سامانه کنترل فازیدر واقع یک سامانه کنترل مهندسی شده بر پایه‌ی منطق فازی است – سامانه‌ای ریاضیاتی که مقادیر ورودی آنالوگ را به عنوان متغیرهای منطقی تحلیل و بررسی می‌کند، به این معنا که برروی مقادیری پیوسته در بازه مابین ۰ و ۱ برخلاف روند معمول منطق کلاسیک یا دیجیتال، که بر روی مقادیر گسسته ۱ یا ۰ (صحیح یا غلط) عمل می‌کند. منطق فازی به صورت گسترده در انواع مختلف سامانه‌های کنترلی استفاده می‌شود. اصطلاح “فازی” یا مبهم به این مسئله اشاره می‌کندکه منطق حاکم بر تمامیت سامانه می‌تواند با مفاهیمی و مباحثی روبرو شود که امکان ندارد به عنوان “درست” یا “نادرست” بیان شوند، بلکه به صورت اصطلاح “تا حدی درست” بیان می‌شوند.
برای شرکت در دوره آموزش تهویه مطبوع نوین پارسیان کلیک نمایید
هرچند رویکردهای دیگری همانند شبکه‌های عصبی و الگوریتم ژنتیک می‌توانند در بسیاری از موارد و مسائل مختلف همانند منطق فازی عمل کنند، اما مزیت اساسی منطق فازی این است که راه حل مسئله را می‌توان به صورتی که اپراتورهای انسانی سیستم آن را درک کرده‌اند، پیاده‌سازی و ارائه کرد. به این صورت از تجربه آن‌ها در جهت طراحی کنترل کننده، بدون در اختیار داشتن مدل ریاضی دقیقی برای آن سامانه، استفاده نمود. این خصوصیت موجب می‌شود تا روند مکانیزه کردن اعمالی که پیش از این به واسطه انسان با موفقیت انجام شده‌اند، آسان‌تر شود. منطق فازی توسط ریاضی دان ایرانی-آذربایجانی لطفی زاده در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی در مقاله‌ای در سال ۱۹۶۵ ارائه گردید. وی در یک مقاله در سال ۱۹۷۳ میلادی ایده‌های خود را در مورد مفهومی به عنوان “متغیرهای زبانی” – به عنوان متغیری که در یک مجموعه منطق فازی تعریف شده‌است – معرفی کرد. نخستین کاربرد عملی آن در صنعت، به یک کوره سیمان ساخته شده در دانمارک و در سال ۱۹۷۵میلادی بر می‌گردد.
کلیات منطق فازی
منطق فازی نوعی از انواع منطق‌های چندارزشی بوده که در مباحث آن ارزش منطقی متغیرها امکان دارد هر مقدار و عدد حقیقی مابین ۰ و ۱ و خود آن مقادیر باشد. این منطق به صورت کلی برای به‌کارگرفتن مفهوم درستی جزئی استفاده می‌شود، به صورتی که میزان درستی می‌تواند هر مقداری مابین کاملاً درست و کاملاً غلط باشد. اصطلاح منطق فازی برای نخستین بار در پی تنظیم و ارئه‌ی نظریهٔ مجموعه‌های فازی به وسیلهٔ ریاضی دان ایرانی-آذربایجانی لطفی زاده (۱۹۶۵ م) در صحنهٔ محاسبات نو و ریاضیات مدرن ظاهر شد. واژهٔ فازی در لغت به معنای غیردقیق، ناواضح و مبهم (شناور) است.
کاربرد اساسی این نوع منطق در علوم نرم‌افزاری و کامپیوتری را می‌توان به صورت ساده این‌گونه تعریف کرد: منطق فازی از حالت عادی منطق ارزش‌های «صفر و یک» نرم‌افزارهای کلاسیک ریاضیاتی فراتر رفته و درگاهی نو برای دنیای رایانه‌ها و علوم نرم‌افزاری می‌گشاید، چون فضای شناور و نامحدود مابین مقادیر صفر و یک را نیز در منطق و استدلال‌های خود استفاده کرده و به چالش می‌کشد. منطق فازی از فضای مابین دو ارزش «برویم» یا «نرویم»، ارزش‌های جدید «می‌رویم اگر» یا «شاید برویم» یا حتی «احتمال دارد برویم» را استخراج نموده و به کار می‌گیرد.
