Разработка методов расчета систем управления со вспомогательными информационными каналами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Нгуен Зуй Фыонг

• Нгуен Зуй Фыонг
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Зуй Фыонг

Введение

ГЛАВА 1. . .б

1.1 Обзор методов синтеза одноконтурных. систем управления. . . . „ б

1.2 Виды систем управления с добавочными информационными каналами (САУДИ)

1.3 Обзор методов настройки САУДИ

1.4 Обзор методов настройки САУДИ

1.5 Постановка задачи. ; . . . '

ГЛАВА 2.

2.1 Выбор расчетной структуры САУДИ. и порядок расчетов

2.2 Критерии оптимальности

2.3 Расчетная модель объекта.

2.4 Программа расчетов параметров настройки. . САУДИ на ПЭВМ

2„5 Анализ процессов регулирования в САУДИ

2.5.1 Выбор точки отбора вспомогательной регулируемой величины

2.5.2 Применение САУДИ-1 при возмущениях, . действующих на инерционную часть объекта

2.5.3 Закон регулирования вспомогательного регулятора

2.5.4 Применение итерационного расчета. поочередно по контурам.

2.6 Анализ процессов регулирования в САУДИ-2.

2.7 Пример расчета настройки САУДИ. rjIAfi^ 3 ••»•««••«о« «•»■•«••»••В

3.1 Понятие неопределенности модели объекта . . . . регулирования

3.2 Расчет робастной настройки регуляторов . . . использованием градиентных функций. чувствительности (ГЧФ)

3.3 Алгоритм расчетов робастной настройки регуляторов САУДИ

3.4 Пример расчета.

3.5 Экспериментальные работы на стенде системы. . . регулирования электропечи микроконтроллером . . ПРОТАР.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов расчета систем управления со вспомогательными информационными каналами»

Основной задачей прикладной теории автоматического управления принято считать задачу синтеза оптимальных алгоритмов управления и регулирования. Между тем в практике автоматизации эксплуатационных режимов непрерывных технологических объектов, в том числе и объектов ТЭС и АЭС, эта проблема практически не стоит - здесь повсеместно применяются типовые П, ПИ или ПИД алгоритмы управления, а задач;а повышения качества работы системы до желаемого уровня решается не путем усложнения алгоритмов управления, а путем усложнения информационной структуры системы. Это значит, что на входы управляющей части системы, помимо сигнала об изменении основных управляемых величин, подаются добавочные сигналы от вспомогательных регулируемых величин. Тем самым достигается получение более своевременной информации о текущем и ожидаемом состоянии объекта управления, что особенно важно при управлении объектами с большой инерцией и запаздыванием.

На практике получили два варианта таких систем: каскадные системы и системы с коррекцией добавочных сигналов в специальных корректирующих блоках. В дальнейшем первый вариант систем управления с добавочной информацией будет сокращенно называться САУДИ-1,, а второй - САУДИ-2.

САУДИ являются многоконтурными (по крайней мере -двухконтурными) системами с несколькими взаимосвязанными контроллерами или регуляторами и корректирующими блоками. Поэтому определение алгоритмов управления и их параметров настройки здесь, естественно, оказывается задачей намного более сложной, чем в обычных одноконтурных системах. Между тем, в литературе по теории автоматического управления этим вопросам уделяется явно недостаточное внимание. Здесь до последнего времени господствовала методология расчленения многоконтурной системы на соответствующее число одноконтурных с последовательным их расчетом методами одноконтурных систем. При этом в считавшихся основополагающими методах не осуществлялась даже проверка полученного таким образом результата. Более того, в некоторых публикациях возможность подобного подхода считалась при расчете каскадных систем даже достоинством таких систем. Правда, в последующем (начиная с 60-х годов) появились методы последовательных приближений к оптимуму, но при все том же расчленении системы в процессе итераций на отдельные контура. К сожалению, не была доказана ни сходимость подобной итерационной процедуры, ни того, что решение действительно стремится к оптимуму.

От этих недостатков свободен опубликованный в [35,36] метод одновременного поиска оптимума настройки САУДИ по всем контурам метод многомерного сканирования, с соответствующей модернизацией критериев оптимальности. Настоящая работа посвящена дальнейшему развитию этого метода: усовершенствованию структуры алгоритма поиска, разработке соответствующих программ расчета на ПЭВМ, с помощью которых удалось решить ряд важных задач практического применения САУДИ, таких как учет распре5 деленных возмущений, выбора точек отбора от объекта вспомогательных регулируемых величин, введения в методы расчета ограничений на робастность системы.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Нгуен Зуй Фыонг

Вывод параметров настройки Кр\', Тиь Кр2, Ти2 критерия оптимальности 10пт

Рис.2.1 Блок-схема расчетов системы регулирования САУДИ1

Заключение

Основными результатами выполненной работы являются:

1. Произведен выбор наиболее рациональной структуры расчетной схемы систем с добавочными информационными каналами для определения оптимальных параметров настройки методом многомерного сканирования.

2. Разработан метод расчета таких систем без ограничения на существенную разность инерционностей внешнего и внутреннего контуров.

