Буй Хай Шон. Параметрический синтез и анализ АСР с ПИД-алгоритмами различной структуры

brief description

Буй Хай Шон. Параметрический синтез и анализ АСР с ПИД-алгоритмами различной структуры : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Москва, 2006 160 с. РГБ ОД, 61:06-5/3347

Буй Хай Шон. Параметрический синтез и анализ АСР с ПИД-алгоритмами различной структуры : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Москва, 2006 160 с. РГБ ОД, 61:06-5/3347

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (технический университет)
На правах рукописи
Буй Хай Шон
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ И АНАЛИЗ АСР С ПИД-АЛГОРИТМАМИ РАЗЛИЧНОЙ СТРУКТУРЫ
Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (отрасль: энергетика)
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель кандидат технических наук, профессор Панько Марк Андреевич
Москва - 2006
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА АСР С ПИД-АЛГОРИТМОМ
1.1. ПИД-алгоритм и его особенности
1.1.1. Идеальный ПИД-алгоритм
1.1.2. Физически реализуемый ПИД-алгоритм
1.1.3. Цифровая реализация ПИД-алгоритма
1.1.4. Автоматические регуляторы релейно-импульсного действия
1.1.5. Особенности АСР с ПИД-регулятором
1.2. Методы параметрического синтеза АСР с ПИД-регуляторами
1.2.1. Задача параметрического синтеза АСР
1.2.2. Обзор методов определения настроек ПИД-регулятора
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
АСР С ПИД-РЕГУЛЯТОРАМИ
2.1. Расчет линий заданного запаса устойчивости т = const для АСР с идеальным ПИД-алгоритмом
2.2. Анализ влияния настроек ПИД-регулятора на распределение корней характеристического уравнения замкнутой системы
2.3. Расчет оптимальных параметров настройки с использованием комплексного показателя запаса устойчивости
2.4. Особенности АСР с иде&чьным ПИД-алгоритмом и объектом
управления с запаздыванием
2.5. Анализ распределения корней характеристического уравнения
2.6. Сравнение методов расчета оптимальных параметров настройки
АСР с ПИД-регулятором
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РОБАСТНСШ НАСТРОЙКИРЕАЛЬНЫХ
I I I
I I , S , • / ^ /
РЕГУЛЯТОРОВ1
3.1. Параметрический синтез и анализ динамики АСР с цифровым
86
ПИД-регулятором
3.2. Выбор параметров электрического исполнительного механизма
1 с ПИД‘алгоритмом ..'..'.І......'..'..' / '100
1 J ,У| ( I S S ( I/
I I I _ ^ ^ I I
3.3. Исследование автоколебаний в АСР,с ЦІЦМ и ЭИМ ; 109
і ! ч / / _ і
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
4.1. Описание экспериментального стенда 114
4.2. Получение математической модели объекта регулирования 116
4.3. Настройки регулятора и процессы регулирования по результатам эксперимента и моделирования ;. : 118
' Т " » || і ' ' ‘ г ‘ ‘ г' • * Т"
4.4. Возможные области применения. ПИД^алгориїма в. системах автоматизации теплотехнических объектов управления 126
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
Список литературы 133
Приложении 141
А
* I
А
' I I
” т
I
А
' I і
“ Т ' I I
I і

