Исследование эффективности и развитие методов оптимизации динамики АСР тепловых объектов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Хоанг Ван Ва

• Хоанг Ван Ва
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Хоанг Ван Ва

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ НАСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ C ОПРЕДЕЛЕНИЕМ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА И МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ

1.1. Система с предиктором Смита

1.2. Алгоритм максимального быстродействия по принципу максимума Понтрягина

1.3. Метод настройки регуляторов через МНК-приближение к субоптимальному регулятору

1.4. Методы автоматической настройки регуляторов и определения модели объектов

1.4.1. Определение модели объекта по реакции на прямоугольный

импульс (АНР-1)

1.4.2. Определение модели объекта по двум периодам автоколебаний

(АНР-2)

1.5. Расчет параметров модели объекта, параметров настройки регулятора и косвенных показателей оптимальности с использованием поисковых алгоритмов

1.6. Выводы по главе 1. Постановка задачи диссертационной работы

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДИКТОРА СМИТА ДЛЯ АСР С ПИД-РЕГУЛЯТОРОМ И МОДУЛЕМ АНР

2.1. Постановка задачи исследований АСР с ПИД-регулятором и предиктором Смита

2.2. Исследование АСР с предиктором Смита при наличии случайных помех с помощью пакета Matlab/ Simulink

2.3. Настройка регулятора при включении предиктора

2.4. Исследование АСР с предиктором Смита на экспериментальном стенде с моделью объекта на базе ПЛК

2.5. Результаты моделирования АСР с предиктором и ПИД-регулятором на стенде с симулятором объекта

2.6. Исследование АСР с предиктором на стенде с электронагревателем

2.6.1. Исследования системы с предиктором, широтно-импульным модулятором и блоком автонастройки регулятора АНР-1

2.6.2. Исследования системы с предиктором, исполнительным механизмом постоянной скорости и блоком автонастройки регулятора АНР-2

2.7. Анализ частотных характеристик АСР с предиктором

2.8. Выводы и рекомендации главы

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РАЗВИТИЕ МЕТОДА НАСТРОЙКИ АСР С ПРИБЛИЖЕНИЕМ К СУБОПТИМАЛЬНОМУ РЕГУЛЯТОРУ В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ С САМОВЫРАВНИВАНИЕМ

3.1. Рассматриваемые объекты и алгоритмы регулирования

3.2. Соотношения для определения параметров настройки регуляторов

3.3. Расчет параметров регуляторов при оптимизации относительно задающего воздействия

3.3.1. АСР с объектом второго порядка

3.3.2. АСР с объектом третьего порядка

3.3.3. Оценка эффективности АСР с объектом третьего порядка при использовании для расчета упрощенной модели

3.4. Расчет параметров регуляторов при оптимизации относительно возмущающего воздействия-

3.4.1. АСР с объектами третьего порядка с самовыравниванием при внутреннем возмущении

3.4.2. АСР с объектами второго порядка с самовыравниванием при внутреннем возмущении

3.4.3. Оценка эффективности АСР с объектом третьего порядка при расчете по модели второго порядка относительно возмущающего

воздействия

3.5. Выводы по главе

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РАЗВИТИЕ МЕТОДА НАСТРОЙКИ АСР С ПРИБЛИЖЕНИЕМ К СУБОПТИМАЛЬНОМУ РЕГУЛЯТОРУ В ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ИНТЕГРИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ

4.1. Рассматриваемые объекты регулирования

4.2. Получение передаточной функции субоптимального регулятора для АСР с ИО при оптимизации относительного внутреннего возмущения

4.3. Разработка рекомендаций по однозначному определению параметров метода МНК-приближения для настройки ПИ и ПИД-регуляторов с интегрирующими объектами

4.4 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АСР С АЛГОРИТМОМ МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ, ПИД-РЕГУЛЯТОРОМ И МОДУЛЕМ АНР

