Способ самонастройки системы пид-регулирования



Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования
Способ самонастройки системы пид-регулирования

 


Владельцы патента RU 2568386:

Закрытое акционерное общество "Экоресурс" (RU)

Изобретение относится к области управления непрерывными технологическими процессами. Техническим результатом является повышение эффективности самонастройки и улучшение качества регулирования инерционных объектов. Для этого предложен способ самонастройки системы ПИД-регулирования, основанный на подаче пробного сигнала на объект управления (ОУ), определении параметров модели ОУ на основе измеренных данных переходного процесса и определении настроек регулирования по параметрам модели, при этом ОУ аппроксимируют апериодическим звеном 1-го порядка с запаздыванием, а самонастройку осуществляют в два этапа: на первом этапе подают ступенчатое воздействие на ОУ, а на втором этапе включают двухпозиционное регулирование, затем определяют настройки ПИД-регулирования, оптимальные по интегральному критерию минимума модуля ошибки регулирования. 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области управления непрерывными технологическими процессами, в частности инерционными объектами, с помощью вычислительных технических средств и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Уровень техники

Известен способ самонастройки системы управления объектом, основанный на подаче управляющего воздействия на объект в виде пробного непериодического сигнала, определении параметров модели объекта на основе его реакции, определении настраиваемых параметров на основе передаточных функций моделей объекта и эталонной системы по критерию перерегулирования при минимальной сложности системы (RU 2304298 С2, 05.10.2005, G05B 13/00).

Известный способ применительно к инерционным объектам не обеспечивает требуемую эффективность самонастройки и приемлемое качество регулирования, так как использует только непериодический пробный сигнал, предусматривает сложную в практической реализации схему настройки совпадением модели объекта и эталонной системы, а используемый критерий является неэффективным для инерционных объектов.

Известен также способ автоматической настройки системы регулирования, основанный на использовании двухпозиционного регулирования с корректировкой значений амплитуды автоколебаний в разных циклах автонастройки, определении момента завершения переходного процесса по достижению равенства сумм ошибки на соседних интервалах и равенства длительностей этих интервалов, определении параметров настройки регулятора по измеренным амплитуде и частоте автоколебаний (RU 2002289 С1, 26.07.89, G05B 13/00).

Известный способ применительно к инерционным объектам не обеспечивает требуемую эффективность самонастройки и приемлемое качество регулирования, так как используемый в способе теоретический подход к реализации частотных методов анализа систем регулирования на практике бывает затруднительным.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ оптимальной автоматической настройки системы управления, основанный на подаче на объект управления (ОУ) ступенчатого пробного сигнала с настраиваемой амплитудой и полярностью, определении характерных точек переходного процесса, определении с помощью вспомогательных функций по этим точкам параметров настроек регулятора с критерием максимальной степени устойчивости (RU 2243584 С2, 24.03.2003, G05B 13/00) (прототип).

Недостатком известного способа является недостаточная эффективность самонастройки и низкое качество регулирования инерционных объектов из-за невысокой точности определения параметров используемых в способе характерных точек и сложности применяемых формул, а также неадекватности для инерционных объектов применяемой структуры модели.

Раскрытие изобретения

Цель изобретения - повышение эффективности самонастройки и улучшение качества регулирования инерционных объектов.

Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе объект управления (ОУ) аппроксимируют апериодическим звеном 1-го порядка с запаздыванием

самонастройку осуществляют в два этапа:

на первом этапе подают ступенчатое воздействие на ОУ, определяют окончание переходного процесса по уменьшению производной выходного сигнала ОУ ниже заданного значения и определяют коэффициент усиления А, на втором этапе включают двухпозиционное регулирование, выдерживают два полных цикла автоколебаний системы, по амплитуде последнего цикла автоколебаний определяют значение отношения L = τ T , по длительности последнего цикла автоколебаний и величине L определяют постоянную времени Т, а настройки определяют по интегральному критерию минимума модуля ошибки регулирования.

Описание чертежей

Реализация и особенности предлагаемого способа иллюстрируются фигурами.

Фиг.1. Схема регулирования с обратной связью.

Фиг.2. Кривые разгона объекта и модели.

Фиг.3. Циклограмма самонастройки.

Фиг.4. Зависимости амплитуды автоколебаний

Фиг.5. Зависимости длительности цикла автоколебаний.