А
л
ВВЕДЕНИЕ ;
I I
Анализ алгоритмических структур промышленных автоматических сис¬тем регулирования показывает, что наибольшее распространение в реальных системах получили типовые алгоритмы регулирования - пропорциональный (П-) и пропорционально-интегральный (ГТИ-). К типовым относят также
г ' Ч ' 4 Ч
предложенный значительно Позже этих алгоритмов пропорционально-
■т_ ■ , ■ і , • < , • ■ ■т_
интегрально-дифференциальный алгоритм (ГІИД-): Приборостроительные фирмы разрабатывают и производят микропроцессорные ПИД-регуляторы и микропроцессорные контроллеры с библиотеками, включающими не только ПИД, но и более сложные алгоритмы регулирования. Однако, до настоящего • времени ПИД-регуляторы в реальных системах применяются редко и, как
правило* потенциальные • возможности ПИД-алгоритма не реализуются в
, 1 , ' 1 ' 1 / • 1 , 1
полной мере. /* '1587399780 ' */ 1 ;
Тем не менее, именно ПИД-алгоритму посвящено основное количество научных публикаций по проблеме оптимального параметрического синтеза автоматических систем регулирования. Множество публикаций по проблеме свидетельствует как об ее актуальности, так и об отсутствии ее окончатель¬ного решения.,/* 1587399730 */ ''
' 1 . 1 1 . 1 ' 1 '.г.'
• • I I — ^ . X •
Актуальность этой проблемы для решения'.задач' автоматизации объектов
S / I Ч/ * * Ч/Ч/Ч/ЧХЧ^
•> « А я» « . 4 • I «. «к ** ^ -г » • і
управления в энергетике подтверждается и тем, что ее решению были посвя-щены работы Е.Г. Дудникова, Е.П. Стефани, Н.И. Давыдова, В .Я. Ротача, В.В. Волгина и многих других специалистов в рамках проводимых ими ис¬следований по автоматизации управления теплоэнергетическими процессами
и установками. /* 1587399780 -*/
J ■ ■ , - , . .
1 ' і ‘ і * і 1 * і 1 /|
Простейшие П- и ПИ- алгоритмы достаточно точно реализуются в реаль-
/ I t 1 / 1 t
1 IIі
Ч / N/Ч/Ч/ Ч/ 1 Ч/ 1
ных автоматических регуляторах, что позволяет использовать в решении за¬дач анализа и синтеза автоматических систем регулирования с этими алго¬ритмами математические модели идеальных регуляторов. Как правило, при оптимальных настройках автоматические системы регулирования с П- и