5.1. Постановка задачи

5.2. Структура гибридной системы с АМБ и особенности её работы

5.3. Работа АСР с АМБ в режиме, близком к идеальному

5.4. Особенности работы АСР с АМБ в реальных условиях

5.5. Способы устранения автоколебаний в АСР с АМБ

5.6. Сравнение качества работы АСР гибридной структуры с реверсом регулирующего воздействия и без него

5.7. Сравнение качества АСР с ПИД-регулятором и АСР с АМБ и ПИД-регулятором при различных вариантах изменении задания

5.8. Выбора коэффициента прогноза

5.9. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Приложение 1. Моделирование в пакете МайаЬ^тиНпк

Приложение 2. Переходные процессы с предиктором Смита

Приложение 3. Mathcad - программа для расчета ПИД-регулятора по МНК-приближению

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности и развитие методов оптимизации динамики АСР тепловых объектов»

Актуальность работы

Политика государства Вьетнам, принятая на XII съезде коммунистической партии заключается в том, чтобы продолжать содействовать индустриализации и модернизации страны [1]. Целью Вьетнама является стать с помощью модернизации к 2020 году промышленно развитой страной. Поэтому все шире используются в различных предприятиях и организациях современные технологии, программные приложения и средства автоматизации [2]. В том числе, во Вьетнаме заинтересованы в достижении высокой эффективности технологических процессов, что требует повышения качества управления и регулирования с целью снижения производственных затрат и повышения эффективности инвестиций. Для повышения качества работы систем регулирования и управления необходимо внедрять более совершенные алгоритмы управления в сочетании с методами оптимизации динамики автоматических систем регулирования (АСР) технологических процессов, своевременно обновлять информацию об объекте управления.

Цель диссертационной работы

Повышение качества работы АСР технологических процессов, в том числе, за счет развития и применения перспективных алгоритмов регулирования и методов расчета с использованием комплексного подхода, предусматривающего оснащение регулирующих контроллеров дополнительными алгоритмическими модулями, решающими актуальные задачи получения модели объекта управления, автоматической настройки регуляторов и оптимизации работы в режиме отработки задающего воздействия, а также за счет разработки рекомендаций по повышению точности работы алгоритмов для круга объектов управления с типовыми динамическими характеристиками.

Для достижения цели решается ряд задач:

- обзор применяемых алгоритмов регулирования и методов оптимизации динамики АСР технологических процессов, выяснение перспективных решений и направлений развития с целью применения в промышленных регулирующих контроллерах;

- анализ эффективности системы с ПИД-регулятором и предиктором Смита в комплекте с алгоритмами автоматической настройки регуляторов (АНР) для объектов с типовыми динамическими свойствами при возмущении по различным каналам; разработка рекомендаций по области применения и оптимизации динамики системы при реализации алгоритмов в регулирующих контроллерах;

- анализ эффективности метода настройки регуляторов, основанного на МНК-приближении к субоптимальному регулятору, при использовании совместно с алгоритмом получения модели объекта в действующей системе, с точки зрения применимости к объектам с различными динамическими свойствами, разработка рекомендаций по повышению точности метода с учетом динамики объектов и возможности его реализации в регулирующих контроллерах;

- разработка и анализ работоспособности системы гибридной структуры с алгоритмом максимального быстродействия (АМБ), ПИД-регулятором и алгоритмом автоматической настройки регуляторов для различных объектов; выяснение рациональных режимов и области практического применения АМБ, формирование рекомендаций по применению блока прогноза при работе с объектами с запаздыванием.

