Адаптивные ПИД-регуляторы с конечно-частотной идентификацией тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Паленов, Максим Владимирович

• Паленов, Максим Владимирович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Паленов, Максим Владимирович

Введение

1.1 ПИД-регуляторы и методы их синтеза.

1.1.1 Формы ПИД-регуляторов.

1.1.2 Методы синтеза ПИД-регуляторов.

1.2 Автонастройка и адаптация ПИД-регуляторов.

1.2.1 Методы автонастройки

1.2.2 Адаптивные системы управления.

1.3 Частотное адаптивное управление.

1.3.1 Постановка задачи.

1.3.2 Построение ПИД-регулятора при известных коэффициентах модели ОУ.

1.3.3 Идентификация модели объекта управления

1.3.4 Алгоритм адаптации.

Частотный адаптивный ПИДД-регулятор

2.1 Постановка задачи.

2.2 Построение регулятора при известных параметрах модели объекта.

2.3 Идентификация модели объекта управления.

2.3.1 Оценки параметров модели объекта управления

2.3.2 Идентификация запаздывания.

2.3.3 Определение частот и амплитуд испыаательного сигнала

2.3.4 Условия сходимости идентификации.

2.3.5 Длительность процесса идентификации.

2.4 Алгоритм адаптации.

2.5 Сравнение ПИДД- и ПИД-регуляторов.

2.6 Экспериментальные исследования.

2.6.1 Экспериментальный стенд "ФМ-2 ОВЕН".

2.6.2 Результаты экспериментальных исследований

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Паленов, Максим Владимирович

Выводы

В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты, выносимые автором на защиту:

1. способ построения самонастраивающегося ГШД/И регулятора, предназначенного для управления объектами со значительно изменяющимися параметрами динамики в условиях неизвестных внешних возмущений (условие смежной устойчивости не выполняется);

2. адаптивный ПИДД-регулятор, предназначенный для управления объектами при неизвестных внешних возмущениях, динамика которых описывается моделью второго порядка с запаздыванием, параметры которой мало изменяются с течением времени (условие смежной устойчивости выполняется);

3. условия сходимости процесса адаптации:

4. анализ влияния частот испытательного сигнала на точность оценок параметров модели, получаемых в результате идентификации, и показано то, что при определённых сочетаниях параметров точность идентификации может быть сколь угодно мала;

5. метод конечно-частотной идентификации объектов n-го порядка с запаздыванием;

6. адаптивный регулятор для управления процессом нагрева при синтезе сверхтвердых материалов.

5.G Заключение

В данной главе предложен адаптивный регулятор для управления температурой при процессе синтеза сверхтвердого материала, эффективность которого подтверждается результатами экспериментов.

Рис. 5 5' Эксперимент 1: Заданная циклограмма по мощности

Рис 5 6 Эксперимент 1: График мощности на образце

Р'.Вт

Рис. 5.7: Эксперимент 2: Заданная циклограмма по мощности

Р, Вт

I. с

Рис. 5.8: Эксперимент 2: График мощности на образце

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Паленов, Максим Владимирович, 2011 год

1. Александров А.Г. Частотный алгоритм адаптивного управления // Межвузовский научный сборник "Аналитические методы синтеза регуляторов". Саратов: Саратовский политехнический институт. 1984. 25

2. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высшая школа, 1989. 29, 82

3. Александров А.Г. Частотные регуляторы // АиТ. 1991. № 1. С. 22-23. 51, 86

4. Александров А.Г. Адаптивное управление на основе идентификации частотных характеристик // Известия РАН. "Теория и системы .управления". 1995. № 2. С. 63-71. 25, 28

5. Александров А.Г. Частотное адаптивное управление, ч. I // АиТ. 1994. „Vе 12. С. 93-104. 25

6. Александров А.Г. Частотное адаптивное управление, ч. II // АиТ. 1995 №1. С. 117-128. 25

7. Александров В.А., Орлов Ю.Ф. Проблемы реализации частотного адаптивного регулятора // Частотное управление. М: Московский институт стали и сплавов. Научные труды. 1994. С. 123-133. 25

8. Александров А.Г. Частотное адаптивное управление устойчивым объектом при неизвестном ограниченном возмущении // Автоматика и телемеханика. 2000. № 4. С. 106-116. 25, 31, 32, 42, 50

9. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. Москва, 2003. Электронная книга. 42, 82

10. Александров А.Г. Конечно-частотная идентификация: самонастройка испытательных частот // Сборник научных трудов "Робастное управление и частотная идентификация", ЭПИ МИСиС. 2004. С. 67-97. 25, 28, 29, 46

