e (t), де u (t) — контрольна величина, Kp — коефіцієнт пропорційності, e (t) — відхилення. Основною функцією пропорційного керування є зменшення відхилення та підвищення швидкості реакції системи.
1.2 Інтегральний контроль
Функція інтегрального керування полягає в усуненні статичної різниці системи та підвищенні стійкості системи. Закон керування такий: u(t)=u(t-1) + Ki * ∫e(t)dt, де Ki — інтегральний коефіцієнт.
1.3 Диференціальне керування
Основною функцією диференціального керування є придушення коливань системи та покращення -інтерференційної здатності системи. Його закон керування такий: u(t)=u(t-1) - Kd * de(t)/dt, де Kd — диференціальний коефіцієнт.
1.4 Характеристики ПІД-регулювання
ПІД-регулювання має такі переваги, як проста структура, легке налаштування параметрів, адаптивність тощо, але водночас є певні обмеження, як-от погане керування нелінійними та -змінними в часі системами, а також вищі вимоги до налаштування параметрів.
2. Нечітке керування
Нечітке керування — це тип керування, заснований на нечіткій логіці, який підходить для роботи з невизначеністю та неоднозначністю. Нечіткий контролер реалізує керування керованим об'єктом через три частини: нечітку базу правил, машину нечіткого логічного висновку та дефазифікатор.
2.1 База нечітких правил
База нечітких правил є ядром нечіткого контролера, який містить серію нечітких правил для опису зв’язку між вхідними змінними та вихідними змінними. Нечітке правило має вигляд ЯКЩО вхідна змінна Є нечітким набором, то вихідна змінна Є нечітким набором.
2.2 Машина нечіткого висновку
Машина нечіткого висновку міркує про вхідні змінні відповідно до правил у базі нечітких правил, щоб отримати нечіткі значення вихідних змінних. Процес нечіткого логічного висновку включає чотири етапи: фазифікація, збіг правил, злиття правил і дефазифікація.
2.3 Дефузифікатор
Роль дефазифікатора полягає в тому, щоб перетворювати нечіткі значення, отримані з нечітких міркувань, у фактичні контрольні величини. Зазвичай використовувані методи дефазифікації включають метод максимальної приналежності, метод зваженого середнього тощо.
2.4 Характеристики нечіткого керування
Нечітке керування має здатність мати справу з невизначеністю та нечіткими проблемами, з низькими вимогами до налаштування параметрів та високою адаптивністю. Однак нечітке керування також має деякі обмеження, наприклад, побудова бази правил потребує великого досвіду та знань, а на точність керування впливає поділ нечіткої множини та метод висновку.
3. Адаптивний контроль
Адаптивне керування – це різновид методу керування, який може автоматично регулювати параметри керування відповідно до характеристик контрольованого об’єкта та змін середовища. Адаптивний контролер зазвичай складається з трьох частин: ідентифікації моделі, оцінки параметрів і розробки закону керування.
3.1 Розпізнавання моделі
Ідентифікація моделі є основою адаптивного керування, через вхідні та вихідні дані для створення математичної моделі керованого об’єкта, щоб забезпечити основу для оцінки параметрів та розробки закону керування.
3.2 Оцінка параметрів
Оцінка параметрів полягає в оцінці параметрів контрольованого об’єкта в режимі онлайн відповідно до інформації, отриманої з ідентифікації моделі, яка надає-інформацію про параметри в реальному часі для розробки закону керування.
3.3 Розробка закону контролю
Розробка закону керування полягає в розробці закону керування, адаптованого до характеристик контрольованого об’єкта та змін навколишнього середовища відповідно до результатів ідентифікації моделі та оцінки параметрів, щоб реалізувати точне керування керованим об’єктом.
3.4 Характеристика адаптивного управління
Адаптивне керування має здатність адаптуватися до характеристик керованого об’єкта та змін навколишнього середовища, а також може реалізувати керування нелінійними системами та-змінними в часі системами. Однак адаптивне управління також має деякі обмеження, наприклад, точність ідентифікації моделі та оцінки параметрів впливає на вплив керування, а конструкція закону керування є складною.
4. Прогнозний контроль
Прогнозне керування – це метод управління, заснований на прогнозній інформації майбутнього, який реалізує оптимальне управління об’єктом управління шляхом прогнозування майбутньої поведінки об’єкта управління.
4.1 Прогностична модель
Прогнозна модель є основою прогнозного керування, використовується для опису динамічної поведінки керованого об'єкта. Зазвичай використовуються моделі прогнозування: модель ARX, модель BJ тощо.
4.2 Алгоритм прогнозування
Алгоритм прогнозування прогнозує майбутню поведінку керованого об’єкта відповідно до моделі прогнозування та поточної вхідної та вихідної інформації. Зазвичай використовувані алгоритми передбачення включають рекурсивні найменші квадрати, фільтр Калмана тощо.
4.3 Контроль оптимізації
Оптимальне управління засноване на результатах прогнозування, через алгоритм оптимізації для вирішення оптимального закону управління, для досягнення оптимального управління керованим об'єктом. Зазвичай використовувані алгоритми оптимізації — це лінійне програмування, квадратичне програмування тощо.