Zur Lösung der Aufgabenstellung, „Entwicklung und praktische Realisierung eines mikro-controller-basierten CI-Regelungssystems für Biogasanlagen“, war es zunächst notwendig eine Datenbasis des Prozesses als Grundlage des Prozeßmodells zu erzeugen. Dazu wurde für eine Pilotanlage ein geeignetes PC-gestütztes online Meßsystem konzipiert und zur Datenaquirierung angewendet. Aus der generierten Datenbasis wurden, nach einer Datenaufbereitung mittels mathematischer Algorithmen, prozeßbeschreibende Merkmale extrahiert. Die nach einer Vorauswahl als prozeßrelevant eingestuften Merkmale bildeten in Form eines Eingangsdatenvektors die Grundlage für die durchgeführte PC-gestützte Fuzzy-Modell-bildung. Das Fuzzy-Modell ermittelt in Abhängigkeit der Werte der prozeßrelevanten Eingangsmerkmale eine optimale Zudosierrate an Input-Substrat für den Biogasprozeß. Nach einer Optimierung des Modells wurde der Fuzzy-Algorithmus auf den Mikrocontroller 80C167 implementiert. Das entwickelte Controller-Programm enthält neben dem Fuzzy-Algorithmus auch Routinen zur Datenerfassung, zum DataMining, zur Meßwertanzeige und zur Signalausgabe. Das portierte Fuzzy-Modell, in Form eines Fuzzy-Control-Systems, kann direkt zur Prozeßregelung eingesetzt werden und bildet dadurch eine preiswerte und robuste Steuereinheit.
Zur Umsetzung des Fuzzy-Algorithmus auf den µC 80C167 entstand im Rahmen dieser Diplomarbeit das leistungsfähige Softwaretool „Fuzzy Systems on Controller Applications“. FuzzySysOnConApp ist eine grafische Benutzeroberfläche für Microsoft Windows®-Betriebssysteme und dient dem Erstellen und Testen von Fuzzysystemen. Das Softwaretool bietet die Möglichkeit einen Runtime-C-Code des entwickelten Fuzzysystems zu generieren, der in beliebigen Controller Anwendungen PC unabhängig eingesetzt werden kann.
Diese Diplomarbeit stellt einen vollständigen Gesamtalgorithmus zur Regelung von Biogasanlagen vor, welcher ausgehend von online erfaßten Datensätzen über eine Datenaufbereitung mit Merkmalsfindung, ein Fuzzysystem strukturiert, testet und PC-unabhängig auf dem Mikrocontroller 80C167 implementiert.
Inhaltsverzeichnis
- Thema und Aufgabenstellung der Diplomarbeit
- Kurzreferat
- Abstract
- Vorwort
- 1 Einleitung
- 1.1 Biogasanlagen
- 1.2 Steuerung und Regelung von Biogasanlagen
- 1.3 Fuzzy-Logik
- 1.4 Zielsetzung der Arbeit
- 2 Datenerfassung und Datenaufbereitung
- 2.1 Meßsystem
- 2.2 Datenaufbereitung
- 2.3 Merkmalsfindung
- 3 Fuzzy-Modellbildung
- 3.1 Fuzzy-Logik
- 3.2 Fuzzy-Modell
- 3.3 Fuzzy-Inferenzsystem
- 3.4 Fuzzy-Regelung
- 4 Implementierung des Fuzzy-Regelungssystems
- 4.1 Mikrocontroller 80C167
- 4.2 Softwaretool „FuzzySysOnConApp“
- 4.3 Implementierung des Fuzzy-Algorithmus
- 5 Ergebnisse und Diskussion
- 5.1 Simulation des Fuzzy-Regelungssystems
- 5.2 Praktische Realisierung
- 5.3 Diskussion der Ergebnisse
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Anlagen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung und praktischen Realisierung eines mikrocontroller-basierten CI-Regelungssystems für Biogasanlagen. Ziel ist es, ein robustes und kostengünstiges System zu entwickeln, das die optimale Fahrweise der Biogasanlage sicherstellt. Die Arbeit umfasst die Datenerfassung und -aufbereitung, die Entwicklung eines Fuzzy-Regelungssystems und die Implementierung des Systems auf einem 16-Bit-Mikrocontroller.
- Entwicklung eines Fuzzy-Regelungssystems für Biogasanlagen
- Datenerfassung und -aufbereitung für den Biogasprozess
- Implementierung des Fuzzy-Regelungssystems auf einem Mikrocontroller
- Entwicklung einer Windows-basierten Bedienoberfläche für das Fuzzy-Control-System
- Bewertung der Leistung des entwickelten Regelungssystems
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 führt in die Thematik der Biogasanlagen, der Steuerung und Regelung von Biogasanlagen sowie in die Fuzzy-Logik ein. Es werden die Grundlagen der Biogasproduktion und die Herausforderungen bei der Regelung von Biogasanlagen erläutert. Außerdem wird die Zielsetzung der Arbeit vorgestellt.
Kapitel 2 beschreibt die Datenerfassung und -aufbereitung für den Biogasprozess. Es wird ein geeignetes Meßsystem für die Pilotanlage vorgestellt und die Datenaufbereitung mittels mathematischer Algorithmen erläutert. Die Merkmalsfindung, die zur Identifizierung der prozessrelevanten Merkmale dient, wird ebenfalls behandelt.
Kapitel 3 befasst sich mit der Fuzzy-Modellbildung. Es werden die Grundlagen der Fuzzy-Logik, die Entwicklung des Fuzzy-Modells, das Fuzzy-Inferenzsystem und die Fuzzy-Regelung erläutert. Die Funktionsweise des Fuzzy-Regelungssystems wird detailliert beschrieben.
Kapitel 4 behandelt die Implementierung des Fuzzy-Regelungssystems auf dem Mikrocontroller 80C167. Es werden der Mikrocontroller, das Softwaretool „FuzzySysOnConApp“ und die Implementierung des Fuzzy-Algorithmus vorgestellt. Die Funktionsweise des entwickelten Controller-Programms wird erläutert.
Kapitel 5 präsentiert die Ergebnisse und die Diskussion der Arbeit. Es werden die Simulation des Fuzzy-Regelungssystems, die praktische Realisierung und die Diskussion der Ergebnisse vorgestellt. Die Leistung des entwickelten Regelungssystems wird bewertet.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Entwicklung eines mikrocontroller-basierten CI-Regelungssystems für Biogasanlagen, die Datenerfassung und -aufbereitung, die Fuzzy-Logik, die Fuzzy-Modellbildung, die Implementierung des Fuzzy-Regelungssystems auf einem Mikrocontroller und die Bewertung der Leistung des entwickelten Regelungssystems. Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Fahrweise von Biogasanlagen durch die Anwendung von Fuzzy-Logik und die Entwicklung eines robusten und kostengünstigen Regelungssystems.
- Arbeit zitieren
- Dipl.Ing. Tobias Tautz (Autor:in), 2001, Entwicklung und praktische Realisierung eines mikrocontroller-basierten CI-Regelungssystems für Biogasanlagen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/186005