برای ورود به دوره آموزش E3D در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید
جزئیات کنترل فازی
کنترل کننده‌های فازی از لحاظ مفهومی و تئوری بسیار ساده هستند. آن‌ها از سه بخش تشکیل شده‌اند؛ یک مرحله ورودی، یک مرحله پردازش و یک مرحله خروجی. در مرحله ورودی اعمالی همانند طراحی سنسور یا ورودی‌های دیگر مانند انگشت شست ، سوئیچ‌ها و غیره مطرح است، تابع تبدیل و مقادیر حقیقی باید متناسب باشد. دربخش پردازش هر دستور در مکان و جایگاه مناسب خود یک نتیجه مشخص می‌دهد، پس از آن نتایج را ترکیب می‌کند تا در آخر دستور نهایی را بدست آورد. در مرحله خروجی نتیجه ترکیبی را به یک مقدار کنترل خروجی ویژه برمی‌گرداند.
رایج‌ترین نوع تابع عضویت، توابع مثلثی است؛ هرچند منحنی‌های تراپزی و زنگ نیز استفاده می‌شوند، ولی شکل تغییر سطح و جایابی‌ها به صورت کلی اهمیت کمتری دارد. از سه تا هفت منحنی برای پوشش موردنیاز محدوده ورودی مناسب است یا جهان گفتمان در اصطلاحات فازی.
کاربردهای صنعتی منطق فازی
برای هر نوع دستور کار و خواسته عملکرد الکترومغناطیسی، مکانیکی یا نرم‌افزاری و غیره که برای آن فرمول یا دستورالعمل شفاف و مطلق ریاضی وجود نداشته باشد و به‌ویژه زمانی که دستور کار به‌وسیلهٔ جملات نوشته شده باشد، نرم‌افزار متکی به منطق فازی راه‌گشا و کارآمد است.
برخی از کاربردها عبارتند از:
- هدایت کردن و کنترل هرگونه تأسیسات و دستگاه پویا و حرکت‌ساز امکان دارد با کمک منطق فازی به بهترین صورت ممکن اجرا نمود. از جمله این وسایل می‌توان به ماشین لباسشویی، ترمز ای‌بی‌اس خودرو، قطارها، جرثقیل، آسانسور، موتورهای احتراقی، تسمه نقاله، نشست و برخاست خودکار هواپیما و غیره اشاره کرد.
- دستگاه‌های سمعی/بصری دیجیتال.
- «آینده‌نگری» نرم‌افزارها برای جلوگیری کردن از هنگ کردن سرورها، کنترل کردن موتورهای جستجوگر در اینترنت، رباتیک و هوش مصنوعی، سیستم‌های نرم‌افزاری ترجمه، مهندسی پزشکی از جمله آسیب‌شناسی یا مواردی همانند هدایت کردن و کنترل تأسیسات سی تی اسکن، بررسی احتمال برداشت‌های سرندیپیتی، سی سی یو و آی سی یو، دستگاه ضربان‌ساز قلب و غیره.
- اعمال و فعالیت‌هایی همانند ریسک‌شناسی، آماری و ارزیابی بانکی جهت تصمیم‌گیری‌های مدیران.
- محاسبات آماری بیمه‌ها برای یافتن فاکتورهای ریسک در قراردادها.
برای ورود به دوره آموزش HVAC در نوین پارسیان کلیک نمایید
منطق فازی در کنترل سیستم های تهویه مطبوع
با افزایش تصاعدی استفاده از دستگاه های خنک کننده، سیستم های تهویه مطبوع به بخشی ضروری از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. داده ها حاکی از افزایش تصاعدی در استفاده از تهویه مطبوع در شهری و همچنین روستایی تمامی کشورهای جهان است. با افزایش استفاده از کولر گازی، مصرف برق به طور همزمان افزایش می یابد. در این مقاله طرحی با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی مختلف و اعمال سیستم منطق فازی برای تهویه مطبوع پیشنهاد شده است. با در نظر گرفتن پارامترهای ورودی، می‌توانیم عملکرد AC را تا حد زیادی تغییر دهیم و مصرف انرژی الکتریکی کمپرسور/فن AC را کاهش دهیم و در عین حال از تمام منابع موجود به شیوه‌ای کارآمد استفاده کنیم.
