Вдосконалення алгоритмів самоналагоджувальної Си- стеми керування для забезпечення ефективності її пускових режимів

Хобін В. А.; Левінський В. М.; Левінський М. В.

УДК 681.52:62-503.57

ВДОСКОНАЛЕННЯ АЛГОРИТМ1В САМОНАЛАГОДЖУВАЛЬНО1 СИ-СТЕМИ КЕРУВАННЯ ДЛЯ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 II

ПУСКОВИХ РЕЖИМ1В

Xo6iH В. А. - д-р техн. наук, професор, заыдувач кафедри автоматизацп технолопчних процеав i робототе-хшчних систем Одесько! нацюнально! академп харчових технологiй, Одеса, Укра!на.

Лев1мськ'ий В. М. - канд. техн. наук, доцент кафедри автоматизацп технолопчних процесiв i робототехшч-них систем Одесько! нацюнально! академи харчових технологiй, Одеса, Укра!на.

.Лсвшський М. В. - канд. техн. наук, старший викладач кафедри автоматизаци технологiчних процесiв i ро-бототехшчних систем Одесько! нацiонально! академi! харчових технологш, Одеса, Укра!на.

АНОТАЦ1Я

Актуальнкть. Цший ряд об'екпв технологiчного типу вщзначаються суттево нелiнiйною статичною характеристикою, коли коефщент передачi по каналу регулювання змшюеться в десять i бiльше раз. При цьому титж системи регулювання з незмiнними параметрами регулятора втрачають стiйкiсть i переходять у позицiйний режим роботи. Зберегти компромiс мiж показниками якостi i стiйкiстю процесiв у системi з такими об'ектами дозволяють САР iз самоналагодженням параметрш регулятора. 1х алгоритми повиннi забезпечували ефективне функцiонування системи не лише в сталих, але i в перехщних по каналу завдання режимах, коли об'ект переводиться iз початкового стану, частше з «холостого ходу», в стан номшального навантаження. Регульована змiнна в пускових режимах не повинна порушувати регламент значення технологiчного про-цесу, бо це може призвести до виникнення аваршних ситуацiй.

Мета. Вдосконалити алгоритми САР iз самоналагодженням для пускових режимш об'екту, забезпечивши за час пуску завершення процедури самоналагодження i зниження ймовiрностi виникнення аварiйних ситуацш.

Метод. За рахунок аналiзу сприятливих i несприятливих факторiв для самоналагодження евристичним методом запро-поноване коректування алгоритмш, отриманих для сталого режиму, на перюд пуску об'екта. Перевiрка ефективностi корек-тування алгоритмш проводиться шляхом iмiтацiйного моделювання системи в середовищi Simulink пакета програм Matlab.

Результати. Спланованi i проведенi комп'ютерш експерименти з моделями альтернативних структур самоналагоджува-льно! системи. Отриманi графжи i числовi показники, якi характеризують ефективнiсть !! роботи в пускових режимах.

Висновки. Для завершення процедури самоналагодження протягом перiоду пуску та для запобггання неприпустимих динамiчних помилок регулювання необхщно: а) збiльшити коефщент передачi регулятора i зменшити шерцшшсть фiльтрiв в контурi самоналагодження на перюд пуску; б) встановити початюж значення коефiцiента передачi моделi об'екта регулювання на рiвнi максимально можливих значень його коефiцiента передач^

КЛЮЧОВ1 СЛОВА: САР iз самоналагодженням, коефщент передачi, складова власного руху, пусковий режим.

АБРЕВ1АТУРИ

ОР - об'ект регулювання;

ПКС - параметри контуру самоналагодження;

САР - система автоматичного регулювання;

САРС - САР самоналагоджувальна;

ФНЧ - фшьтр низько! частоти.