11. Александров А.Г., Орлов Ю.Ф. Сравнение двух методов идентификации при неизвестных ограниченных возмущениях // Автоматика и телемеханика. 2005. Т. 66. МО. С. 128-147. 50

12. Александров А.Г., Орлов Ю.Ф. Конечно-частотная идентификация: динамический алгоритм // Проблемы управления. 2009. ЛМ. С. 2-8. 107

13. Александров А. Г., Паленое М. В., Резкое И. Г. Частотный адаптивный ПИД-регулятор: ЧАР-ПИД-Wl // Материалы 33 Международного семинара презентации и выставки. Москва. 2009. ИПУ РАН. С. 68-76. CD-ROM ISBN-978-5-91450-029-7. 9

14. Александров А. Г., Паленое М. В., Резкое И. Г. Алюритм частотного адаптивного ПИД-регулятора // Материалы 3-й Научной конференции. Москва. 2009. ИПУ РАН. С. 49-58. CD-ROM ISBN-978-5-91450-030-3. 9

15. Александров А. Р., Паленое М. В. Самонастраивающийся ПИД-регулятор (СН-ПИД-1) // 2-я Российская конференция с международным участием "Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения" (УКИ-10). ИПУ РАН. Москва. 2010. С. 1-7. 9

16. Александров А. Г., Паленое М. В. Самонастраивающийся ПИД регулятор // Патент России № RU 2419122. 2011. Бюлл. № 14. 9

17. Александров А. Г., Паленое М. В., Резкое И.Г. Адаптивный ПИД-регулятор ЧАР-ПИД-1 // Автоматизация в промышленности. 2011. № 9. С. 58-61. 9

18. Александров А. Г., Паленое М. В. Самонастраивающийся ПИД/И регулятор // Автоматика и телемеханика. 2011. ЛГо10. С. 4-18. 9

19. Гуляев С.В., Чертова Т.П., Шубладзе A.A., Шубладзе A.M. Оптимальные по степени устойчивости системы управления динамическими объектами // Проблемы управления. 2003. № 3. С. 2-9. 20

20. Льют Л. Идентификация систем. М.: Наука, 1991. 28, 39

21. Мазуров В.М., Литюга A.B., Спицып A.B. Развитие технологий адаптивного управления в SCADA системе TRACE MODE // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. j\r"l. С. 18-29. 22, 25

22. Паленое М. В., Резкое И. Г. Федоров А. С. Частотный адаптивный ПИД-регулятор // Труды ЮБИЛЕЙНОЙ Международной научной конференции проблем управления, передачи и обработки информации (АТМ-ТКИ-50). Саратов. 2009. 9

23. Паленое М. В., Федоров А. С. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009613459 ЧАР-ПИД-2 // Зарегестрировано в реестре программ для ЭВМ 29 июня 2009. 9

24. Паленое М. В. Моделирование процессов адаптивного управления //VI Всероссийская школа-семинар молодых ученых "Управление большими системами". Том 1. Ижевск. 2009. С. 286-295. 9

25. Паленое М. В. Адаптивный ПИДД-регулятор // Проблемы управления. 2011. № 1. С. 14-20. 9

26. Пиленое М. В. Конечно-частотная идентификация объектов п-го порядка с запаздыванием // Материалы VIII Всероссийской школы-конференции молодых ученых "Управление Большими Системами". Магнитогорск. 2011. 9

27. Ротач В.Я., Кузищин В.Ф. Петров С.В. Настройка регуляторов по переходным характеристикам систем управления без ихаппроксимации аналитическими выражениями // Автоматизация в промышленности. 2009. № 11. 21

28. Ротич В.Я., Кузищин В.Ф., Петров С.П. Алгоритмы и программы раесчетов настройки ПИ и ПИД регуляторов по переходным характеристикам системы // Автоматизация в промышленности. 2009. № 12. 21

29. Ротач В.Я., Кузищин В. Ф., Петров C.í?. Настройка регуляторов по переходным характеристикам систем автоматического управления с использованием преобразования Фурье // Автоматизация в промышленности. 2010. № 1. 21

30. Ротач В.Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: учебник для вузов. М. : Энергоатомиздат, 1985. 22, 25

31. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Издательство МЭИ, 2004. 22, 25

32. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Издательский дом МЭИ, 2008. 21, 22, 25

33. Сперанский K.P. Экспериментальные исследования частотного адаптивного регулятора ЧАР-5 // Частотное управление. М: Московский институт стали и сплавов. Научные труды. 1994. С. 99-122. 25

