Skip to content

EXPONENTIAL_RISE_SYSTEM.md

Latest commit

 

History

History
139 lines (108 loc) · 6.14 KB

EXPONENTIAL_RISE_SYSTEM.md

File metadata and controls

139 lines (108 loc) · 6.14 KB
Raw

PM2.5 Exponential Rise Control System

การเปลี่ยนแปลงจากระบบเดิม

ระบบได้รับการปรับปรุงจากการควบคุมแบบขั้นบันได (5→10→25→35→50 μg/m³) เป็นการควบคุมแบบ Exponential Rise ที่ทำงานใน 3 ขั้นตอน:

  1. Exponential Rise: เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและราบรื่นจาก 0 ถึง 50 μg/m³ ในระยะเวลา 2 ชั่วโมง
  2. Maintenance Phase: รักษาระดับ 50 μg/m³ เป็นเวลา 20 นาที
  3. Natural Decay: ปิดระบบให้ PM ลดลงตามธรรมชาติ

หลักการทำงาน

1. Setpoint Shaping with Exponential Rise

ใช้วิธี First-order Filter กับ setpoint เพื่อสร้างการเพิ่มขึ้นแบบ exponential:

Target(t) = Max_Target × (1 - e^(-t/τ))

โดยที่:

  • Max_Target = 50 μg/m³
  • τ = 2400 วินาที (40 นาที) - time constant
  • t = เวลาที่ผ่านไป (วินาที)

2. Filtered Setpoint Control

PID Controller จะติดตาม filtered setpoint แทนการติดตาม raw target:

filtered_target += alpha * (exponential_target - filtered_target)
error = filtered_target - current_pm

การตั้งค่าระบบ

ค่าพารามิเตอร์หลัก

#define EXPONENTIAL_RISE_DURATION_SECONDS 7200  // 2 ชั่วโมง
#define MAINTENANCE_DURATION_SECONDS 1200       // 20 นาที
const float MAX_PM_TARGET = 50.0                // เป้าหมายสูงสุด

ค่า PID ที่ปรับแล้ว

  • Kp = 0.4 - Proportional gain สำหรับการผลิต PM
  • Ki = 0.008 - Integral gain สำหรับความแม่นยำ
  • Kd = 0.05 - Derivative gain ที่ลดลงเพื่อลด noise
  • Alpha = 0.1 - Filter coefficient สำหรับ setpoint shaping

คำสั่งการใช้งาน

Serial Commands

start  - เริ่มต้นระบบ exponential rise
stop   - หยุดระบบและตั้งพัดลมเป็น 0
status - แสดงสถานะปัจจุบันของระบบ
help   - แสดงคำสั่งที่ใช้ได้

การทำงานอัตโนมัติ

  • ระบบจะเริ่มทำงานอัตโนมัติหลังจาก boot 60 วินาที
  • Phase 1: ใช้เวลา 2 ชั่วโมงในการเพิ่ม PM จาก 0 ถึง 50 μg/m³
  • Phase 2: รักษาระดับ 50 μg/m³ เป็นเวลา 20 นาที
  • Phase 3: ปิดระบบให้ PM ลดลงตามธรรมชาติ

ข้อดีของระบบใหม่

1. การเพิ่มขึ้นที่ราบรื่น

  • ไม่มีการเปลี่ยนแปลงแบบกระโดด (step change)
  • การเพิ่มขึ้นแบบ exponential เหมือนธรรมชาติ
  • เหมาะสำหรับการทดสอบเซ็นเซอร์ PM

2. ควบคุมได้ดีกว่า

  • ป้องกัน overshoot และ oscillation
  • การตอบสนองที่เสถียรและทำนายได้
  • ลด noise ในระบบ

3. ยืดหยุ่นในการปรับแต่ง

  • เปลี่ยนระยะเวลาได้ง่าย (แค่ปรับ EXPONENTIAL_RISE_DURATION_SECONDS)
  • เปลี่ยนเป้าหมายสูงสุดได้ (ปรับ MAX_PM_TARGET)
  • ปรับความนุ่มนวลได้ (ปรับ alpha)

การทดสอบระบบ

สำหรับการทดสอบระยะสั้น

แก้ไขในไฟล์ main.cpp:

// เปลี่ยนจาก 2 ชั่วโมง เป็น 5 นาที
#define EXPONENTIAL_RISE_DURATION_SECONDS 300  // 5 minutes for testing
#define MAINTENANCE_DURATION_SECONDS 60        // 1 minute for testing

การติดตามความคืบหน้า

ระบบจะ log ความคืบหน้าทุก 30 วินาที:

Exponential rise progress: 12.5/50.0 μg/m³ (25.0% complete)

Mathematical Model

Exponential Rise Function

PM(t) = 50 × (1 - e^(-t/2400))

Time to reach percentage of target

  • 63.2% ของเป้าหมาย: 40 นาที (1τ)
  • 86.5% ของเป้าหมาย: 80 นาที (2τ)
  • 95.0% ของเป้าหมาย: 120 นาที (3τ)

Complete System Timeline

  • 0-120 นาที: Exponential rise จาก 0→50 μg/m³
  • 120-140 นาที: Maintenance phase ที่ 50 μg/m³
  • 140+ นาที: Natural decay (ระบบปิด)

Progress at specific times

  • 30 นาที: ~24 μg/m³ (48%)
  • 60 นาที: ~37 μg/m³ (74%)
  • 90 นาที: ~43 μg/m³ (86%)
  • 120 นาที: ~47.5 μg/m³ (95%)

การแก้ไขปัญหา

ถ้าระบบเพิ่มขึ้นเร็วเกินไป

ลดค่า alpha ใน Calculator.cpp:

alpha = 0.05; // ลดจาก 0.1 เพื่อให้นุ่มนวลขึ้น

ถ้าระบบเพิ่มขึ้นช้าเกินไป

เพิ่มค่า alpha:

alpha = 0.15; // เพิ่มจาก 0.1 เพื่อให้เร็วขึ้น

ถ้ามี oscillation

ลดค่า Kp และ Kd:

Kp = 0.3;  // ลดจาก 0.4
Kd = 0.03; // ลดจาก 0.05