НОМЕНКЛАТУРА

А2 - константа запасу спйкосп САР;

- коефщент масштабування в режимi пуску; в(г) - помилка регулювання САР; в}(г) - помилка регулювання контуру самоналагодження кт(г);

в2(г) - помилка регулювання контуру масштабування кт(г);

/к(г) - координатнi неконтрольоваш збурення; /р(г) - параметричнi неконтрольоваш збурення; /„(() - широкосмуговi шуми; 11, 13 - показники точносл роботи САРС; ко(г) - коефщент передачi ОР; кт(г) - коефщент передачi моделi ОР; кт^) - значення коефiцiента передачi моделi ОР на виходi погоджувального ф№тра;

кт - початкове задане значення коефщента пере-дачi моделi ОР;

кг - коефщент передачi регулятора САР; крг - коефщент передачi регулятора контуру самоналагодження кт(г);

Ь - лопчний оператор;

5 - оператор диференщювання;

гто<1 - час моделювання;

1р - час пуску ОР;

Та - постшна часу диференщатора;

Тов - постшна часу усереднюючого фiльтра;

Т^ - постшна часу погоджувального фшьтра;

- постiйна часу задатчика; и(г) - керуючий вплив регулятора САР; и к (г) - складова и(г), викликана /к(г);

иу2!, (1) - складова и(г), викликана у25(г);

иЬ(г) - керуючий вплив блока перевiрки синфазно-стi змiнних;

- керуючий вплив регулятора с1;

- передатний оператор диференщатора;

- передатний оператор ОР;

^(я) - передатний оператор регулятора САР;

- передатний оператор ФНЧ для зменшення впливу /п(г);

^т(я) - передатний оператор моделi ОР;

- передатний оператор смугових фiльтрiв;

М*^,?) - передатний оператор усереднюючих фь льт^в;

М""^,?) - передатний оператор погоджувального фшьтра;

№^(1,?) - передатний оператор регулятора кт; №"^(1) - передатний оператор регулятора с1;

- передатний оператор задатчика; уо(?) - регульована змiнна ОР; у(?) - регульована змшна ОР на виходi ФНЧ; у2 - задане значения регульовано! змшноц у21(?) - задана змшна на виходi задатчика; у^(?) -змiнна на виходi диференцiатора; у,.^ - регламентне значення регульовано! змшноц ут(?) - змiнна на виходi моделi ОР; Уа (?), Ута (?) - змiннi на виходах смугових фшьт-

рiв;

Ук (?), Утк (?) - змшш на виходах ключiв з пам'яттю;

ст~а (?, ?ос) ау (?, ?ос) - оцшки середньоквадрати-

чних вiдхилень змiнних на виходах обчислювачiв оцi-нок;

Ст1(?), а2(0 - маштабованi значення оцiнок; С - задане значення середньоквадратичного вщ-хилення.

ВСТУП

Об'екти технологiчного типу досить часто характеризуются сутгево нелiнiйною статичною характеристикою. Коефщент передачi по каналу регулюван-ня у них може змiнюватися бшьше, нiж в десять раз [1, 2, 3]. При цьому типовi системи регулювання з незмiнними параметрами регулятора втрачають стш-к1сть i переходять у позицiйний режим роботи. Збере-гти компромiс мiж показниками якосп i стiйкiстю процесiв у системi з такими об'ектами дозволяють САР iз самоналагодженням параметрiв регулятора [4, 5]. 1х алгоритми повиннi забезпечували ефективне функцiонувания системи не лише в сталих, але i в перехвдних по каналу завдання режимах, коли об'ект переводиться iз початкового стану, частiше з «холостого ходу», в стан номшального навантаження. Регульована змiнна ОР в пускових режимах не повинна порушувати регламентнi значення технологiчного процесу, бо це може призвести до виникнення аварш-них ситуацiй. Складнють вирiшения ще! задачi обу-мовлена апрюрною невизначенiстю початкового значення коефщента передачi об'екта на момент зами-кання зворотного зв'язку в САРС.

Об'ект дослвдження в данш статгi - самоналаго-джувальна система автоматичного регулювання об'ектом технолопчного типу.

Предмет дослвдження - алгоритми самоналаго-дження коефiцiента передачi регулятора САР для сталих режимiв i 1х модифiкацiя для пускових режимiв об'екта.

Мета дослвджень - вдосконалити алгоритми САРС для пускових режимш об'екту, забезпечивши за час пус-

ку завершення процедури самоналагодження i зниження ймов1рност1 виникнення аваршних сигуацш.