34. Трефилов П.А. Частотный адаптивный регулятор ЧАР-1 // Межвузовский научный сборник "Аналитические методы синтеза регуляторов". Саратов: Саратовский политехнический институт. 1984. 25

35. Фомин В.II. Фрадков А.Л., Якубович В.А. Адаптивное управление динамическими объктами. М.: Наука, 1981. 24

36. Шубладзе A.M. Методика рассчета оптимальных по степени устойчивости ПИ-законов управления // Автоматика и телемеханика. 1987. № 4. 20

37. Шубладзе A.M. Достаточные условия экстремума в системах максимальной степени устойчивости // Автоматика и телемеханика. 1997. Р 3. 20

38. Шубладзе A.M., Гуляев С.В., Шубладзе А.А. Адаптивные автоматически настраивающиеся ПИД-регуляторы // Промышленные АСУ и контроллеры. 2003. № 6. 20

39. Шубладзе A.M., Кузнецов С.И. Автоматически настраивающиеся промышленные ПИ и ПИД регуляторы // Автомат изация в промышленности. 2007. № 2. 20

40. Шубладзе A.M., Гуляев С.В., Малахов В.Р., Олъшванг В.Р. Адаптивный ПИД-регулятор // Датчики и системы. 2008. № 1. 20

41. Aidan O'Dwyer Handbook of PI and PID controller tuning rules, 2nd Edition. London: Imperial College Press, 2006. 9

42. Aidan O'Dwyer Handbook of PI and PID controller timing rules, 3nd Edition. London: Imperial College Press, 2009. 10, 15, 55

43. Alexandrov A.G Finite-frequency method of identification /7 Proceeding of 10th IFAC Symposium on System Identification. Copengagen, Denmark. 1994. Preprints. V. 2. P. 523-527. 25

44. Alexandrov A.G. Finite-frequency identification: selftuning of test signal // Preprints of the 16th IFAC World Congress. Prague, Czech Republic. 3-8 Jily 2005. CD-ROM. 25, 46, 69, 71, 86

45. Alexandrov A.G. and Palenov M.V. Self-tuning PID-I controller // Preprints of the 18th IFAC World Congress. Milano, Italy. 28 Aug. -2 Sept. 2011. PP. 3635-3640. 9

46. Astrom K.J. and Hayglund T. Automatic Tuning and Simple Regulators with Specifications on Phase and Amplitude Margins // Autoinatica. 1984. V. 20, No. 5. P. 645-651. 17

47. Astrom, K.J., Iiagglund Т., Hang C.C. and Ho W.K. Automatic Tuning and Adaptation for PID Controllers A Survey // Control Engineering Practice. 1993. V. 1. P. 699-714. 17, 18

48. Astrom K. J. and Wittenmark B. Adaptive Control, 2nd edition. Massachusetts: Addison-Wesley Reading. 1995. 22

49. Astrom K.J. and Hagglund T. PID Control Theory, Design and Tuning. 2nd ed. North Carolina: ISA, Research Triangle Park, 1995. 17

50. Astrom K.J. and Hagglund T. Advanced PID Control. North Carolina: ISA, Research Triangle Park, 2006. 23, 24, 27, 65

51. Atherton D. PID controller tuning // Computing and Control Engineering Journal. 1999. April. P. 44-50. 13

52. Blevins T.L., McMillan G.K., Wojsznis W.K. andB.M. W. Advanced Control Unleashed. North Carolina: ISA. Research Triangle Park, 2003. 24

53. Chieri K.L., Hro'aes J.A., and Reswick J.B. On the automatic control of genoialized passive systems // Trans. ASME. 1952. 74. P. 175-189. 13

54. Chien I.-L. and Fruehauf P.S. Consider IMC tuning to improve controller performance // Chemical Engineering Progress. 1990 Octobei. P. 33-41. 13

55. Clarke D. W. Pretuning and adaptation of PI controllers // IEEE Proceedings: Control Theory Applications. 2003. V. 150. No. 6. P. 585-598. 22

56. Clarke D.W., Park J.W. Phase-locked loops for plant tuning and monitoring // IEEE Proceedings: Control Theory Applications. 2003. V. 150. No. 2. P. 155-169. 22

57. Crowe J., Johnson M.A. Towards autonomous PI control satisfying classical robustness specifications // IEEE Proceedings: Control Theory Applications. 2002. V. 149. No. 1. P. 26-31. 22

58. Choi Y., Chung W.K. PID Trajectory Tracking Control for Mechanical Systems. Berlin: Springer, 2004. 9

59. El yard 0.1., Stephens W. C. Effect of closed-loop transfer function pole and zero locations on the transient responce of linear control systems // Applications and Industry. 1959. V.42. P. 121-127. 14