تهویه مطبوع (اغلب به عنوان AC شناخته می شود) یک وسیله خانگی، سیستم یا مکانیزمی است که برای رطوبت زدایی و استخراج گرما از یک منطقه طراحی شده است. خنک سازی با استفاده از یک چرخه تبرید ساده انجام می شود که اساساً شامل مراحل زیر است:
- کمپرسور گاز فریون خنک را فشرده می کند و باعث می شود که گاز فریون داغ و پرفشار شود.
- این گاز داغ از میان مجموعه ای از سیم پیچ ها عبور می کند تا بتواند گرمای خود را از بین ببرد و به مایع متراکم شود.
- مایع فریون از طریق یک دریچه انبساط می گذرد و در این فرآیند تبخیر می شود و به گاز فریون سرد و کم فشار تبدیل می شود.
- این گاز سرد از میان مجموعه ای از سیم پیچ ها عبور می کند که به گاز اجازه می دهد گرما را جذب کرده و هوای داخل ساختمان را خنک کند.
متغیرهای فازی
متغیرهای مختلف یک سیستم کنترل فازی عبارتند از:
متغیرهای ورودی فازی
- دمای کاربر (Ut)
دمای کاربر (Ut) دمایی است که کاربر از طریق کنترل از راه دور یا ترموستات ارائه می کند. محدوده این ترموستات باید بین 18 تا 30 درجه سانتی گراد متغیر باشد. بنابراین کاربر دما را بر اساس آن تنظیم می کند - اختلاف دما (Td)
تفاوت دما (Td) اندازه گیری تفاوت در دمای واقعی اتاق و دمایی است که توسط کاربر ارائه می شود. محدوده اختلاف بین -6C تا +6C است. همچنین AC نمی تواند به عنوان یک پمپ حرارتی کار کند و عملکرد آن را معکوس کند، بنابراین زمانی که اختلاف از محدوده خارج شد، خاموش می شود. - نقطه شبنم (TDew)
دمای نقطه شبنم دمایی است که در آن بخار آب موجود در هوا با فشار هوا ثابت به شبنم، یخبندان یا قطرات آب متراکم می شود. می توان آن را به طور متناوب به عنوان دمایی تعریف کرد که در آن فشار بخار اشباع و فشار بخار واقعی برابر است. واکنش انسان نسبت به تغییر دمای نقطه شبنم به طور کلی می تواند ثابت شود. - اشغال (Occ)
اشغال تعداد افرادی است که در معرض کولر قرار دارند. محدوده افراد سطح اشغال را به صورت کم، متوسط یا زیاد تعیین می کنند. در غیاب افراد کمپرسور و فن خاموش می ماند. ما شرایط را در یک اتاق با اندازه متوسط در نظر گرفته ایم. سطح اشغال را می توان در مراکز خرید نیز اعمال کرد که اگر بین 1 تا 100 باشد، در غیر این صورت بین 101 تا 300 به عنوان متوسط یا بالای 300 به عنوان بالا در نظر گرفته می شود. محدوده ها را می توان با توجه به سناریوهای مختلف مانند استادیوم های سرپوشیده، سالن ها و غیره تغییر داد. - زمان روز (T Day)
زمان روز دوره ای است که AC در آن کار می کند. طبق داده های ارائه شده توسط IMD، مقادیر دما و نقطه شبنم در طول زمان صبح/شب با زمان بعد از ظهر به طور قابل توجهی متفاوت است. همچنین مقدار رطوبت نسبی تقریباً بین 15% تا 20% در 0830 ساعت و 1730 ساعت تغییر می کند. بر این اساس محدوده نیاز را می توان برای خنک سازی و مصرف برق بهینه تعیین کرد. این محدوده از 00:00 تا 13:00 صبح تا صبح، 09:00 تا 18:00 بعد از ظهر و 16:00 تا 24:00 شب متغیر است. محدوده این مقادیر را می توان با توجه به مشخصات منطقه عملکرد AC تنظیم کرد.
