Matlab & Simulink ile PID Denetleyici

Bu makalemde Matlab & Simulink ile Arduino’nun haberleşmesini örnek bir sistem üzerinden sağlayarak sizlere anlatmaya çalışacağım.

Matlab, Simulink üzerinden modellenecek olan bir PID denetleyici ölçülü bir süreç içinde değişen ve istenilen sıcaklık/nem arasındaki farkı gömülü sistemler (Arduino) üzerinden alarak bir “hata” değeri hesaplar. Bu duruma göre kontrol girişini ayarlayıp hatayı en aza indirerek, istenilen sıcaklık değerine ulaşmak için çalışması istenmektedir.

Gereçler:

• Arduino UNO
• DHT11
• DC Fan
• Matlab & Simulink

DHT11

DHT11, Çok hassas ölçümler gerektirmeyen, biraz daha genel ölçümlere ihtiyaç duyduğumuz projelerde kullanabileceğimiz, kullanımı kolay ve ucuz bir çözüm olan sıcaklık ve nem sensörüdür.

Algoritma

Algoritmayı 2 motorlu olarak yazdım fakat tek motorlu olarak anlatacağım. 2. motoru bilgisayarın fanı olarak düşünebiliriz malum kendisi çok sıcak 🙂

PID Denetleyici

Endüstriyel kontrol sistemlerinde çok sık kullanılan denetim biçimidir. Japonya da bile %80-90 oranında PID kullanılmaktadır. Yapısının basitliği, anlaşılmasının kolay oluşu, ayarlanacak değişken sayısının az oluşu ve fiziksel gerçeklemenin kolay oluşu onu tercih sebebi yapmıştır.

P – Proportional / Oransal
I – Integral / İntegral
D – Derivative / Türevsel

Ortam sıcaklık ve nem bilgisi (100 sn)

PID denetleyicimizin katsayılarını belirleyebilmemiz için ortam bilgisine ve istediğimiz sıcaklık değerine ihtiyacımız olacak. Bu yüzden örnek olarak 100 saniyelik zaman diliminde oda sıcaklığını ölçtüm. Ölçülen sıcaklık ve nem bilgisini Arduino üzerinden Matlab’e alabilmek için kullandığım kodlar şu şekilde:

Arduino:

// Caner Gezgez - cnRgzgz.com
#include <DHT11.h>

int pin=2;
DHT11 dht11(pin);
void setup()
{
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // Seri haberleşme
}
}

void loop()
{
int err;
float temp, humi;
if((err=dht11.read(humi, temp))==0)
{
//Sıcaklık değerini yolla
Serial.print(temp);

//Nem değerini yolla
Serial.print(humi);
Serial.println();
}
else
{
Serial.println();
Serial.print("Hata:");
Serial.print(err);
Serial.println();
}
delay(DHT11_RETRY_DELAY); // Tekrar okumak için bekle
}

Matlab:

% Seri haberleşme ile Arduino üzerinden
% sıcaklık ve nem bilgisi alınmıştır.
s = serial ( 'COM9');
zaman=100;
i=1;
fopen(s);

while(i<zaman)
fprintf(s, 'Seri haberleşme bilgisi');
out = fscanf(s)

Temp(i) = str2num(out(1:4));
subplot(211);
plot(Temp,'g');
axis([0,zaman,20,50]);
title('DHT11 Sıcaklık');
xlabel('---> Zaman (Saniye)');
ylabel('---> Sıcaklık');
grid

Humi(i)=str2num(out(5:9));
subplot(212);
plot(Humi,'m');
axis([0,zaman,25,100]);
title('DHT11 Nem');
xlabel('---> Zaman (Saniye)');
ylabel('---> % Nem ');
grid

i=i+1;
drawnow;
end
fclose(s)
delete(s)
clear s
%Caner Gezgez - cnRgzgz.com

Alınan ortam bilgisi grafiği ve deneysel ayar

Olması istenilen ortam sıcaklığını 25C olarak belirledim. Deneysel yaklaşım yöntemini kullanarak grafiği incelersek eğer istenmeyen sıcaklıklar olan g1 ve g2’nin 25C ile olan farklarını görebiliriz. Sıcaklığı bu aralıklarda tutmak için Kp=0.25; Ki=0.1; Kd=0.41 olarak belirledim.

Matlab & Simulink modeli

Sonuç

• Matlab ile Arduino’nun seri haberleşmesi sağlandı.
• Prototip yapma aşamasında Matlab ile modelleme yeteneği kazanılabilir.

Fırsatlar

• Bir sonraki aşamada çift motor kullanılabilir.
• Farklı prototipler elde edilebilir.

This work by Caner Gezgez is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International