60. Frohr F., Orttenburger F. Introduction to Electronic Control Engineering Siemens Aktiengesellschaft. London: Heyden and Son Ltd., 1982. 14

61. Grassi E. Tsakalis K.S., Dash S, Gaikwad S.V. Mac Arthur W. and Stein G. Integrated system identifiaction and PID controller tuning by frequency loop-shaping // Transactions IEEE. Control Systems Technology. 2001. V. 9. No. 2. P. 285-294. 22

62. Gyonyy I.J., Clarke D.W. On the automatic tuning and adaptation of PID controllers // Control Engineering Practice. 2006. V. 14. P. 149-163. 22

63. Hagllund. T., Astrom K.J. Industrial adaptive controllers based on frequency response techniques // Autornatica. 1991. V. 27. P. 599609. 17, 18

64. Hagllund T., Astrom K.J. Revisiting the Ziegler-Nichols tuning rules for PI control // Asian Journal of Control. 2002. V. 4. No. 4. P. 364380.

65. Hang C.C., Sin K.K. An on-line auto-tuning method based on cross-correlation // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1991. V. 38. No. 6. P. 428-437. 16

66. Iking C.C., Astrom K.J. and Ho W.K. Relay auto-tuning in the presence of static load disturbance // Autornatica. 1993. V. 29. No. 2. P. 563-564. 17

67. Hansen. Peter D. Robust adaptive PID controller tuning for unmeasured load rejection // In IFAC Workshop on Digital Control -Past, present and future of PID Control. Terrassa, Spain. 2000. 13

68. Higlunri J.D. Single-term control on first- and second-order processes with dead time // Control. 1968. February. P. 2-6. 13

69. Hjalrnarsson II., Gevery, M., Lequin 0. Interactive feedback tuning: theory and applications // IEEE Control Systems Magazine. 1998. V. 18. No. 4. P. 26-41. 24

70. Ho W.K., Hang C.C., Wojszms, W., Tao Q.H. Frequency Domain Approach to Self-Tuning PID Control // Control Eng. Practice. 1996. V. 4. No. 6. P. 807-813. 20

71. Hoshino R., Mori, Y. Self-Tuning Continuous-Time Generalized Minimum Variance Control // Proceeding of 17th IFAC World Congress. Seoul, Korea. 2008. P. 5751-5755. 23

72. Huang II.P., Roan M.L., Jeng J.C. On-line adaptive tuning for PID controllers // IEEE Proceedings: Control Theory Applications. 2002. V. 149. No. 1. P. 60-67. 22

73. Kaya, I., Atherton, D.P. Exact parameter estimation using relay feedback control // Proceeding of 16th IFAC World Congress. Prague. Czech Republic. 2005. 18

74. Kessler C. Das symmetrische Optimum, Teil I. // Regelungstechnik. 1958. V. 6. No. 11. P. 395-400. 14

75. Kessler C. Das symmetrische Optimum, Teil II. // Regelungstechnik, 1958. V. 6. No. 12. P. 432-436. 14

76. Mantz R.J., Taceoni E. J. Complementary rules to Ziegler and Nichols' rules for a regulating and tracking controller // International Journal of Control. 1989. V. 49. P. 1465-1471. 16

77. Marlin T.E. Process Control. New Yoik: McGraw-Hill, 2000. 9

78. McMillan G.K. Tuning and Control Loop Performance, second edition. North Carolina: ISA, Research Triangle: Park, 1983. 9

79. McMillan O.K., Wojsznis W.K. Borders G.T., Jr Flexible gain scheduler // ISA Transactions. 1993. V. 33. No. 1. P. 35-41. 24

80. McMillan G.K., Wojsznis W.K., Meyer K. Easy tuner for DCS // In Advances in Instrumentation and Control. 1993. V. 48 of ISA Conference. P. 703-710. 24

81. Mishael A.J., Moradi M.H. PID Control: New Identification and Design Methods. Berlin: Springer, 2005. 9

82. Newton Jr. G. C., Gould L.A., Kaiser J.F. Analitical Design of Linear Feedback Controls // John Wiley and Sons, 1957. 13

83. Nishikawa Y., Sannorniya N., Ohta T., Tanaka H.A method for autotuning of PID control parameters // Automática. 1984. V. 20. P. 321 -332. 16

84. Oquinnaike B.A., Ray W.H. Piocess Dynamics, Modeling and Control (Topics in Chemical Engineering) // Oxford University Press. Oxford. 1994. 9