برای ورود به دوره مدیریت آموزش در آموزشگاه نوین پارسیان کلیک نمایید
متغیرهای خروجی فازی
- سرعت کمپرسور (Sc)
سرعت کمپرسور بین 30 تا 100 درصد متغیر است. بر این اساس دمای اتاق را مطابق با ورودی داده شده تحت تأثیر قرار می دهد. - سرعت فن (Sf)
سرعت فن اطلاعاتی در مورد کارکرد فن در داخل کولر می دهد. سرعت فن بر این اساس بین 30 تا 100 درصد متغیر است. - حالت عملکرد (Mo)
سیستم تهویه مطبوع می تواند به عنوان خنک کننده و همچنین رطوبت گیر عمل کند. در حالت خنک کننده هوا را تنظیم می کند تا هوای خنک آزاد شود. اما به عنوان رطوبت گیر می تواند با عبور هوای خشک به داخل اتاق، رطوبت هوا را جذب کند. این فرآیند باعث افزایش دمای اتاق نمی شود. این اولویت تنظیم معمولاً به کاربر داده نمی شود و به طور ضمنی توسط AC انجام می شود. در نظر گرفتن این پارامتر منجر به افزایش کارایی و سطوح راحتی می شود. - جهت باله (Fn)
باله ها مجموعه پره هایی هستند که به کولر گازی متصل می شوند تا جریان سریع هوا را در یک جهت خاص تضمین کنند. جهت این باله ها جریان هوا را به سمت یا دور از کاربر مشخص می کند. زاویه انتشار تیغه ها بر این اساس با در نظر گرفتن 0 درجه به عنوان “به سمت” و 90 درجه به عنوان “دور” تنظیم می شود.
مبنای قوانین فازی
قوانین با در نظر گرفتن رابطه اکتشافی بین پارامترهای ورودی و خروجی شکل می گیرند. ورودی ها ماتریس های پایه قاعده با اندازه ماتریس 2X3X3=18 را می دهند. هر سلول دارای چهار خروجی است که هر کدام برای سرعت کمپرسور، سرعت فن، حالت کار و جهت باله است. این معادل کل مجموعه های 216 IF-THEN است. برای درک ساده 4 ماتریس خروجی پایه 18 قانون به جای عبارات If-then در زیر نشان داده شده است.
پیش از این سیستم های تهویه مطبوع که برای خنک کردن اتاق ها استفاده می شد اکنون می توانند عملکردهای مختلفی را انجام دهند. با افزودن هوشمندی به سیستم تهویه مطبوع، نیازی به نگرانی در مورد فرآیند خنک کننده نیست. تجزیه و تحلیل به وضوح مزیت منطق فازی را در برخورد با مسائلی ترسیم می‌کند که بررسی تحلیلی آن‌ها دشوار است، اما از نظر متغیرهای زبانی به راحتی قابل حل هستند. در مورد سیستم تهویه مطبوع، منطق فازی به حل یک مشکل پیچیده بدون درگیر شدن در روابط پیچیده بین متغیرهای فیزیکی کمک کرد. دانش شهودی در مورد پارامترهای ورودی و خروجی برای طراحی یک سیستم با عملکرد بهینه کافی بود. با توجه به اینکه اکثر مشکلاتی که در زندگی روزمره با آن مواجه می شوند در این دسته قرار می گیرند، مانند ماشین لباسشویی، جاروبرقی و غیره، منطق فازی مطمئناً تأثیر زیادی در زندگی انسان خواهد داشت. در آینده به دستگاهی خواهیم رسید که کنترل کننده منطق فازی را در یک سیستم تعبیه شده پیاده سازی می کند که می تواند برای افزایش کارایی تهویه مطبوع استفاده شود.