Научная новизна

- на основании исследований, выполненных в системе с ПИД-регулятором, предиктором Смита и модулем АНР с реализацией на промышленном контроллере, выявлен круг объектов и условий, для которых

применение системы с предиктором является эффективным; получены зависимости для корректировки параметров системы с ПИД-регулятором и предиктором Смита с учетом динамики объектов по данным работы модуля АНР с целью повышения качества регулирования;

- на основании исследований метода настройки регуляторов, основанного на приближении к субоптимальному регулятору в частотной области (метода МНК-приближения), определены области его применения для объектов с типовыми динамическими свойствами; получены рабочие зависимости для корректировки параметров алгоритма МНК в регулирующем контроллере по данным определения модели объекта при работе с ПИ и ПИД-регуляторами;

- предложена структура гибридной системы для регулирующих контроллеров, в состав которой входят алгоритм максимального быстродействия (АМБ), ПИД-алгоритм и модуль АНР, определены условия перехода между алгоритмами АМБ и ПИД для различных объектов и случаев применения; определена область, когда применение АМБ является эффективным; показано, что АМБ целесообразно включать при существенном изменении задания и использовать его до первого переключения, чтобы исключить автоколебания в системе, а далее следует использовать алгоритм ПИД-регулирования.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

- для создания возможности применения предиктора Смита в системах автоматизации технологических процессов необходимо, чтобы в программном обеспечении регулирующих контроллеров содержался алгоритм (модуль) для оперативного определения параметров модели объекта управления в действующей системе; примером являются алгоритмы ускоренной автоматической настройки регуляторов АНР-1 и АНР-2, использованные в работе;

- применение предиктора Смита в системе с ПИД-регулятором и модулем АНР позволяет повысить качество регулирования при изменении задания и рекомендуемой коррекции параметров регулятора по данным работы АНР.

- уточнены области применения алгоритма настройки регуляторов, основанного на МНК-приближении к субоптимальному регулятору; получены рабочие зависимости для однозначного определения параметров алгоритма МНК-приближения в регулирующем контроллере с учетом параметров модели объекта, получаемых по оперативным данным.

- предложенная система гибридной структуры, в которую входят ПИД-регулятор, модуль АНР и алгоритм максимального быстродействия, позволяет повысить качество регулирования при отработке задающего воздействия с использованием модели объекта по данным работы АНР и рекомендаций для коэффициента прогноза.

- алгоритм максимального быстродействия целесообразно включать эпизодически при отработке существенного изменения задания; при этом достаточно ограничиться его работой до первого переключения, чтобы исключить автоколебания в системе, а далее следует осуществить переход к ПИД-регулированию для стабилизации выхода объекта на заданном значении.

Практическая значимость

- рассчитаны зависимости и получены аппроксимирующие формулы для оптимальных значений косвенных показателей, используемых в алгоритме АНР;

- предложена структура регулирующего контроллера с предиктором Смита, в которую, помимо предиктора и ПИД-регулятора, входит модуль АНР, выполняющий функции определения параметров модели объекта и автоматической настройки регулятора; выполнено тестирование предложенной системы, реализованной на базе промышленных контроллеров Овен ПЛК и

программного пакета CODESYS с применением физического имитатора объекта, показана ее работоспособность;

- сформулированы рекомендации по коррекции параметров ПИД-регулятора, получаемых по данным АНР, для работы с предиктором Смита с целью повышения эффективности работы АСР для круга объектов с типовыми динамическими свойствами;

- для алгоритма настройки регуляторов, основанного на МНК-приближении к субоптимальному регулятору в частотной области, получены рабочие зависимости для однозначного определения по данным АНР параметров МНК-алгоритма (частотного диапазона, постоянных времени фильтров и корректирующего коэффициента динамической ошибки) с учетом данных о модели объекта для ряда типовых случаев с целью повышения точности настройки АСР, расширения области применения и возможности реализации в регулирующем контроллере;

- для систем, работа которых связана с изменением задания, предложена гибридная структура регулирующего контроллера, в состав которой входят алгоритм максимального быстродействия, ПИД-алгоритм и модуль АНР, выполняющий функции настройки регулятора с определением модели объекта, которая используется также для расчета линии переключения алгоритма максимального быстродействия; показана работоспособность системы путем ее тестирования в среде Borland C++;

- предложено решение вопроса о режимах применения алгоритма максимального быстродействия (АМБ) и ПИД-регулятора, предусматривающее работу АМБ до первого переключения с последующим переходом на ПИД-регулирование; даны рекомендации по применению прогноза для объектов с запаздыванием с учетом данных АНР.