Фиг.6. Зависимости оптимальных настроек.

Осуществление изобретения

Схема регулирования с обратной связью, рассматриваемая в предлагаемом способе, представлена на фиг.1.

Алгоритм ПИД-регулирования записывается в следующем виде:

U = K О ( K П Е + 1 T И E d t + T Д d E d t )

где Е=Хзад-Х - ошибка регулирования.

В предлагаемом способе в качестве аппроксимирующей модели ОУ

используется апериодическое звено 1-го порядка с запаздыванием, имеющее следующую передаточную функцию:

где А - коэффициент усиления;

Т - постоянная времени;

τ - время «чистого» запаздывания.

Такая аппроксимация позволяет описывать широкий круг инерционных объектов, когда запаздывание τ является не фактическим, а эквивалентным.

На фиг.2 показан переходный процесс на скачкообразное воздействие по входу для сложного инерционного объекта (линия 1) и его аппроксимирующей модели (линия 2).

Эквивалентное запаздывание, существенно затрудняющее работу системы регулирования такого объекта, обеспечивает эквивалентные характеристики замкнутой системы. В основу способа положены результаты проведенного исследования на основе цифрового моделирования и оптимизации, поскольку аналитические решения для систем с запаздыванием крайне затруднены. В предлагаемом способе самонастройки комплексно используется как ступенчатое пробное воздействие на объект, так и реализация режима автоколебаний.

На 1-м этапе самонастройки подается ступенчатое воздействие на управляющий канал U при разомкнутой системе регулирования (см. фиг.3).

Момент окончания переходного процесса tпер определяется по выполнению условия (3) (достижение производной выходного сигнала ОУ заданного минимального значения Dmin):

На 1-м этапе самонастройки определяется только коэффициент усиления А:

Далее осуществляется переход ко 2-му этапу самонастройки. В момент tпер включается замкнутая схема двухпозиционного регулирования по следующему алгоритму:

Система переходит в режим автоколебаний (фиг.3). Проведенные расчеты и моделирование показали, что установившийся режим автоколебаний в такой постановке достигается очень быстро, поэтому для определения параметров модели достаточно двух полных циклов автоколебаний.

Для объекта с передаточной функцией (2) основные характеристики определяются в зависимости от отношения L = τ T . Амплитуда установившихся автоколебаний пропорциональна величине L (фиг.4).

С учетом этой зависимости определяется величина L по измеренной амплитуде bц последнего (второго) цикла автоколебаний (с усреднением амплитуд положительной и отрицательной полуволн для учета возможных нелинейностей ОУ):

Длительность цикла автоколебаний пропорциональна величине L и также пропорциональна величине постоянной времени Т (фиг.5). С учетом этой зависимости определяют величину Т по измеренной длительности цикла t ц 2 и ранее определенному значению L. Эквивалентное запаздывание легко определяется как τ=LT.

Таким образом, определены параметры аппроксимирующей эквивалентной модели ОУ: А, τ, Т. По этим параметрам можно определить настройки ПИД-регулирования, оптимальные по критерию минимума модуля ошибки цифрового регулирования:

где h - дискретность регулирования;

n, N - выбирают пропорционально m;

α>0.

Зависимости, по которым определяются оптимальные настройки Кп, Ти, Тд регулятора (1) по критерию (7), показаны на фиг.6. Коэффициент усиления регулятора Kо определяется как K o = 1 A .

Критерий (6) обеспечивает достаточно высокое быстродействие при небольшом перерегулировании. Поверхность данного критерия в системе координат настроек пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих ПИД-регулирования (Кп, Ти, Тд) достаточно пологая в области оптимума, что облегчает настройку регулятора. Кроме того, предлагаемый способ самонастройки достаточно прост в реализации.

Для реализации способа может использоваться, например, регулирующий контроллер БАЗИС-21.2РР или другой из серии БАЗИС® производства ЗАО «Экоресурс». Внедрение предлагаемого способа в серийно выпускаемых контроллерах серии БАЗИС® намечено на 2014 год.

