Regelungstechnik mit Fuzzy Logic

Praktische Anwendungen und Projekte mit Arduino, ESP32 und RP2040

Von Josef Bernhardt

Buchübersicht und Inhalt

Dieses Dokument beschreibt den Inhalt des Buches "Regelungstechnik mit Fuzzy Logic" von Josef Bernhardt, veröffentlicht von Elektor Verlag GmbH.

Cover-Bildbeschreibung

Das Cover zeigt eine Grafik mit einer X-Achse beschriftet mit "error" (von 0 bis 210) und einer Y-Achse beschriftet mit "μ (ε)" (von -0.1 bis 1.1). Mehrere farbige Linien, die Fuzzy-Logik-Mitgliedschaftsfunktionen repräsentieren (z.B. NM, NS, ZE, PS, PM), sind dargestellt. Daneben ist ein Foto einer "Fuzzy Triangles Soyo Controller" Platine abgebildet. Die Platine enthält einen ESP32-Mikrocontroller und andere elektronische Komponenten. Ein kleines Display auf der Platine zeigt die Benutzeroberfläche eines "FUZZY PID Controllers" mit Parametern wie "VoltageNTC mV", "Temp NTC1", "ControlValue %", "Setpoint" und "Time", zusammen mit ihren aktuellen Werten.

Copyright und Verlagsinformationen

Die Beiträge, Entwürfe, Pläne, Zeichnungen und Illustrationen sind urheberrechtlich geschützt. Vervielfältigung und Verbreitung bedürfen der schriftlichen Zustimmung des Herausgebers.

Erwähnte Soft- und Hardwarebezeichnungen können eingetragene Warenzeichen sein und gehören ihren jeweiligen Inhabern.

Trotz sorgfältiger Zusammenstellung können Fehler nicht ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autor übernehmen keine Haftung für fehlerhafte Angaben oder deren Folgen.

ISBN (Print): 978-3-89576-646-6

ISBN (eBook): 978-3-89576-647-3

Satz und Aufmachung: D-Vision, Julian van den Berg | Oss (NL)

Druck: Ipskamp Printing, Enschede (NL)

Elektor Verlag GmbH, Aachen. Website: www.elektor.de

Elektor ist eine wichtige Quelle für technische Informationen und Elektronik-Produkte für Maker, Ingenieure und Entwickler weltweit.

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Arduino Hardware für die Regelungstechnik

1.1 Arduino UNO
1.2 Arduino NANO
1.3 Espressif ESP32
1.4 Raspberry RP2040 Controller
1.5 ESP32 Fuzzy PID Controller Board
1.6 ESP32 Modbus RTU Controller Board
1.7 Programmieren der Arduino Boards
1.8 Das Nextion Grafik Display
1.9 Testsoftware für das ESP32 Board
1.10 Programmbeispiel mit dem ESP32
1.11 Arduino ESP32 Controller 12 Bit A/D-Wandler Test
1.12 Codeblocks Entwicklungsumgebung für Ansi C
1.13 Serial Data Reader
1.14 Serial Port Datareader
1.15 Der Espressif ESP32 als WebSocket-Server

Kapitel 2: Sensoren

2.1 NTC Temperatursensoren
2.2 RTD Temperatursensoren
2.3 Lineare Interpolation
2.4 Thermoelemente
2.5 Anwendungen von Thermoelementen
2.6 Sensoren mit integrierter Elektronik
2.7 pH Sensoren
2.8 Drehgeber
2.9 Kraftmessung
2.10 Lineare Regression
2.11 Spline Interpolation
2.12 Polynomische Regression

Kapitel 3: Stellglieder MOSFET und Solid State Relais

3.1 MOSFET BSP76
3.2 MOSFET Schaltung mit Optokoppler für 10 A
3.3 H-Brücke L298
3.4 H-Brücke mit BTS7960 von Infineon bis maximal 43 A
3.5 Thyristor Steller für Wechselspannung

Kapitel 4: Steuerung, Regelung und Regelstrecken

4.1 Formelzeichen
4.2 Unterschied Steuern und Regeln nach IEC 60050-351
4.3 Beispiele zur Steuerungstechnik
4.4 Ansteuern einer realen Heizung
4.5 Ansteuerung eines DC Motors mit PWM (Pulsweitenmodulation)

Kapitel 5: Zweipunkt und PID-Regler

5.1 Zweipunktregler
5.2 PID-Regler
5.3 Parameterbestimmung mit Ziegler-Nichols
5.4 Parameterbestimmung mit der Relay Methode
5.5 Arduino PID Regler mit PT2 Simulation
5.6 Arduino PID-Regler mit realer Strecke (ALU-Block)
5.7 Arduino PID-Regler für stehendes Pendel

Kapitel 6: Fuzzy Logic Grundlagen

6.1 Fuzzy Logic Geschichte
6.2 Fuzzy Logic Regler Aufbau
6.3 Fuzzifizierung
6.4 Inferenz
6.5 Defuzzifizierung
6.6 Fuzzy Beispiel Lüftersteuerung
6.7 Regelung eines Inversen Pendels
6.8 Fuzzy Sets
6.9 Simulation einer Funktion mit Fuzzy Logic
6.10 Anwendung einer Fuzzy Funktion für ein Temperaturprofil

Kapitel 7: Fuzzy Logic Temperaturregler

7.1 Fuzzy Regler mit PT2-Simulation
7.2 Fuzzy Regler mit dem ESP32 und realer Heizung
7.3 Fuzzy Beispiele mit Gauss, Bell und Sigmoid

Kapitel 8: Fuzzy Logic Temperaturregler mit zwei Eingängen

8.1 Temperaturregler mit zwei Eingängen
8.2 Fuzzy Control Beispiel für eine Heizungsregelung

Kapitel 9: Fuzzy-Regler Beispiele mit einem DC-Motor

9.1 DC-Motoren Grundlagen
9.2 Ansteuern des Motors mit PWM (Drehzahlsteuerung)
9.3 Ansteuern des Motors mit PWM und Drehzahlmessung
9.4 Motor Drehzahlregelung mit Fuzzy Logic
9.5 Motor Positionssteuerung

Kapitel 10: Sliding-Mode-Regler

10.1 Allgemeine Beschreibung des Sliding Mode Reglers
10.2 Sliding Mode Regler Beispiel mit der PT2 Strecken Simulation
10.3 Sliding Mode Regler Beispiel mit realer Strecke
10.4 Optimierung der Parameter c1 und c2 mit Fuzzy Logic

Kapitel 11: Neuronale Netze

11.1 Geschichte der neuronalen Netze
11.2 Biologisches Neuron
11.3 Grundlagen
11.4 Aktivierungsfunktionen
11.5 Das Perceptron
11.6 Feedforward Netze
11.7 Training des Neuronalen Netzes
11.8 ANN Beispiel XOR
11.9 Fuzzy Gauss Regler mit Neuronalen Netz
11.10 Einen Farbsensor mit dem Neuronalen Netz auswerten
11.11 Training eines neuronalen Netzwerks mit zwei Hidden Layern

Kapitel 12: Fuzzy-Regler für die Stromeinspeisung ins Hausnetz

12.1 Einführung
12.2 Shelly 3EM Energiemesser
12.3 Messungen mit dem Shelly Plus 1PM
12.4 Laderegler Victron Smart Solar 100 I 20
12.5 Windows Software SharpDevelop_Shelly3emWinform
12.6 Soyo Micro Inverter für die Netzeinspeisung
12.7 ESP32 PID Fuzzy Control Board für die Regelung
12.8 Fuzzy-Regler Funktion

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