Достоверность результатов

При исследованиях использованы модели объектов, типичных для теплоэнергетики и теплотехники; модели получены на основании экспериментальных данных из литературных источников или полученных автором самостоятельно.

Анализ работы алгоритмов производился с использованием промышленных программируемых контроллеров, физических имитаторов объекта, а также симулятора, реализованного на программируемом контроллере с физическими сигналами на входе и выходе.

Достоверность результатов работы обусловлена также корректным применением математического аппарата теории автоматического управления и теории оптимального управления, а также применением современных программных средств выполнения математических и инженерных расчетов.

Апробация работы и публикации

Результаты научных исследований по теме диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседании кафедры АСУ ТП ФГБОУ «НИУ «МЭИ» (г. Москва, 2018 г.), на Международной научно-практической конференции "Молодёжный форум: технические и математические науки", (г. Воронеж, 2015 г.), на ХХУШ, XXIX и XXX Международных научных конференциях. Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 28 (г. Рязань, 2015 г.), ММТТ-29 (г. Санкт-Петербург и Самара, 2016 г.), ММТТ-30 (г. Санкт-Петербург и Минск, 2017 г.), на XXII, XXIII и XXIV Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 2016, 2017, 2018 гг.), на Международной научно-практической конференций Инфорино-2016 (г. Москва), на XXVII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты» (г. Новосибирск, 2017 г.), на IV Международном молодежном форуме

«Интеллектуальные энергосистемы» (г. Томск, 2016 г.), на Двенадцатой Международной научно-технической конференций студентов, аспирантов и молодых учёных «Энергия-2017» (г. Иваново, 2017 г.), на XII Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2017 г.), на Международной научно-технической конференций "Пром-Инжиниринг" (г. Челябинск, 2016 г. и г. Санкт-петербург, 2017 г.) и на Международной конференций «Современные проблемы теплофизики и энергетики» (г. Москва, 2017 г.).

Основные положения диссертации отражены в 18-ти публикациях, в том числе две из которых - в журнале перечня ВАК «Теплоэнергетика» (с переводом на английский язык) и «Новое в Российской Электроэнергетике», пять в базе данных Scopus и Web of science (на английском языке), остальные -в материалах докладов и тезисов международных конференций.

Личный вклад

Автором лично решены основные задачи диссертации, в том числе: проведены модельные исследования на экспериментальном стенде, разработаны и сформулированы практические рекомендации, выполнены технические расчеты и получены результаты. Все разработки, программные реализации и научные результаты, выносимые на защиту и изложенные в тексте диссертации, получены либо автором лично, либо при его непосредственном участии.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти основных глав, заключения, списка использованной литературы из 99 наименований. Она содержит 110 рисунков и 44 таблицы. Объем работы составляет 198 страниц, включая 03 приложения на 7 страницах.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформированы цели и задачи исследований, показаны ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе выполнен обзор различных методов настройки регуляторов, определения модели объекта и повышения качества работы АСР, в частности рассмотрены системы с предиктором Смита и алгоритмом максимального быстродействия. Кроме того, рассмотрен метод расчета параметров линейных алгоритмов регулирования, основанный на МНК-приближении. Показаны существующие на сегодняшний день проблемы, которые необходимо решить для того, чтобы эти методы и алгоритмы можно было использовать для практического применения. На основании этого сформулированы задачи диссертационной работы.