Способ самонастройки системы ПИД-регулирования, основанный на подаче пробного сигнала на объект управления (ОУ), определении параметров модели ОУ на основе измеренных данных переходного процесса и определении настроек регулирования по параметрам модели, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности самонастройки и улучшения качества регулирования инерционных объектов, ОУ аппроксимируют апериодическим звеном 1-го порядка с запаздыванием

самонастройку осуществляют в два этапа:
на первом этапе подают ступенчатое воздействие на ОУ, определяют окончание переходного процесса по уменьшению производной выходного сигнала ОУ ниже заданного значения и определяют коэффициент усиления А, на втором этапе включают двухпозиционное регулирование, выдерживают два полных цикла автоколебаний системы, по амплитуде последнего цикла автоколебаний определяют значение отношения по длительности последнего цикла автоколебаний и величине L определяют постоянную времени Т, время запаздывания определяют как τ=LT, затем используя А - коэффициент усиления, τ - время запаздывания и Т - постоянную времени определяют настройки ПИД-регулирования, оптимальные по интегральному критерию минимума модуля ошибки регулирования.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области управления. Технический результат - увеличение точности процесса регулирования.

Изобретение относится к контролю и организации оптимального управления и может быть использовано в системах контроля и управления различных динамических систем в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию. Технический результат - обеспечение работоспособности системы регулирования объекта с рециклом при числе управляющих воздействий объекта больше числа целевых выходных переменных.

Изобретения относятся к химической и топливной отраслям промышленности, а также к охране окружающей среды. Сначала сравнивают данные об исходном образце твердого топлива с одной или более требуемых характеристик после обработки.

Изобретение относится к следящим системам, предназначенным для обнаружения, определения, текущего контроля и анализа данных. Технический результат - расширение функциональных возможностей и удобство эксплуатации.

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано для реализации циклических движений. Технический результат - повышение точности реализации циклических движений.

Устройство относится к вычислительной технике. Технический результат заявленного изобретения заключается в обеспечении заданной динамической точности скоростного движения динамического объекта (ДО) на всех участках криволинейной пространственной траектории независимо от динамических свойств этого объекта и его системы управления.

Изобретение относится к системам автоматического регулирования, поддерживающим ориентацию солнечных батарей. Технический результат заключается в повышении точности ориентации и слежения солнечных батарей.

Изобретения относятся к области автоматизированного управления сложными информационными устройствами, использующими ПИД-законы регулирования, и могут найти применение в радиотехнических системах с хаотической динамикой реализации своих целевых функций в условиях интенсивного информационного возмущения.

Изобретение относится к области систем автоматического регулирования. Оно может быть использовано при автоматизации работы различных промышленных объектов, имеющих в своей структуре несколько каналов управления одной технологической величиной, путем использования одного или нескольких контуров регулирования, подключаемых в зависимости от динамических и энергетических характеристик объекта и особенностей возмущающего воздействия.

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами, в датчиках скорости которых возникают дефекты. Технический результат заключается в обеспечении нечувствительности работы электропривода к искажению показаний в датчике скорости вращения вала электропривода за счет формирования дополнительного управляющего воздействия, подаваемого на вход электропривода. Это сохраняет работоспособность в процессе его эксплуатации. Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор, корректирующее устройство с усилителем, электродвигатель с редуктором, выходной вал которого соединен с датчиком скорости, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом электропривода, последовательно соединенные датчик тока якорной обмотки электродвигателя, второй сумматор и интегратор. В него дополнительно введены третий сумматор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, второй вход - к выходу датчика тока, а выход - к третьему входу первого сумматора и второму входу второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу датчика скорости, а четвертый - к выходу корректирующего устройства. 1ил.

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами, в которых существенно повышаются величины моментов сухого трения. Технический результат заключается в обеспечении инвариантности электропривода к величине момента сухого трения, что обеспечивает неизменное качество в процессе эксплуатации. Самонастраивающийся электропривод содержит первый сумматор, последовательно соединенные корректирующее устройство с усилителем, электродвигатель с редуктором, выходной вал которого соединен с датчиком скорости и датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом электропривода, последовательно соединенные релейный элемент, вход которого соединен с выходом датчика скорости, второй сумматор, последовательно соединенные датчик тока якорной обмотки электродвигателя и третий сумматор. В него дополнительно введены последовательно соединенные интегратор, вход которого соединен с выходом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу релейного элемента, и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора и второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - с входом усилителя. 1 ил.