bibliography

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
J § і і J І Г і I

/ 4 / ^ / X X ^ / X X ^ / XX / X
Рассмотрены особенности расчета параметров настройки ПИД-
регуляторов по расширенным частотным характеристикам при задании
запаса устойчивости значением корневого показателя условиях т = таоп, выполнен анализ влияния значения а = Тд / Ги на вид линий заданного запаса устойчивости m = const. '/* 1587400206 */ ; ' ",
_ х ^ ч _ х ^ ч „ X к х _ х N . х
Разработана методика и выполнен анализ влияния выбора точки на линий
XX / XX / XX / XX / XX
•Ь— 4 ч „ Ч Ч ч ^ ч „
m = const, определяющей настройки ПИД-регулятора на распределение корней характеристического уравнения замкнутой системы. /* 1587400206 */ Обосновано применение в качестве критерия динамической точности условия акрит при ограничении «т = тдоп и М = Млоп» и выполнен анализ чувствительности результата к погрешности определения а;крит. ;
- И ^ к - % V V
Разработана в среде,Matlab программа расчета настроек ПИД-регулятора при ограничении «т = тдоп и М = Мдоп». Расчет формализован, позволяет рассчитывать настройки для широкого класса объектов, включая ОУ с большим запаздыванием, и его результаты не зависят от субъективных факторов. /* 1587400206 */
. Рассмотрены .варианты количественных характеристик ограничения
X ^ 4 » х ^ х «. х ч. _ х ^ ч . х ^ ч
«т = отлоп и М = А/доп», показано, что предпочтительным вариантом расчета
ч ч ^ Ч s ^ Ч ч ^ ч ч ч
для объектов со стабильными характеристиками является условие «т=0,366 и М= 2,38» и акрит. При этом условии достигается соответствие между
принятыми в практике оптимального параметрического синтеза значениями показателей запаса устойчивости т, Маці. /* 1587400206 */
Произведено сравнение результатов расчета настроек ПИД-регулятора
• 1< ' - У " - V - V " - '^ и
‘ » ' ' ч
при ограничении «т = тдоа и М = Мдоп» с другими, известными методами
ч w Ч Ч % Ч s Ч ч ^ ’
параметрического синтеза. /* 1587400206 */
Рассмотрены особенности расчета параметров настройки ПИД- регуляторов при цифровой реализации алгоритма по расширенным частотным характеристикам при задании запаса устойчивости значением
корневого показателя условиях т = тдоп. В расчете используется характеристика эквивалентного аналогового регулятора. /* 1587400209 */ Выполнен анализ влияния значений а = Та / Ги и интервала квантования по времени Т на вид линий заданного запаса устойчивости m = const в пространстве параметров настройки регулятора. /* 1587400209 */
Выполнен с использованием цифровой (дискретной) модели АСР анализ влияния параметров настройки регулятора на расположение корней характеристического уравнения замкнутой АСР в плоскости комплексной переменной z и разработаны рекомендации по определению робастных настроек регулятора. /* 1587400209 */
Рассмотрены особенности динамики АСР с ПИД-регулятором, работающим с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости. Определены условия и разработана методика выбора скорости ЭИМ и расчета параметров широтно-импульсного модулятора, входящего в структуру регулятора. /* 1587400209 */
Проведено исследование режима автоколебаний, возникающих в АСР с ПИД-регулятором и ЭИМ, и предложена методика определения параметров автоколебаний. Показано, что автоколебания возникают в окрестности равновесного значения управляемой переменной. /* 1587400209 */
Результаты теоретического исследования подтверждены данными моделирования АСР с ПИД-регулятором и ЭИМ в среде Simulink (MatlLab).
Эффективность ПИД-алгоритма с ЭИМ существенно зависит от инерционности объекта управления и в случае малоинерционного объекта ограничена быстродействием исполнительного устройства. /* 1587400209 */ Произведено экспериментальное исследование динамики АСР с настройками ПИД-регулятора, рассчитанными по разработанным в диссертации методикам, на стенде с физической моделью объекта управления и реальными техническими средствами автоматизации - микропроцессорным регулирующим прибором ПРОТАР и электрическим 
исполнительным механизмом типа МЭО, подтвердившее соответствие
результатов эксперимента расчету. /* 1587400212 */
Выполнено моделирование АСР с ПИ- и ПИД-алгоритмами, ШИМ и
ЭИМ в среде Simulink математического пакета MatLab. Подтверждена
. возможность" моделирования реальных, регуляторов-в среде Simulink 'для
|/| it ' ' 1 Г ,/
I I I _ X _ X | '|
I ^ | /_
-исследования динамики АСР: расхождение визначеннях показателей
X/1 / N/N/N/N/ 1 V/ I
переходного процесса, полученных в эксперименте и на модели, не превышает 10 %. /* 1587400212 */
Определены целесообразные области использования аналоговых (с цифровой реализацией алгоритма) и релейно-импульсных ПИД- регуляторов' в /системах автоматизации , теплотехнических объектов,
' і * , . ^ • , 1 1 , 1 / ■
I І і
управлений.. /* 1587400212, */
; - - - ізз -' • " '' -
і I і
1 . 1 _ 1 _
- -ч V - % If ^
• Список литературы '/* 1587400? 15 */
1. Андронов А.А., Ііонтрягин JI. С. Грубые системы //ДАН СССР. 1937. Т14 №5. С. 247-250.
2. Анисимов Н. Г. Оценка робастности алгоритма управления по отношению
' ~ V Г ' ~ ч Г ' “ ч ~ ' " ч г - - " Л
I I I I
к неопределенности .Параметров объекта // Приборы и системы управде-
» ' ч * ' ч ' ч
ния; 1995/№ 12. С..8 -10.. •
3. Балакирев В. С., Дудников Е. Г, Цирлин А. М. Экспериментальное опре¬деление динамических характеристик промышленных объектов управле¬ния. М.: Энергия, 1967. /* 1587400215 */
4. Бинь Ф.Т. Разработка робастных методов расчета систем автоматического
' * N Г--- / % N ф ш ш ш / % ч Ф ш ш т / " , г--- / " ч
I I I I I
- регулирования.-Дис.^ канд. техн. наук.іМ.-1994. /*-,1587400215 */--; ►
і і і j і і і і і