CC BY
15
УДК 681.384
РАЗРАБОТКА МЕТОДА УПРАВЛЕНИЯ С ПРОГНОЗИРОВАНИЕМ
Ю.И. Беляев, П. А. Киреев, В.Р. Предместьин, И.В. Предместьин
В статье рассмотрены основные проблемы, снижающие качество систем регулирования. Рассмотрены возможности создания метода управления с прогнозированием, не требующего никакой предварительной настройки.
Ключевые слова: регулятор, нелинейность, управление с прогнозированием, настройки регулятора.
В современном мире эффективная работа промышленных производств, в том числе и прибыль в значительной мере зависят от качества системы управления.
Основной порок современных систем регулирования - "слабые настройки" контуров на процесс.
Основные причины, вызывающие плохие статистические показатели качества систем регулирования - многомерность систем регулирования и малое количество времени у обслуживающего персонала.
Однако даже при эксплуатации одномерных систем, как правило, настройки ослаблены. Подобное ослабление настроек можно объяснить зависимостью характеристик объекта от режима его работы (нагрузка, состав сырья, оборудование и т.д.).
Так как персонал, обслуживающий систему автоматического регулирования, имеет мало времени на перенастройку системы при изменениях режима её работы, которые происходят не реже 2 - 3 раз в сутки, ему необходимо использовать "всережимные" настройки. Подобные настройки соответствуют режиму, который требует таких настроек, а вовсе не наиболее долгосрочному режиму. Но представим, что у персонала есть достаточно времени для перенастроек. В этом случае необходимо признать невозможность использования на промышленных аппаратах существующих методик расчета настроек. Все эти методики заключаются в том, что в качестве изначальной информации для расчета используются упрощенная модель объекта управления с некоторыми известными характеристиками или параметры незатухающих колебаний в замкнутой системе.
В первом случае, чтобы получить параметры управления, необходимо подать ступенчатое воздействие при выключенном регуляторе и получить переходный процесс. Во втором случае необходимо возбудить незатухающие колебания, характеристики которых нужны для расчета настроек с помощью регулятора или специального реле.
82
Поэтому, чтобы получить настроечные параметры, необходимо провести на промышленных установках исследования в которых объект управления будет отклонятся от нормального режима работы на долгое время. Для подавляющего большинства ответственных процессов такие эксперименты требуют значительных экономических затрат.
К сожалению большая часть проведённой работы будет выполнена напрасно, так как параметры модели объекта изменяются в зависимости от режимов работы аппарата, свойств сырья, окружающей среды и другого.
Поэтому в случае невозможности использования в промышленных условиях предлагаемых методик, следует сделать следующее: для обеспечения требуемого запаса устойчивости в широком интервале изменения характеристик модели объекта, необходимо установить "слабые настройки". Следует также отметить, что для многомерных систем данное условие значительно осложняется, так как при изменении параметров каждого контура необходимо перенастроить все взаимосвязанные контуры системы.
Просуммировав всё вышеизложенное, можно сделать следующий вывод: главной причиной ослабления настроек и, как следствие, ухудшение качества работы систем регулирования являются крайне частые изменения характеристик объекта регулирования. Подобные изменения возникают из-за неустойчивого режима работы объектов, свойств измерительных устройств и регулирующих органов, взаимосвязанностью контуров в многомерных системах. На сегодняшний день обслуживающий персонал не располагает пригодными для промышленных условий методическими и инструментальными средствами определения произошедшего нарушения работы контура и методиками необходимого пересчета настроечных параметров. В условиях эксплуатации единственное решение - ослабление настроек, что снизит взаимовлияние контуров друг на друга, обеспечив тем самым требуемый запас устойчивости при различных режимах работы объекта. Однако качество работы системы при этом ухудшится, а прибыль будет меньше чем при настройках, соответствующих характеристикам объекта.
Кардинальное решение этой проблемы видится в создании метода управления, не требующего никакой предварительной настройки.
Структурная схема метода управления с прогнозированием представлена на рис. 1.
Изначально подается некоторое ступенчатое воздействие, затем дожидаемся реакцию на это воздействие, определяем динамические свойства и переходим к расчёту следующего воздействия.
Основной вопрос, который возникал при разработке системы управления заключался в том в какой момент времени делать прогноз. Для определения этого времени был введен критерий, названный показателем динамического состояния объекта.
Узад.
Рис. 1. Структурная схема системы управления
Для того, чтобы сделать прогноз необходимо, знать постоянную времени процесса. Для оценки постоянной времени был введён некоторый критерий, названый показателем динамического состояния объекта, который позволяет уйти от коэффициента передачи и амплитуды входного сигнала, и рассчитывается по формуле (1).
Г (т ) =
У(т)
(1)
Поскольку считаем, что объект описывается апериодическим звеном первого порядка (2), то формулу (1) можно преобразовать, заменив отношение т к Т на ; в результате чего получим уравнение (3).
у(т) = к* (1 - е т),
е
_ т
1-7, ^ = Т
(2)
(3)
Проведенные модельные исследования показали, что независимо от величины постоянной времени значения А(т) и А(с) будут соответствовать одним и тем же значениям времени переходного процесса по отношению к времени установившегося значения (рис. 2, 3, 4).