Изобретение относится к производству прецизионных изделий сложной формы из полимерных композиционных материалов. В процессе изготовления изделия, осуществляемого в течение нескольких технологических этапов, измеряют контролируемые параметры обрабатываемого изделия, сравнивают значения измеренных параметров с заданными и формируют управляющее воздействие, обеспечивающее корректировку технологических параметров. При этом на каждом этапе технологического процесса измеряют контролируемые параметры, характерные для данного этапа, определяют по известным экспериментальным зависимостям качество готового изделия от этих параметров путем оптимизационных вычислений значения возможных показателей качества изделия, сравнивают их с заданными и производят корректировку технологических параметров последующего этапа. Достигается повышение качества готового изделия. 2 ил.

Изобретение относится к области систем автоматического управления сложными многосвязными динамическими объектами и может быть использовано в системах автоматического управления газотурбинными двигателями, энергетическими комплексами, синхронными генераторами. Технический результат: повышение быстродействия и уменьшение перерегулирования в переходном режиме, а также увеличение точности функционирования в установившемся режиме за счет формирования логического корректирующего сигнала для подсистем в составе сложного многосвязного динамического объекта. Посредством нелинейного корректора формируют логический корректирующий сигнал на основе анализа динамики подсистемы по сигналу ошибки εi(t) и ее производной ε i ' ( t ) , а также, посредством дополнительного нелинейного корректора формируют сигнал логической корректирующей ошибки, полученный по результатам анализа влияния выбранной максимальной динамики y′(t) среди j-x подсистем (j=1,…,n, j≠i) на динамику выходной координаты y i ' ( t ) i-й подсистемы (i=1,…,n), тем самым стабилизируют, координируют и согласовывают все подсистемы и управляют сложным многосвязным динамическим объектом. 4 ил.

Изобретение относится к системам радиационной безопасности АЭС. Система содержит блок контроля за аварийной ситуацией с регулирующим клапаном и цилиндрический металлический кожух для сбора высокотемпературных радиоактивных газов и водяного пара, дисперсного материала и радиоактивной пыли, обрамляющий реактор. Кожух своей верхней конусной частью через отвод подсоединяется к центральной трубе конденсатора-дезактиватора первой ступени. Система содержит после кожуха две ступени дезактивации: конденсаторы-дезактиваторы первой и второй ступени, исключающие выбросы после реактора в атмосферу, которые заполняются через регулирующие клапаны дезактивирующим раствором Конденсатор-дезактиватор первой ступени служит для дезактивации дисперсного материала и радиоактивной пыли, а конденсатор-дезактиватор второй ступени - для дезактивации и конденсации высокотемпературного радиоактивного газа, водяного пара, который барботируется через слой дезактивирующей жидкости. Технический результат - повышение надежности работы системы при аварии атомного реактора. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к системе почвообрабатывающе-посевного орудия и способу ее управления. Орудие содержит высевающую секцию, датчик, выполненный с возможностью выдачи сигнала, указывающего на почву, смещенную высевающей секцией, и контроллер орудия, соединенный с возможностью сообщения с датчиком. Контроллер орудия выполнен с возможностью определения гладкости обработки почвы позади высевающей секции на основании сигнала и с возможностью регулирования параметра, влияющего на обработку почвы, когда гладкость находится за пределами требуемого диапазона. Такое конструктивное решение направлено на повышение эффективности посева. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение может быть использовано для непрерывного контроля, оценки и прогнозирования состояния неопределенности взаимодействия судна с внешней средой. Техническим результатом является повышение степени надежности функционирования бортовых систем для обеспечения безопасности мореплавания судов при возникновении экстремальных ситуаций. Для достижения технического результата в предлагаемом способе регистрируют сигналы в блоке измерений параметров судна и внешней среды в экстремальной ситуации, устанавливают уровень неопределенности ситуации и сравнивают текущие значения параметров энтропии с заранее зафиксированными значениями. При возникновении экстремальной ситуации в условиях большой неопределенности определяют базовое значение определяющего параметра, относительно которого рассматривается состояние неопределенности, энтропийного потенциала и его приращения с использованием конкурентного отношения, осуществляют распознавание уровня неопределенности и формируют математические модели динамики изменения неопределенности, рассчитывают величину комплексного энтропийного потенциала и определяют изменение характеристик энтропии, прогнозируют развитие ситуации. 4 ил.
Наверх