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ1

Математична модель САРС описуеться двома вза-емозалежними системами диференщальних р1внянь, представлених в операторнш форм1 запису, i алгебра-ïчними рiвняннями: (1) - для САР i (2) - для блоку самоналагодження [5]:

yo (t) = Wo (s) • (u(t) + fk (t ))• k0 (t ) + fn (t ) y(t) = Wf(s) • yo(t), y(t = 0) (1)

u(t) = Wr(s)•(yz -y(t))• kr(t), u(t = 0) ym (t) = Wm (s) • u(t) ya (t) = Wbf (s) • y(t) Ута (t) = Wbf (sy ym (t)

Ul (t) = L(~a (t), Ута (t))

(Уа (t), Ul (t) = 1

l~a (t = tk ), Ul (t) = 0 (~ma (tX UL (t) = 1

l~ma (t = tk X Ul (t) = 0

(t, toc ) = 4 We0 (s) • ~k2(t ) (2)

t(t, toc ) = 4 We0 ( s) • ~lk (t )

~k (t ) = ~mk (t )

7

ykx

71(t ) = 7~k (t, toc ) • usd (t)

72(t) = 7ymk (t,toc) • usd(t) • km(t)

km (t) = Wpr (s) • < (t) - 72 (t)), km (t = 0)

usd(t) = Wsd(s) • - <(t)), Usd(t = 0) kr (t) = Az / km (t),

де y(t=0), u(t=0), km(t=0), usd(t=0) - почaтковi значення вщповщних змiнних в момент пуску системи при t=0.

Точнiсть альтернативних структур САРС визнача-еться за показниками:

1 tmod t л

1 Г 2 1 mod

Ь = — j ^ (t)dt, /3 = J( (t) - km (t))

mod 0 tmod 0

dt (3)

При пусковi об'екта за час tp керована змшна y(t) не повинна вийти за регламента допуски yreg, тобто:

y(t) ^ yreg при t е (0, tp). (4)

2 ОГЛЯД Л1ТЕРАТУРИ

У статтях [4, 5] розглядалася робота САРС при впливi на об'ект регулювання (ОР) технолопчного типу координатних збурень fk(t) i шумiв fn(t) випадко-вого характеру, а також параметричних збурень fp(t), як1 проявлялися в змiнaх його коефiцiентa передaчi ko(t). При цьому передбачалося, що регульована змш-на y(t) уже вийшла в околицю заданого значення y = const i перехщш склaдовi в y(t), викликaнi змшою yz(t), вiдсутнi.

У данш статп розглядаеться робота САРС у зво-ротнш ситуацп, коли задане значення у2(?) регульовано! змшно! у(?) змшюеться. Одним з найбшьш склад-них для ефективного управлшня е змша у2(?) ввд значення, що ввдповщае вихвдному стану об'екта (часть ше «холостому ходу»), до значення його номшально-го стану, тобто керування пусковими режимами ОР. Це стандартна (типова) задача керування [6, 7, 8], ал-горитми яко! реал1зують «безударний» пуск. Його особливосп - узгодження початкових значень задано! 1 регульовано! змшних, тобто забезпечення р1вност1 у2(?=0)=у(?=0) { формування за допомогою задатчика «плавно!», наприклад, експонентно! траектори змши у™(0, що виводить ОР на номшальний режим роботи.

Вимоги до САРС у пусковому режим! - за час пе-рехвдного процесу, тобто дуже швидко, забезпечити самоналагодження коефщента передач! головного регулятора на апрюр! неввдоме значення коеф!ц!ента передач! об'екта керування; забезпечити безударний, плавний перехщ у робот! системи ввд пускового до сталого режиму; мш!м!зувати ризики порушень регу-льованою зм!нною регламентних значень.

Передумови для вир!шення задач! наступш. У пус-кових режимах ОР проявляються два типи специф!ч-них фактор!в: а) «сприятливих» - яш сприяють скоро-ченню часу самоналагодження; б) «несприятливих» -яш пвдвищують ризики виникнення авар!йних ситуа-ц!й через бшьш! в!дхилення регульовано! зм!нно! у(?) в!д траектор!! зм!н заданого значення.

До сприятливих фактор!в можна в!днести наступн! три. Перший - у пускових режимах впливом координат-них збурень /() на регульовану зм!нну у?) можна зне-хтувати, тому що: а) у момент замикання контуру регу-лювання, тобто при =0, алгоритми «безударного» пуску компенсують наслвдки впливу /$=0) на регульовану зм!нну у(/); б) спектральний склад /к(?) у пор!внянш з! спектральним складом керуючого впливу и(/) б!льш ни-зькочастотний ! на !нтервал! часу змши У([) значн! змь ни /(?) неможлив!. Другий - у пускових режимах скла-дова керуючого впливу и/ (?), яка викликана впливом

/¡О на ОР, набагато менша за абсолютним значенням складово! иу2!! ( /), викликано! зм!ною у™(/). Для таких

умов можна прийняти и(?)« и^ (?). Третш - складова

керуючого впливу и я (?) одночасно впливае на ОР ! на

його модель, тому фази коливань зм!нних у(/) ! ут(0 практично зб!гаються.