Рис. 2. Сравнение /(т) и у(т) те (0...6): 1 - у(т, ТО); 2 - /(т, ТО)
84
т
Рис. 3. Сравнение/(т) иу(т) те(0...30): 1 -у(т, ТО); 2 -/(т, ТО)
Рис. 4. Сравнение/(д) иу(д) де(0...6): 1 -уу; 2 -/у(у)
Приведенные выше графики были получены с помощью приложения МаШсаё. Графикам, изображенным на рисунке 2 соответствуют формулы (4 - 5), на рис. 3 - формулы (6 - 7), а на рис.4 - формулы (8 - 9).
т
у(т,Т0) = кг* (1 - е Т),кг = 1,Тг = 1,
f (т,Т0) =
г н Л "Т у(т,Т0) н т ,
у(т,Т0)
* т, т = 0,0.01...6,
(4)
(5)
у(т,Т0) = кг* (1 - е Т),кг = 1,Тг = 5,
и
f (т,Т0) =
Нт
у(т,Т0)
* т,т = 0,0.01...30,
у(т,Т0) уу = кг* (1 - е~ 7 ),кг = 1,
£у(у )=
1 - е- У
, у = 0,0.01...6,
(6)
(7)
(8) (9)
т
У
е
Очевидно, что зависимость f(g) можно заранее рассчитать, а затем, рассчитывая в режиме реального времени f(x) можно найти постоянную времени Т при любом т.
В ходе разработки алгоритма были проведены исследования, которые позволили найти оптимальное значение показателя динамического состояния объекта, при котором определяется время, необходимое для прогноза.
Как только f(T) становится меньше 0.7 находим прогнозируемое значение по формуле (10)
У пр =—, (10)
р. 0.63
Зная у^.можно рассчитать коэффициент передачи по формуле (11) для первого переходного процесса, вызванного воздействием AU0.
= упр- У0 , (11)
0 AU0 ' ' '
Рассчитываем следующее управляющее воздействие AU1 по формуле (12).
D U1 = У зад.- У1, (12)
k0
Далее рассчитываем все характеристики для переходного процесса, вызванного управляющим воздействием AU1.
Управление осуществляется тактами, после того, как становится известна реакция объекта на предыдущее управляющее воздействие. Разработанный на основе алгоритма регулятор не требует никакой предварительной настройки. Единственное, что необходимо задать заранее - это начальное воздействие, величину которого можно определить исходя из характеристик объекта.
Беляев Юрий Иванович, д-р тех. наук, проф., академик МАСИ, teplofon@,bk.ru, Россия Новомосковск, Филиал Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева,
Предместьин Владимир Рудольфович, канд. техн. наук, доц., чл. корр. МАСИ, docent_ 7 7@,mail. ru, Россия, Новомосковск, Филиал Российского химико-технологического университета им. Д.И.Менделеева,
Киреев Павел Анатольевич, канд. техн. наук, доц., pakireev@gmail.com, Россия Новомосковск, Филиал Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева,
Предместьин Иван Владимирович, студент, ipredmestin@,mail.ru, Россия, Новомосковск, Филиал Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева
DEVELOPMENT THEMETHOD OFMANAGEMENT WITHFORECASTING
Y.I. Belyaev, V.R. Predmestin, P.A. Kireev, I. V. Predmestin
86
In article considers the main problems that reduce the quality of regulatory systems. The possibilities of creating a control method with forecasting that does not require any preliminary tuning are considered.
Key words: regulator, nonlinearity, control with prediction, regulator settings.
Belyaev Yuri Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, academician IASS, teplofon@,bk.ru, Russia, Novomoskovsk, Novomockovsk affiliate branch of D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia,
Predmestin Vladimir Rudolfovich, candidate of technical sciences, docent, corresponding member of IASS, docent_ 7 7@,mail. ru, Russia, Novomoskovsk, Novomockovsk affiliate branch of D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia,
Kireev Pavel Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, paki-reev@gmail.com, Russia, Novomoskovsk, Novomockovsk affiliate branch of D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia,
Predmestin Ivan Vladimirovich, student, ipredmestin@,mail.ru, Russia, Moscow, D.I. Mendeleyev University of Chemical Techology of Russia.
УДК 621.313
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
С.В. Ершов, Л.Э. Андре
Рассмотрены вопросы повышения надежности систем электроснабжения за счет применения диагностического комплекса. За счет проведения диагностических обследований, возможно уменьшить объемы ежегодных эксплуатационных затрат при работе трансформаторных подстанций для различных уровней напряжения. Уменьшение текущего объема достигается за счет замены части работ по обслуживанию электроустановок диагностическим обслуживанием без снижения качества выполнения задачи.
Ключевые слова: электроснабжение, надежность электроснабжения, диагностический комплекс.
Устойчивость и безостановочность электроснабжения потребителей достигаются, прежде всего, созданием требуемых резервов генерирующих мощностей и обеспечением безотказности электрооборудования. Одним из путей достижения безотказности является повышения качества электрооборудования, т.е. устранение на стадиях производства и эксплуатации источников дефектов, ведущих к отказам и аварийным остановкам электрооборудования [4].