Во второй главе подробно рассматривается АСР с ПИД-регулятором, предиктором Смита и алгоритмом автоматической настройки регулятора. Выполнены исследования этой системы сначала средствами программного пакета МайаЬ^тиНпк, в частности, для того, чтобы проверить работоспособность этой системы в условиях влияния помех. Далее рассматриваются исследования этой АСР на экспериментальном стенде, оснащенном двумя промышленными контроллерами Овен ПЛК. На базе одного контроллера реализованы регулятор и предиктор, на базе второго - модель объекта. Таким образом, были учтены некоторые особенности, присущие реальным АСР, а моделирование объекта управления на базе контроллера позволило рассмотреть широкий спектр характеристик объектов. Кроме того, в главе 2 приводятся результаты исследования АСР с физической моделью объекта управления в виде электронагревателя. По результатам исследований даются рекомендации по коррекции параметров ПИД-регулятора при работе с предиктором Смита. В конце главы анализируются частотные характеристики

рассматриваемой АСР с целью объяснения характера полученных переходных процессов.

В третьей главе рассматривается метод расчета параметров ПИ и ПИД-регуляторов, основанный на МНК-приближении КЧХ настраиваемого алгоритма к КЧХ субоптимального регулятора в заданном диапазоне частот. В данной главе рассмотрены расчет систем для объектов с самовыравниванием. Рассматриваются оптимизация при ступенчатом изменении задания и при ступенчатом возмущении, поступающем на вход объекта (внутреннем возмущении). Выполнена оценка применимости этого метода для АСР с различными видами объектов. Получены зависимости для расчета параметров, необходимых для применения этого метода; диапазона частот приближения и постоянных времени сглаживателя, фильтра и корректирующего коэффициента для динамической ошибки. Выполнена проверка возможности использования упрощенной модели объекта (второго порядка) для объектов с более высоким порядком.

В четвертой главе рассматривается метод МНК-приближения применительно к интегрирующим объектам (без самовыравнивания). Оптимизация рассматривается при внутреннем возмущении, так как интегрирующие объекты работают обычно при постоянном задании. Получены зависимости для однозначного определения параметров метода: диапазона частот приближения, постоянной времени фильтра и корректирующего коэффициента для динамической ошибки. Уточнена область применения алгоритма МНК-приближения.

В пятой главе предложена АСР гибридной структуры, в которую входят ПИД-алгоритм, алгоритм максимального быстродействия и модуль автоматической настройки регулятора (АНР). Модуль АНР применяется для периодического обновления информации о модели объекта и пересчета на основании полученных данных параметров настройки ПИД-регулятора и линии переключения для алгоритма АМБ.

Получены выражения для расчета линии переключения алгоритма максимального быстродействия и разработана программа для регулирующего контроллера на языке Borland C++, реализующая предложенную гибридную систему.

Выполнен анализ работоспособности такой системы для моделей объектов, характерных для тепловых процессов. Показано, что ее применение позволяет повысить качество регулирования при отработке задающего воздействия с использованием модели объекта по данным работы АНР и рекомендаций для коэффициента прогноза. При этом АМБ целесообразно включать в случае существенного изменения задания, и достаточно ограничиться его работой до первого переключения (то есть использовать АМБ без реверса управления), чтобы исключить автоколебания, возможные при малых отклонениях от задания, а далее следует осуществить переход к ПИД-регулированию для стабилизации выхода объекта на заданном значении.

Предложен вариант оптимизации работы блока прогноза, используемого для работы АСР с объектами с транспортным запаздыванием. Получены зависимости для расчета коэффициента прогноза kpr через параметры модели объекта.

Рассмотрена работа гибридной АСР с различными объектами, выполнен анализ того, для каких объектов данная структура обладает преимуществами, и при каких величинах изменения задания имеет смысл её применять. В завершении выполнен сравнительный анализ работы гибридной АСР и стандартной АСР с ПИД-алгоритмом.