85. Persson P., A strom K.J. Dominant pole design A unified view of PID controller tuning // In Preprints 4th IFAC Symposium on Adaptive Systems in Control and Signal Processing. Grenoble, France. 1992. P. 127-132. 14

86. Persson P., A strom K.J. PID control revisited // In Preprints IFAC 12th World Congress. Sydney, Australia. 1993. 14

87. Quevedo J., Escobet T. Digital Control 2000 Past, present, and future of PID Control // Pergamon. Oxford. 2000. 9

88. Rivera D.E. Morari M., Skogestag Internal model control 4. PID control design // Ind. Eng. Chem. Proc. Des. Dev. 1998. V. 25. P. 252-265. 13, 27, 37

89. Rovira A.A., Murrill P. W., Smith C.L. Tuning controllers for setpoint changes // Instruments and Control Systems. 1969. December. P. 6769. 14100101 102103104105106107108109110

90. Mizuno N., Sato A. Discrete Time Adaptive Control for Continuous-Time Systems Using 2-Delay Limiting-Zero Model // Proceeding of 16th IFAC World Congress. Prague, Czech Republic. 2005. 20

91. Sato T., Kameoka, K. Self-Tuning Type-2 PID Control System and its Application // Proceeding of 17th IFAC World Congress. Seoul, Korea. 2008. P. 11287-11292. 20

92. Schei T.S. A method for closed loop automatic tuning of PID controllers // Automatica. 1992. V. 28. No. 3. P. 587-591. 17

93. Seborg D.E., Edgar T.F., Shah S.L. Adaptive control strategies foi process control: A survey // AIChE Journal. 1986. V. 32. P. 881-913. 9

94. Shinbrot M. On the analisys of linear and nonlinear systems // Trans. ASME. 1957. V. 79. P. 547-552. 108

95. Shinskey F.G. Process-Control Systems. Application, Design, and Tuning, third edition. New York: McGraw-Hill, 1988. 9

96. Smith O.J.M. Closed control of loops with dead time // Chemical Engineering Process. 1957. V. 53. May. P. 217-219. 13

97. Smith C.L. Digital Computer Process Control. Scranton, Pennsylvania: Intext Educational Publishers, 1972. 9

98. Suda N. et al. PID Control. Japan: Asakura Shoten Co. Ltd., 1992. 9

99. Takatsu H. Kawano T., Kitano Intelligent self-tuning PID controller // In Preprints IFAC International Symposium on Intelligent Tuning and Adaptive Control (ITAC 91). Singapore. 1991. 16, 24

100. Tan L.-Y., Weber T.W. Controller tuning of a third-order process under proportional-integral control // Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development. 1985. V. 24. P. 11551160. 16

101. The Control Handbook (In two volumes) editor William S. Levine. A CRC Press Handbook published in Cooperation with IEEE Press, 2000. 27

102. Trvxal J. Automatic Feedback Control System Synthesis. New York: McGrawHill, 1955. 13, 14

103. Vasu G. Optimalizing control applied to control of engine pressure // Transactions ASME. 1957. V. 79 P. 481-488. 22

104. Visioli A. Improving the load disturbance rejection performance of IMC-tuned PID controllers // Proceedings of 15th Triennial Word Congress. Barselona, Spain. 2002. Preprints. 27, 37, 05, 66, 106

105. Voda A. and Landau I.D. A method for the auto-calibration of PID controllers // Automatica. 1995. V. 31. No. 2. P. 41-53. 17

106. Wang L., Cluett W.li. From Plant Data to Process Control: Ideas for Process Identification and PID Design. London: Taylor and Francis, 2000. 9

107. Wang Q.-G., Hang C.C., Hagqlund T., Tan K.K. Advances in PID Control. Berlin: Springer, 2000. 9

108. Yamamoto S. Industrial developments in intelligent and adaptive control // In Preprints IFAC International on Intelligent Tuning and Adaptive Control (ITAC 91). Singapore. 1991. 24

109. Zhou J., Wang W., Wen C. Adaptive Backstepping Control of Uncertain Systems with Unknown Input Time-Delay // Proceeding of 17th IFAC World Congress. Seoul, Korea. 2008. P. 13361-13366. 20

110. Ziegler J.G., Nichlos N.B. Optimum settings for automatic controllers // Trans. ASME. 1942. V. 64. P. 759-768. 12, 15

111. Ziegler J.G., Nichlos N.B. Process lags in automatic-control circuits // Transactions of the ASME. 1943. V. 65. P. 433-443. 12, 15