3. Разработан метод синтеза таких систем, в частности, метод выбора точки отбора вспомогательного сигнала от объекта с учетом распределенного характера возмущений одновременно действующих на объект как до, так и после этой точки. Синтез может быть выполнен при любом задании характера распределения возмущений вдоль объекта „

4. Разработан метод расчета робастных систем рассматриваемого класса, базирующийся на градиентных функциях чувствительности.

5. Эффективность предложенных методов проверена путем сравнительного анализа с существующими методами расчетов на цифровых имитационных моделях, а также на реальном стенде регулирования температуры в электропечи серийным микроконтроллером ПРОТАР.

6. Доказана целесообразность применения в большинстве случаев для внутреннего контура П регулятора вместо обычно применяемого ПИ регулятора.

7. Разработан пакет прикладных программ для выполнения всего комплекса расчетов на ПЭВМ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Зуй Фыонг, 2000 год

1. Автоматизация настройки систем управления / Под ред. В.Я. Рртача. М.: Энергоатомиздат, 1984.

2. Автоматическое управление в химической промышленно-сти: Учебник для вузов. Под ред. Е.Г. Дудникова. -М.; Химия, 1987.

3. Александрова Н.Д. Расчет параметров динамической настройки регулятора температуры пара с опережающим скоростным импульсом // Сборник «Автоматизация тепловых электростанций». Госэнергоиздат 1959.

4. За. Александрова Н.Д. Расчет параметров динамической настройки регулятора температуры пара с опережающим скоростным сигналом // Теплоэнергетика. 1965. №4«, с. 24 28.

5. Биленкэ В.А. , Давыдов Н.И. Метод расчета на ЭЦВМ оптимальных параметров настройки двух контурных систем регулирования // Теплоэнергетика. 1977. № 1. С 32 -36.

6. Блэнд Г. Основы программирования на языке Бейсик в стандарте MSX. пер. с англ.Москва. «Финансы и практика» 1989 -207с.

7. Волгин В.В. , Якимов В.Я. К вопросу выбора запаса, устойчивости в системах автоматического регулирования тепловых процессов // Теплоэнергетика.1972. № 4. С. 76-78.

8. Горовящ И. Синтез систем с обратной связью. М.: Сов.радио, 1970.

9. Дудников Е.Г. Основы автоматического регулирования тепловых процессов. М.: Госэнергоиздат,1956.

10. Изерман Р. Цифровые системы управления. Пер. с англ.-М. : Мир. 1984 . (Izermann R. Digital Control. Systems. Springer-Verlag. 1981)

11. Кузишин В.Ф., Зверьков В.П. Границы области сходимости итерационного алгоритма настройки АСР с применением генератора синусоидальных колебаний. «Труды МЭИ», 1977, вып.338, с. 8 6 - 88.

12. И.Кузищин В.Ф. Лабораторная работа №13. Регулятор с автоматизированной настройкой на приборе ПРОТАР. Москва, МЭИ 1994

13. В.М. Исследование эффективности итерационного метода настройки каскадных систем регулирования. «Труды МЭИ», '1977, вып. 338, с. 77 - 81.

14. Лукас В.А. Теория автоматического управления. Недра .М.: 1990.

15. Льюнг Леннарт. Идентификация систем: Теория для пользователя. Пер. с англ. Под ред. Я.З. Цыпкин М. Мир 1991.

16. Мань Н.В. Расчет робастных систем автоматического регулирования с помощью расширенных комплексных частотных характеристик // Теплоэнергетика. 1996. № 10. С. 69-75.

17. Методические указания по курсу «Технические средства АСУТП» Микропроцессорные регулирующие приборы серии ПРОТАР. Москва, МЭИ 1994

18. Миронов В.Д. Регулирование с опережающим импульсом.- «Известия ВТИ». 1948. №8.

19. Очков В.Ф. Языки программирования GW-Basic и Qbasic: сравнительное описание, Знергоатомиздат Москва 1992 - 75с.

20. Панько М.А. Расчет автоматических систем регулирования с дифференцированием вспомогательной регулируемой переменной // Теплоэнергетика. 1998. №10. с. 28- 33.

21. Панько М.А. , Харахорин Д.А. Расчет оптимальных настроек регулятора в автоматической системе регулирования с сигналом по производной. Сборник научных трудов. М.:Издательство МЭИ, 1998. с.61-69.

22. Ротач В.Я. Расчет настройки промышленных систем автоматического регулирования М. : Госэнергоиздат, 1961.

23. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М., «Энергия», 1973, 440 с.

24. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами. М. : Энергоатомиздат. 1985.

25. Ротач В.Я., Шавров A.B., Бутырев В.П. Синтез алгоритмов машинного расчета оптимальных параметров систем регулирования // Теплоэнергетика, 1977, № 12, с. 76-79.

26. Ротач В.Я., Кузищин В.Ф„, Солдатов В.В. Учет чувствительности систем регулирования при расчете оптимальных параметров настройки // Теплоэнергетика. 1983. № 10. С. 15-19.

