Hybrid PID Based Predictive Control Strategies for WirelessHART Networked Control Systems

ویرایش: 1st ed. 
نویسندگان: Sabo Miya Hassan,  Rosdiazli Ibrahim,  Nordin Saad,  Kishore Bingi,  Vijanth Sagayan Asirvadam  
سری: Studies in Systems, Decision and Control 293 
ISBN (شابک) : 9783030477363, 9783030477370 
ناشر: Springer International Publishing;Springer 
سال نشر: 2020 
تعداد صفحات: 165 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 11 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 53,000



پیشرفت های اخیر در فناوری بی سیم منجر به ظهور استانداردهای صنعتی مانند WirelessHART شده است. این استراتژی ها نیاز به کابل کشی دست و پا گیر را به حداقل می رساند و در نتیجه هزینه ها را کاهش می دهد. با این حال، استفاده از آنها شامل چالش مدیریت تاخیرهای شبکه تصادفی است که می تواند عملکرد کنترل را کاهش دهد. برای رفع این مشکل، از PID ساده معمولی استفاده می شود. با این حال، PID از محدودیت‌های دامنه بهره در هنگام استفاده در یک محیط تاخیری رنج می‌برد. علاوه بر این، کنترل‌کننده‌های مبتنی بر مدل پیچیده هستند و به مدل‌های دقیق فرآیند و شناسایی سیستماتیک سیستم برای پیاده‌سازی نیاز دارند.

بنابراین، برای پرداختن به این مسائل، این کتاب استراتژی‌های کنترلی را پیشنهاد می‌کند که سادگی PID را از نظر سهولت تنظیم و ساختار حفظ می‌کند، در حالی که عملکرد سیستم حلقه بسته را با توجه به شبکه‌های تصادفی بهبود می‌بخشد. تاخیر و عدم تطابق به طور مشخص، سه استراتژی را پیشنهاد و مورد بحث قرار می‌دهد، یعنی: وزن‌دهی نقطه تنظیم (SW)، PI پیش‌بینی فیلتر شده (FPPI) و PID فازی بهینه. به منظور بهینه‌سازی برخی از این کنترل‌کننده‌ها، از دو الگوریتم بهینه‌سازی ترکیبی جدید ترکیبی از پویایی الگوریتم تغذیه باکتری (BFA) و مزایای هر دو الگوریتم دینامیک مارپیچی (SDA) و بهینه‌سازی ازدحام ذرات تسریع شده (APSO) استفاده شده است. استراتژی‌های پیشنهاد شده در اینجا می‌توانند در سناریوهای کنترل تصادفی (نه لزوماً بی‌سیم) که با عدم قطعیت مشخص می‌شوند نیز اعمال شوند.

این کتاب برای مهندسان و محققان در صنعت و دانشگاه مفید خواهد بود. در صنعت، به ویژه برای تلاش‌های تحقیق و توسعه که در آن کنترل‌کننده‌های PID و شبکه‌های حسگر بی‌سیم (WSN) که شامل تاخیر شبکه تصادفی کوتاه‌مدت و بلندمدت می‌شوند، مفید خواهد بود. بنابراین می توان از آن برای طراحی کنترل بلادرنگ در این مناطق استفاده کرد. در زمینه آکادمیک، این کتاب برای محققان، دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد ابزار دقیق و کنترل مفید خواهد بود. همچنین می‌تواند به‌عنوان ماده مرجع برای تدریس دوره‌های کنترل‌های پیش‌بینی‌کننده و تطبیقی ​​و کاربرد آن‌ها استفاده شود.

Recent advances in wireless technology have led to the emergence of industry standards such as WirelessHART. These strategies minimise the need for cumbersome cabling, thereby reducing costs. However, applying them involves the challenge of handling stochastic network delays, which can degrade control performance. To address this problem, commonly used simple PID could be employed. However, PID suffers from gain range limitations when used in a delayed environment. Furthermore, model-based controllers are complex and require exact models of the process and systematic system identification for implementation.

Therefore, to address these issues, the book proposes control strategies that retain the simplicity of PID in terms of ease of tuning and structure, while improving on the performance of the closed-loop system with regard to stochastic network delays and mismatches. Concretely, it proposes and discusses three strategies, namely: Setpoint Weighting (SW), Filtered Predictive PI (FPPI) and Optimal Fuzzy PID. In order to optimise some of these controllers, two novel hybrid optimisation algorithms combining the dynamism of the Bacterial Foraging Algorithm (BFA) and advantages of both the Spiral Dynamic Algorithm (SDA) and the Accelerated Particle Swarm Optimisation (APSO) have been used. The strategies proposed here can also be applied in stochastic control scenarios (not necessarily wireless) characterised by uncertainties.

This book will be useful to engineers and researchers in both industry and academia. In industry, it will be particularly useful to research and development efforts where PID controllers and wireless sensor networks (WSNs) involving both short and long term stochastic network delay are employed. Thus, it can be used for real-time control design in these areas. In the academic setting, the book will be useful for researchers, undergraduate and graduate students of instrumentation and control. It can also be used as reference material for teaching courses on predictive and adaptive controls and their application.

Front Matter ....Pages i-xvi
 Introduction  (Sabo Miya Hassan, Rosdiazli Ibrahim, Nordin Saad, Kishore Bingi, Vijanth Sagayan Asirvadam)....Pages 1-24
Front Matter ....Pages 25-25
 Filtered Predictive PI Controller for WirelessHART Networked Systems  (Sabo Miya Hassan, Rosdiazli Ibrahim, Nordin Saad, Kishore Bingi, Vijanth Sagayan Asirvadam)....Pages 27-58
 WirelessHART Networked Set-Point Weighted Controllers  (Sabo Miya Hassan, Rosdiazli Ibrahim, Nordin Saad, Kishore Bingi, Vijanth Sagayan Asirvadam)....Pages 59-91
Front Matter ....Pages 93-93
 Hybrid APSO–Spiral Dynamic Algorithm  (Sabo Miya Hassan, Rosdiazli Ibrahim, Nordin Saad, Kishore Bingi, Vijanth Sagayan Asirvadam)....Pages 95-120
 Hybrid ABFA-APSO Algorithm  (Sabo Miya Hassan, Rosdiazli Ibrahim, Nordin Saad, Kishore Bingi, Vijanth Sagayan Asirvadam)....Pages 121-140
Front Matter ....Pages 141-141
 Comparison on WirelessHART Networked Systems  (Sabo Miya Hassan, Rosdiazli Ibrahim, Nordin Saad, Kishore Bingi, Vijanth Sagayan Asirvadam)....Pages 143-151
Back Matter ....Pages 153-154