Несприятливий фактор один. В!н пов'язаний з ап-р!орною невизначен!стю фактичних властивостей ОР, точшше - значенням його коефщента передач!

=0) на момент замикання контуру регулювання САРС. У таких умовах формальний шдхщ до вибору коеф!ц!ента передач! модел! ОР кт(?=0) може привести до того, що розраховане по суттево заниженому значенню кт(/=0) початкове значення коефщента передач! к(=0) головного регулятора виявиться не-виправдано високим. Це, при наявносп !стотного за-тзнення в контур! регулювання, приведе до перехщ-

них процеав з1 значними динам1чними ввдхиленнями у(/) в{ду2!!(^<х>)=у2, що спровокуе виникнення аварш-них ситуацш.

Про!люструвати перерахован! фактори зручно на приклад! результата моделювання САРС !з роз!мкну-тим контуром самоналагодження, коли ко(/)=1,2 кт(?) (див. рис. 1).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Анал!з процес!в в такш САРС показуе наступне: за час змши у^) низькочастотн! координатш збурення /к(р) суттево не мшяються (сприятливий фактор 1). Керуючий вплив и((), хоча й складаеться !з двох скла-дових, але очевидно, що внеском и/ (?) у пор!внянн!

и (?) у пусковому режим! можна знехтувати (сприя-

тливий фактор 2). Змши змшних у(?) ! ут(() шд впливом складово! и ^ (?) в!дбуваються практично синфа-

зно (сприятливий фактор 3). Але навиъ при в!дносно невеликий невадповадносп коеф!ц!ент!в передач! ко(?)! кт(?) динам!чн! в!дхилення регульовано! зм!нно! у(?) ввдносно уи(?) у пусковому режим! досить велик! (бь льше 10), що може привести до виникнення аваршних ситуацш (несприятливий фактор).

Рисунок 1 - Фрагмента змш змшних САРС з роз1мкнутим контуром самоналагодження в пусковому режим! при ко(?)=1,2 кт(?)

3 МАТЕР1АЛИ I МЕТОДИ

Вимоги до процесу самоналагодження САРС у пускових режимах вимагають коректування алгоритмш, як! були розроблеш для сталих режим!в. Анал!з об'ективних фактор!в, проведений вище, визначив наступн! рацюнальш шляхи коректування:

а) збшьшення швидкод!!' контуру самонала-годження для його завершення за час пускового режиму - досягаеться за рахунок зб!льшення коефщен-та передач! регулятора кт(?) контуру самоналагодження ! зменшення шерцшносп усереднюючих ф!льтр!в;

б) безударне перемикання контуру самоналаго-дження з пускового на сталий режим - досягаеться за рахунок плавно! змши коефщента передач! регулятора кт контуру самоналагодження ! !нерц!йност! усере-

днюючт фшы^в, нaпpиклaд, пропорцшно

dy2s (t)/ dt ;

в) мiнiмiзaцiя pизикiв пopyшeнь peгyльoвaнoю змiннoю peглaмeнтниx знaчeнь - дocягaeтьcя зa paxy-нок вcтaнoвлeння тaкиx пoчaткoвиx знaчeнь кoeфiцie-нтa пepeдaчi km(t=0) мoдeлi OP, при якж пepexiднi пpoцecи в кoнтypi peгyлювaння CAPC нaвiть при ш-cпpиятливиx фaктичниx знaчeнняx ko(t) ^ k™, 6удуть

мaти мiнiмaльнi знaчeння мaкcимaльниx динaмiчниx вiдxилeнь y(t) ввд y2.

Cтpyктypнa cxeмa CAPC, яга вiдoбpaжae peaлiзa-цiю зaпpoпoнoвaниx шляxiв кopeктyвaння, пpeдcтaв-лeнa нa риа 2. Ha цiй cxeмi, y пopiвняннi з ïï вapiaн-том в [5], дoдaткoвi a6o видозм^ш eлeмeнти cгpyк-тури CAPC виджш тoнyвaнням.