В заключении обобщаются результаты исследования. Основной результат работы состоит в развитии некоторых перспективных методов повышения эффективности АСР. Выполнен анализ применимости для тепловых объектов систем с предиктором Смита, ПИД-регулятором и блоком АНР, систем гибридной структуры с ПИД-регулятором, алгоритмом максимального быстродействия и АНР, показаны преимущества и области

применения таких АСР, получен ряд зависимостей, облегчающих реализацию рассмотренных систем на базе современных микропроцессорных контроллеров. Рассмотрены также вопросы применения и развития метода настройки регуляторов, основанного на приближении к субоптимальному регулятору в частотной области, получены зависимости, позволяющие применить этот метод в системах автоматической настройки современных регулирующих контроллеров.

Результаты, полученные в диссертационной работе, могут быть использованы для повышения качества регулирования тепловых процессов.

Список публикаций по теме диссертации

Научные статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобнауки России для опубликования основных научных результатов:

1. В. Ф. Кузищин, Е. И. Мерзликина, Ван Ва Хоанг. ПИД-регулятор с предиктором и алгоритмом автоматической настройки: исследование эффективности для тепловых объектов // Теплоэнергетика, № 9, 2017, стр. 8090.

2. В. П. Зверьков, Е. И. Мерзликина, Хоанг Ван Ва. Метод получения математических моделей с использованием поисковых алгоритмов // Новое в Российской Электроэнергетике. Ежемесячный научно-технический электронный журнал, № 4, 2016 г., стр. 38-45.

Научные статьи и изданиях, в ходящих в международные базы цитирования Scopus и Web of science:

3. V.F. Kuzishchin, E.I. Merzlikina, Hoang Van Va. Study of the Efficiency of the Control System with Smith Predictor using a Simulator based on Controller OWEN PLC // 2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Publisher: IEEE, 27 April 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2016.7910912. Pages 120-124.

4. Viktor F. Kuzishchin, Elena I. Merzlikina and Hoang Van Va. Study of the Control System With the Smith Predictor and Autotuning Algorithm AT-2 for Thermal Control Objects With the Constant Speed Actuator // Issue MATEC Web of Conferences. Volume 91, № 01018 (2017). The fourth International Youth Forum "Smart Grids 2016". Published 20.12.2016.

5. V. F. Kuzishchin, E. I. Merzlikina, Van Va Hoang. PID-controller with predictor and auto-tuning algorithm: Study of efficience for thermal plants // © Springer, September 2017, Volume 64, Issue 9, pp 694-702.

6. V.F. Kuzishchin, E.I. Merzlikina, Hoang Van Va. PD and PDD algorithms with integrating object: Tuning on the basis of approach to suboptimal algorithm // 2017 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). Publisher: IEEE, 23 October 2017. DOI: 10.1109/ICIEAM.2017.8076155. Pages 1-5.

7. V F Kuzishchin, E I Merzlikina and Hoang Van Va. Application of the tuning algorithm with the least squares approximation to the suboptimal control algorithm for integrating objects // The International Conference "Problems of Thermal Physics and Power Engineering" (PTPPE-2017). 9-11 October 2017, Moscow, Russian Federation. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 891 (2017) 012281. Pages 1-6.

Статьи и научные труды в других изданиях:

8. Хоанг Ван Ва, Кузищин В. Ф., Мерзликина Е. И. Применение алгоритма автоматической настройки для АСР с ПИД-регулятором и предиктором Смита // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. Международная научно-практическая конференция "Молодёжный форум: технические и математические науки", 9-12 ноября 2015 года, Воронеж. Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции 2015 г. № 8 часть 3 (19-3). Стр. 5155.

9. Хоанг В. В., Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И. Применение алгоритма автоматической настройки для АСР с ПИД-регулятором и предиктором Смита при наличии помех // XXVIII международная научная конференция. Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 28. Сборник трудов том 8. Саратов 2015. Стр. 197-200.