27. Ротач В.Я. , Наконечный А.Ф. Расчет настройки ПИД-регуляторов в режиме диалога // Теплоэнергетика. 1988. № 9. С. 38-41.

28. Ротач В.Я. О методологии построения адаптивных систем автоматического управления технологическими процессами // Теплоэнергетика. 198 9. №10.С.2-8.

29. Ротач В.Я. Расчет настройки реальных ПИД-регуляторов // Теплоэнергетика. 1993. № 10, с. 31-35

30. Ротач В.Я. Расчет робастной настройки автоматических регуляторов // Теплоэнергетика. 1994. № 10. С. 7-12.

31. Ротач В.Я. Расчет каскадных систем автоматического регулирования // Теплоэнергетика. 1997. №10. С 16 -23.

32. Ротач В.Я. Расчет систем автоматического регулирования со вспомогательными регулируемыми величинами // Теплоэнергетика» 1998. № 3. С 4 6 51.

33. Ротач В. Я. Об уточнении основных положений теории автоматического управления недетерминированными объектами. Сборник научных трудов. М.¡Издательство МЭИ,1998. С.5-15.

34. Ротач В.Я., Фыонг Н.З. К расчету каскадных систем автоматического регулирования // Теплоэнергетика.,1999, № 10, с. 10-16.

35. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М., Энергоиздат, 1960 „

36. Стефани Е.П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов. М., Энергия, 1972. 376с.

37. Сю Д., Мейер А. Современная теория автоматичесокго управления и ее применение. М.Машиностроение,1972„

38. Трояновский В.М. , Шаньгин В.Ф. Бейсик для начинающих и будущих профессионалов Москва «высшая школа» 1992 - 239с.

39. Уайлд Д. Дж. Методы поиска экстремума. -М.:Наука, 1967. -268 с.44 . Цыххкин Я.З. Основы теории а в тома тиче ских систем. -М.: Нука, 1977, 560с.

40. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. Пер. с англ. М. Мир. 1975.

41. Эйкхофф П. Современные методы идентификации систем. Пер. с англ. М. Мир. 1975.

42. Эрриот П. Регулирование производственных процессов. Пер. с англ.- Энергия. М. : 1967. (Peter Harriott, Process Control, McGraw-Hill Book Company, New York, San Francisco, 1964).

43. Axkman A.R. , How to Solve Analyzer Control Problems, ISA J., 4, 364, 1957.

44. Brown G. S. and Campbell D.P., Principles of Servo-mechanisms, p. 275, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1948.

45. Cheung, T. And Luyben, W. , Liquid-Level control in single tanks and casca des of tanks with P and PI controllers. -I&EC Fundamentals, Vol.18, №1, 1977, p.15053 . Eckman D.P. Automatic Process Control, p.257, Join Wiley and Sons, Inc, New York,1958.

46. Franks, R.G.; Worley, C.W. Quantitative analysis of cascade control. Industrial and Engineering Chemistry Research. 1956, Vol.48, №7 (p.1074-1079) .

47. Gollin N. W. , Cascade Control Systems, Control Eng., 3(1), 94, 1956.

48. Hougen, J.O. Measurement and control applications. Instrument Society of America: Pittsburgh, PA, 1979.

49. Jury, F.D. Fundamentals of three-mode controllers Fisher controls Company: Technical Monograph 1973, №28 .

50. Lee, Y.; Lee, M.; Park, S. PID Controller tuning to obtain desired closed loop responses for cascade control systems. Industrial and Engineering Chemistry Research. 1998, Vol.37, №5 (p.1859-1865).

51. Lopez, A.M. PhD. Thesis, Louisiana state University, Baton Rouge, 1967.

52. Mamzic C.L. Basic Multiloop Control Systems, ISA J., 7(6), 63, June 1960.

53. McMillan, G.K. Effect of cascade control on loop performance. Proceedings of the ACC Arlington, 1982; pp 363-368.

54. Schork, F.J.; Deshpande, P.B. Double-cascade controller tested. Hydrocarbon Processing. 197 8, Vol.57, №7 (p.113-117).125

55. Seborg, D.E.; Edgar, T.F.; Mellichamp, D.A. Process dynamics and control; Wiley Series in Chemical Engineering: Wiley: New York,1989.

56. Smith, C.A.; Corripio, A.B. Automatic process control; John Wiley&Sons, Inc.: New York,1985.

57. Webb P.U., Reducing Process Disturbances with Cascade Control, Control Eng., 8(8), 63, August 1961.

58. Wills D.M. , Cascade Control Applications and Hardware, Tech. Bull.TX, 119-1. Minneapolis-Honeywell. Co., 1960.

59. Yuong A.Jo, An Introduction to Process Control System Design, p. 310, Longmans, Green and Co., Inc., New York, 1955.70 . Zieglex J.6., Cascade Control Systems,1954 Bulletin, Texas A and M Symposium on Instrumentation.

60. Chen, Ceng, Lee. A Genetic Approach to Mixed H2/Ho0 Optimal PID Control. IEEE-Control Systems, October 1995.