Maтeмaтичний oпиc видiлeниx eлeмeнтiв cгpyктy-ри CAPC для мaкcимaльнo пpocтoгo вapiaнтa ïx peaлi-зяцй' пpeдcтaвлeний нижчe.

Зaдaтчик визнaчae тpaeктopiю виxoдy peгyльoвaнoï змiннoï y(t) га зaдaнe знaчeння y2 по гаступному piв-нянню pyxy, пpeдcтaвлeнoмy в oпepaтopнiй фopмi:

y2s (t ) = W2 (s) ■ y2, y2s (t = 0) = y(t = 0).

(5)

Oдним з нaйбiльш пpocтиx вapiaнтiв зaдaтчикa e його peaлiзaцiя y виглядi iнepцiйнoï лaнки пepшoгo порядку, коли Wz(s)=1/(Tzß+1). Вcтaнoвлeння пoчaт-кoвиx умов y2s(t=0)=y(t=0) зaбeзпeчye бeзyдapнicть зaмикaння контуру peгyлювaння.

Paцioнaльнa cтpyктypa oбчиcлювaчa кoeфiцieнтa мacштaбyвaння d2(t), якa oбгpyнтoвaнa в xoдi комп'ю-тepниx eкcпepимeнтiв, мae вигляд:

d2 (t) =

f1+y2d (t), при 1+y2d (t) < d2 max

2d

(6)

fd2 max, при 1+ (t) > d2 max y2d (t) = Wd (s) ■ y2s (t) = (Tds /(0,2 ■ Tds +1)) y2s (t). (7)

Кoнcтaнтa dz max oбмeжye змiни kpr(t), Toe(t), Tft) i тому впливae га стшкють контуру caмoнaлaгoд-жeння.

f*(t) fp(t)=ko(t) fn(t)

Pиcyнoк 2 - Cтpyктypнa cxeмa CAPC

1 *

В [5] були визначеш оптимальш параметри крг

Т*, Т / для сталого режиму функцюнування САРС. В

режим! пуску !х масштабування ведеться по сшввщ-ношеннях:

крГ(0 = к*рГ ■ а2(0, тое(?) = тр /а2(í),

Тт/ (?) = Т/ / а2 (г). (8)

Надал дане коректування алгоритмш самоналаго-дження САРС будемо скорочено називати масштабу-ванням ПКС.

Безударний перехщ м1ж пусковим 1 сталим режимом роботи контуру самоналагодження САРС забез-печуеться характером змши змшно! й(1) у фшальнш стади пускового режиму. Вона зменшуеться прямо-пропорцшно швидкосп змши у2я(г), прагнучи до оди-нищ. При цьому поточш значення параметр1в крг($), Тое(г), Т/г) вщповщно до (8) зм1нюються, прагнучи до

сво!х оптимальних для сталого режиму значень крг Т * Т*

± о^ т/ '

Важливим ресурсом ттшзаци ризик1в порушень керованою змшною регламентних обмежень у пусковому режим! е виб1р початкових значень коефщента передач! модел ОР кт (г = 0) = к2т 1 кт/ (? = 0) = к2т , як1

!з часом будуть перераховуватися регулятором Шрг(я,г) 1 згладжуватися фщьтром низько! частоти ^/(я,г). Встановлення цих початкових значень здшснюеться за рахунок встановлення ввдповщних (однакових) початкових умов штегратор!в регулятора 1 ф1льтра. У ситуаци, коли фактичне значення коефщента переда-ч1 ко(г=0) ОР невщоме, доцшьно прийняти в якосп кт (г = 0) 1 кт/ (г = 0) значення к * = к™х . Це знизить

первюне значення кг(г=0) коефщента передач! головного регулятора, яке обчислюеться в обчислювач1 кг по залежносп кг(г)=А2 /к/г). У результат! вплив не-

сприятливого фактора буде мш1м1зований.

Системи р1внянь (1-2) з доповненнями (5-8) ана-лгтично виршеш бути не можуть. Конструктивна альтернатива такому ршенню - !м!тащйне моделювання САРС в середовищ! 81ти11пк/МаИаЪ [9, 10].