10. Хоанг Ван Ва, асп.; рук-ли Кузищин В.Ф., к.т.н., доц.; Мерзликина Е.И. к.т.н., доц.. Исследование АСР с ПИД - регулятором, автонастройкой, и предиктором Смита // XXII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тезисы докладов. Том 3. Москва. Издательский дом МЭИ 2016. Стр. 190.

11. В. Ф. Кузищин, Е. И. Мерзликина, Хоанг Ван Ва. Изучение автоматической системы регулирования с предиктором Смита в Simulink // ТРУДЫ Международной научно-практической конференции. Информатизация инженерного образования. 12-13 апреля 2016 года, Издательский дом МЭИ. Москва. Стр. 517-518.

12. Хоанг Ван Ва, Кузишин В.Ф., Мерзликина Е.И. Оптимизация параметров настройки АСР с ПИД-регулятором и упредителем Смита на базе контроллера ОВЕН ПЛК // XXVII Международной научно-практической конференции. Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. г. Новосибирск, 8 июля 2016г. Стр. 121-128.

13. Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И., Хоанг Ван Ва. Выбор параметров приближения к субоптимальному регулятору для типовых алгоритмов регулирования // XXIX Международная научная конференция. Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 29. Сборник трудов том 12. Саратов 2016. Стр. 149-154.

14. Хоанг Ван Ва, асп.; рук-ли Кузищин В.Ф., к.т.н., доц.; Мерзликина Е.И. к.т.н., доц.. Рекомендации по выбору параметров приближения к субоптимальному регулятору для АСР с ПИД-регулятором // XXIII международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов.

Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тезисы докладов. Том 3. Москва. Издательский дом МЭИ 2017. Стр. 235.

15. Хоанг Ван Ва, асп.; рук-ли Кузищин В.Ф., к.т.н., доц.; Мерзликина Е.И. к.т.н., доц.. Выбор параметров приближения к субоптимальному регулятору для АСР с объектами без самовыравнивания // Двенадцатая международная научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных. Энергия-2017 г.. Том 1. 4-6 апреля 2017 г., г. Иваново. Стр. 122-123.

16. Хоанг В.В., Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И. Настройка АСР с ПИ-регулятором и интегрирующим объектом путём МНК-приближения к субоптимальному регулятору // Материалы докладов XII международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения». 26-28 апреля 2017 г.. Том 2., г. Казань. Стр. 315-318.

17. Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И., Хоанг Ван Ва. Применение метода настройки с приближением к субоптимальному регулятору для объектов третьего порядка // XXX Международная научная конференция. Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 30. Сборник трудов том 7. Санкт-Петербург 2017. Стр. 3-7.

18. Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И., Хоанг Ван Ва. Система регулирования с ПИД-регулятором, автонастройкой и алгоритмом максимального быстродействия // XXX Международная научная конференция. Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 30. Сборник трудов том 10. Санкт-Петербург 2017. Стр. 21-25.

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ НАСТРОЙКИ РЕГУЛЯТОРОВ C ОПРЕДЕЛЕНИЕМ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА И МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА РЕГУЛИРОВАНИЯ

В этой главе представлен обзор некоторых методов повышения качества управления в АСР и определения модели объектов управления. С помощью методов определения модели объектов можно получить параметры модели объекта, на основании которой, в свою очередь, выполнить расчет параметров настройки алгоритма регулирования.

На практике существует большое число промышленных объектов, например, в теплоэнергетике, химической технологии, металлургии и т.д., где присутствует запаздывание, оказывающее существенное влияние на устойчивость, быстродействие и другие показатели качества процессов управления, таким образом, оптимизация динамики АСР для таких объектов является весьма важной задачей.

Необходимо отметить, что, например, согласно [3] натурные испытания на действующем оборудовании достаточно дороги и провести их не всегда возможно, поэтому необходимо проводить исследования на моделях реальных объектов и систем управления. Математическая модель объекта или системы управления может быть представлена в различной форме - в виде передаточной функции, дифференциального уравнения и т.д. [4], далее на базе этой модели возможно компьютерное моделирование рассматриваемой системы, что поможет быстро и безопасно оценить качество работы моделируемой АСР, выявить её достоинства и недостатки.

