Нечіткі регулятори замість класичних PID-регуляторів в системах опалення, вентиляції та кондиціонування виробничих приміщень

Abstract

Maintaining a stable microclimate in industrial premises is a critical factor that directly affects the efficiency of technological processes, energy consumption, and personnel safety. Temperature control in production environments is particularly importantbecause significant deviations from optimal conditions can lead to deterioration in product quality, equipment malfunction, and reduced worker productivity. Traditional proportional–integral–derivative (PID) controllers are widely used in heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systemsdue to their simple structure and well-established theoretical background. However, their effectiveness is often limited in real industrial environments where thermal processes are characterized by high inertia, nonlinear dynamics, and significant external disturbances. Variations in outdoor temperature, solar radiation, internal heat gains from equipment and personnel, and unpredictable airflow patterns complicate the control process and reduce the efficiency of classical PID regulators.This paper investigates the possibility of improving temperature regulation in industrial HVAC systems through the use of fuzzy logic control. A fuzzy PID controller is proposed that combines the classical PID structure with a fuzzy inference mechanism capable of dynamically adjusting controller parameters. The proposed approach allows the control system to adapt to changing environmental conditions and nonlinear characteristics of the controlled object. A mathematical model of the thermal regime of an industrial room was developed based on heat balance equations, taking into account internal and external heat flows. The architecture of the fuzzy PID controller was designed using two input variables: the temperature error and the rate of change of this error.Simulation modeling was carried out in the MATLAB/Simulink environment to evaluate the performance of the proposed controller. The results of the simulation were compared with those obtained using a classical PID regulator. The comparison demonstrated that the fuzzy PID controller provides faster stabilization of the temperature regime, reduces overshoot during transient processes, and improves the stability of the control system under changing external conditions. In particular, the integral error indicators were reducedby approximately 10–15%, indicating improved regulation accuracy and energy efficiency.The obtained results confirm the effectiveness of combining fuzzy logic with classical PID control for HVAC systems in industrial premises. The proposed approach can be applied to modern automated climate control systems and may contribute to improved energy efficiency, increased operational reliability, and enhanced comfort conditions in industrial environments.

У статті розглядається задача підтримання стабільного температурного режиму у виробничих приміщеннях, що є ключовим чинником забезпечення ефективності технологічних процесів, енергоефективності та безпеки персоналу. Традиційні пропорційно-інтегрально-диференціальні (ПІД) регулятори широко застосовуються для керування мікрокліматом, проте їх ефективність обмежується інерційністю повітряного середовища, значними тепловими навантаженнями обладнання та змінами зовнішніх умов. Запропоновано використання нечіткого ПІД-регулятора, який поєднує класичну структуру регулювання з апаратом нечіткої логіки. Побудовано математичну модель теплового режиму приміщення, розроблено архітектуру нечіткого ПІД-регулятора та виконано моделювання. Порівняння з класичним ПІД-регулятором показало зменшення інтегральних показників похибки на 10-15%.