4 ЕКСПЕРИМЕНТИ

Метою комп'ютерних експерименпв було про1лю-струвати можливосп впливу на показники якосп про-цеав регулювання 1 самоналагодження в САРС де-яких основних параметр1в налагодження. Задача па-раметрично! оптишзаци САРС у пускових режимах не ставилася по декшьком обставинам:

а) при керуванш об'ектами технолопчного типу перехвдш процеси в режим! пуску становлять малу частку часу в пор1внянш !з сталими процесами, що, зокрема, робить неактуальною мшшзащю часу пере-хщного процесу;

б) у пускових режимах при змш регульовано! змшно! у(г) у самому широкому д!апазош необх!дно

враховувати нелшшшсть властивостей ОР, а у фор-мальн!й постановц! зробити це практично неможливо.

Особливост! експерименпв:

а) !хньою основою стали п ж модел!, на яких про-водилися дослщження роботи САРС у сталому режим! [5]. При цьому додатково введен! модел! задатчика ! обчислювача коеф!ц!ента масштабування а2, скорек-тован! модел! регулятора кт, усереднюючих та пого-джувального фшьтр!в;

б) !нтервал моделювання обраний р!вним гтоа=50 с. За цей час для вах розглянутих вар!ант!в САРС пере-хщний процес пускового режиму практично зашнчу-вався;

в) показники ефективносп САРС (3) аналог!чн! [5], але меж! штегрування включають т!льки штервал пускового режиму.

г) значення постшних часу задатчика Т2, по черз!, встановлювалися р!вними: Т=2 с, Т2=5 с, Т2=10 с;

д) модель обчислювача коефщента масштабування й2(г) в!дпов!дае виразам (6), (7), значення парамет-р!в яких на основ! попередшх експеримент!в прийнят! наступними: й2 тах = 20, Та=5с.

5 РЕЗУЛЬТАТИ

Моделювання м!стило в соб! декшька груп експерименпв, результати двох з них представлен! на рис. 3, 4. На рис. 3 - результати моделювання САРС за структурою [5] без масштабування ПКС для двох р!з-них фактичних значень коефщента передач! ко(г)=5 { ко(г)=0,45 об'екта з найбшьш !мов!рним початковим значенням коефщента передач! кт(г=0)=1 модел! ОР. На рис. 4 - результати моделювання САРС !з масшта-буванням ПКС при встановленш початкових умов кт(г=0) на р!вень кт (г = 0) = к2т = к^.

Анал!з результат!в експеримент!в:

а) з рис. 3 для САРС без масштабування ПКС ви-пливае, що у вах випадках самоналагодження кт(г) до значення ко(г) ввдбуваеться ран!ше, н!ж зак!нчуються перехщш процеси у(г) пускового режиму. Якщо фактичне значення коефщента передач! ко(г)=5 ОР пере-вищуе початкове значення коефщента передач! кт(г=0)=1 його модел!, то при значеннях пост!йно! часу задатчика Т2=2 с, Т2=5 с регульована зм!нна у(г) порушуе регламентш значення угг^=60 (див. рис. 3а, 3б). При Т= 10 с перехщний процес у(г) пускового режиму сильно коливальний.

Якщо ко(г)=0,45, що менше, н!ж кт(г=0)=1, то пе-рех!дн! процеси у(г), кт(г) пускового режиму мають аперюдичний характер, порушень у(г) регламентних значень не спостертаеться;

б) з рис. 4 для САРС !з масштабуванням ПКС ви-пливае, що час самоналагодження кт(г) до значення ко(г)=5 у пор!внянш з рис. 3 скоротився. 1нтенсиф!ка-ц!я самоналагодження знайшла свое вщбиття ! у значеннях показнишв I] {13, як! на рис. 4 менш!, н!ж на рис. 3. Перехщш процеси у(г), кт(г) пускового режиму набули аперюдичний характер. Вихщ керовано! зм!н-но! у(г) на задане значення у2 вщбуваеться без порушень регламентних значень угг^=60 нав!ть тод!, коли

б

7/1=429.?

V

'(ff

W01.2 kjf) i

//-54,3

20 Ю 40 50

10 20

30

4C tc

koV)s

fcfflfO

¿=1.56-

1С 20 30

Г, С

Ш ,

Ara (Otis

os

04

02

10 20 3Û 40 50

.Jcjtf).....:

1Ш.

ici го зо

¿=11.02

40

Г, с

Рисунок 3 - Фрагменти змш змшних САРС без масштабування ПКС у пускових режимах з р1зними постшними часу Tz задатчика: а - Tz =2 c; б - Tz = 5 c; в - Tz=10 c при km(t=0)=1 i р1зних значеннях k0(t)

траектор1я yzs(t), яка задаеться задатчиком, швидка (Tz=2 c, див. рис. 4а). Правда, для випадку k0(t)=0,45 спостерiгаеться деяке погiршення показнишв якостi 11 i 13 у порiвняннi з рис. 3. Але, враховуючи, що час пускового режиму незрiвнянно менший часу роботи ОР технолопчного типу у сталому режим^ то даними погiршеннями можна знехтувати.

