Development of a fuzzy logic controller for vacuum cleaners

Abstract

ÖZET Bu tezde elektrikli süpürgeler için bir bulanık denetleyici (fuzzy controller) geliştirilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında, bir elektrikli süpürgeden istenen performans tanımlanmış ve sistemin girdileri ve çıktıları arasındaki ilişkiler bir şemayla özetlenmiştir. Bu şematik yapıyı temel alarak çeşitli bulanık denetleyici tasarımlan geliştirilmiş ve bu tasarımların performansları simulasyonlarla incelenmiştir. Bu simulasyonlar bir elektrikli süpürgenin çalışması sırasında karşılaşacağı tipik ortam koşullarını içermektedir. Geliştirilen bulanık denetleyiciler çok girdili ve çok çıktılı olduğundan denetleyicinin en iyi performansı verecek şekilde ayarlanması için sistematik yollar aranması gereği ortaya belirgin olarak çıkmaktadır. Bu çalışmada istenen performansı sağlanması için bulanık kural tabanı üzerinde yapılacak çalışmalara ağırlık verilmektedir. Literatürde belirtilen tamamlık (completeness) ve tutarsızlık (inconsistency) kavramlarından yararlanılarak denetleyicinin performansı daha da geliştirilmiştir. Bu çalışmalara ek olarak artıkiık (redundancy) kavramı da bu tezde tanımlanmakta ve bulanık denetleyici tasanmında etkin bir araç olabileceği belirtilmektedir. Geliştirilen bulanık denetleyicilerin gerçek bir elektr: i süpürge üzerinde denenmesi çalışmaların son aşamasını oluşturmaktadır. Bu aşamada bulanık denetleyicinin girdilerini sağlayan algılayıcılar, eyleyiciler ve bunlann bilgisayar tarafından denetlenebilmesiT sağlayan arayüz devreleri geliştirilmiştir. Deneylerde bulanık denetleyicinin performansı elektrikli süpürgenin çalışması sırasında karşılaşacağı tüm temel durumlar için incelenmiş ve elektrikli süpürgeden istenen performansın başarı ile sağlandığı gözlemlenmiştir.

IV ABSTRACT In this thesis, a fuzzy logic controller has been developed for canister type vacuum cleaners. In the first phase of this study, the required performance of the vacuum cleaner was investigated. The results were summarized as a flowchart which relates the inputs and outputs of the control mechanism. This flowchart has formed the basis of this study. Several fuzzy controllers that are based on this model were developed. The performance of different controller designs were evaluated by simulations depicting the most typical conditions during vacuum cleaner operation. Most fuzzy logic controller designs consisted of four inputs and two outputs. Therefore, systematic approaches were necessary for the tuning of the controllers. Modifications in the rule base of the controller played the key role in the tuning efforts. Completeness and inconsistency concepts mentioned in the literature were employed in these studies. In addition to these concepts, the concept of rule redundancy were introduced and applied to our designs. Finally, the performance of the control system was investigated on the actual system. The sensors and actuators mentioned in the decision mechanism and interface cards of actuators were developed for the experiments. The performance of the system was tested for all operating conditions of the vacuum cleaner. The results showed that the performance reqeirements of the vacuum cleaner system has been succesfülly achieved using a fuzzy logic controller.