В настоящее время для тепловых объектов, как и для многих других промышленных объектов, широко используются типовые алгоритмы управления - линейные и позиционные. Эти алгоритмы представлены в [4-6], они достаточно хорошо проработаны, существуют типовые методы расчета их параметров настройки, поэтому такие алгоритмы широко используются в

промышленности. Тем не менее, вопросы повышения качества работы систем регулирования и расчета их параметров настройки остаются актуальными, из типовых линейных алгоритмов это особенно актуально для ПИД-регулятора.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хоанг Ван Ва, 2018 год

- У -

: / \ " —

\1 и

1 1 1

50

100

Н-,% 100

30

60

40

150 и

б)

Показатели качества АСР с предиктором Смита при изменении задания для объекта 1.

Из рисунка Динамическое отклонение (уру) Время регулирования Ы

а 0.74 141

б 1.44 134

Переходные процессы в АСР с ПИД-регулятором и предиктором Смита для объекта 1 с коррекцией при k = 1,5 (рисунок а) и k = 2,5 (рисунок б) при подаче ступенчатого возмущения на вход объекта.

а) б)

Показатели качества АСР с предиктором Смита при подаче ступенчатого

возмущения на вход объекта 1.

Из рисунка Динамическое отклонение (уру) Время регулирования ы

а 8.4 197

б 6.7 222

2.2. Переходные процессы в АСР с ПИД-регулятором, предиктором Смита и исполнительным механизмом постоянной скорости при коррекции (увеличение Кг в 2 раза и уменьшение Ть Td в 2 раза) на стенде с электронагревателем.

у,

по

105

100

95

90

80

160

м.

%

\ I \ V/: 1 1 V' «

1 / \ у

У- -

1 1 -

100

80

60

40

20

t

По каналу задания

По каналу регулирования

Приложение 3. МаШсаё - программа для расчета ПИД-регулятора по МНК-приближению

ОКГСШ := 1 Программа для расчета параметров настройки ПИД-регулятора

ЛЛМММММЛ/

Параметры объекта: К := 1 Т1 := 65.53 п := 0.49 Т2 := п-Т1 = 32.11

ЛЛЛЛ

3 := 0.283 т := 0-Т1 = 18.545

КЧХ дробно - рациональной части объекта:

[Т1(1 ш) - 1]-[Т2-(|-ш) - 1]

КЧХ о б ъекта: := V (ш) -е~и>'т

Бремя сглаживателя: Тс := 0.9 т

КЧХ субоптимального регулятора относительно по заданию

игсубопт(и.') :=

Диапазон частот при&лижения

1

:= ^ = 3.471 X 10-3 -Л :=

0.017

Расчет параметров регулятора

-3

:= шО = 3.471 х 10

МЛЛЛЛ

:= 0.00002

Л := ^Н'7 = 0.017

..I .V - ^ь1 /

N := ——— = 694.273

-Л?

^— ил/ /ог ге 1 ..„¥

N := 694 к

мы

:= 1,2..

1 *

с1:= — - ^ Яе\ ТГсубопт) - 2.876

к = 1

с21 \=

/■/мы

3 N

= 0.00000173

1т {IУсубопт С ) := Л:.,;- V ——-= -5.548

к= 1

х 10"

к= 1

с24 \=

г 1 ^ ' 1 >

\ иЯ j

= 230.457

с21 -с22 - (ш2 - -с23 ( 1 с2 := ----- = 0.02851 сЗ :=

мм 2

- -с21 с24

\-jj2— л!

-{с22 + с2-с24) = 74.498

Кг ■= с1 = 2.8756 Тг := — = 100.683 Кг := — = 0.029 ТЛ := — = 25.906

/•/•/•/•/•/• /лгл 2 /■/*//* ^ /ы/м