Графiки, представленi на рис. 4, також показують, що за рахунок плавного зменшення значень змшно1 dz(t) у фiнальнiй стадй' пускового режиму змшна km(t) також змiнюеться плавно, безударно при переходi до ïï значень у сталому режимi роботи САРС.

6 ОБГОВОРЕННЯ

Результати, отримаш при дослiдженнi САРС пiд час пускових режимiв, додатково пiдтверджують пра-вомiрнiсть концепцiï самоналагодження регулятора в замкнутш САР на основi пасивно]! щентифшацп

об'екта регулювання з видшенням iз загального руху регульованих змiнних об'екта i його моделi складових ]!хнього власного руху. Щд час пуску складова влас-ного руху регульовано'' змшно'' суттево превалююе над ïï вимушеною складовою, що створюе сприятливi умови для ш''тенсифжаци процесу самоналагоджен-ня.

При керуваннi об'ектами неперервних технологiй слщ вiдмiтити, що для них перехвдш процеси в режи-мi пуску становлять, як правило, малу частку часу в порiвняннi зi сталими процесами. Тому задача mmm-зацпчасу переходного (пускового) процесу для таких об'екпв неактуальна. Для об'ектiв з перюдичними технологiями задачу пошуку оптималь них значень параметрiв САРС для пускового режиму вже доцшьно виршувати. Очевидно, вона повинна зводитися до

11=20.1

ю

20

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Я)

40

/. с

.т

60

до

20

в 4

2 О

\11=Ж 5

.... ••

Т-* : КО

10 20

■кш

уа

40

50

/д=5.41

\ Мг)

7......

10_20_30_40

с

№ у>( о

40

(ПО

« 1 | ¡1=9.9

: !</) :

МО 'С

к „.¿О 8

Б 4

2 О

МУ)

ю

20

30

4С

Рисунок 4 - Фрагменти змш змшних САРС 1з масштабуванням ПКС у пускових режимах для р1зних постшних часу Т2 зада-

тчика:

а - Т=2 с; б - Т=5 с; в - Т=10 с при кт(Г=0)= котах=10 1 р1зних значеннях ко(Г)

пошуку компром1су м1ж часом перех1дного процесу 1 ризиками порушень регульованою змшною регламен-тних значень.

ВИСНОВКИ

1. САРС, розроблена в [5], параметры яко! оптимь зован для сталих режим1в роботи, може бути викори-стана для керування ОР технолопчного типу 1 у пускових режимах. При цьому, щоб знизити ризик порушень регульованою змшною сво!х регламентних значень, необхщно вибрати траекторш змши заданого значення, яка повшьно зм1нюеться, 1 рацюнальне по-чаткове значення коефщента передач! модел1 ОР. Наприклад, встановити постшну часу аперюдичного задатчика бшьшу, шж 7... 10 чаав зашзнення об'екта

регулювання, 1 початкове значення коефщента пере-дач1 модел1 близьким до максимально можливого значення коефщента передач1 ОР.

2. Прискорити процес виходу регульовано! змшно! на задане значення 1 при цьому мш1м1зувати ризики порушень регламентних значень можна за рахунок:

а) масштабування параметр1в контуру самоналаго-дження, а саме - збшьшення коефщента передач1 регулятора в контур1 самоналагодження 1 зменшення шерцшносп усереднюючих та погоджувального фшь-тр1в пропорцшно швидкосп змши заданого значення;

б) встановлення початкових значень коефщента передач1 модел1 об'екта керування на р1вн1 максимально можливих значень його коефщента передач^ яш встановлюються у вигляд1 початкових умов на штег-

ратор1 регулятора i погоджувального фшьтра контуру самоналагодження.

3. Розглянутий приклад масштабування параметрiв контуру самоналагодження забезпечуе його безударне перемикання з пускового режиму на сталий режим роботи.

ПОДЯКИ

Робота виконана в рамках науково! школи «Моде-лювання i оптимальне керування технологiчними процесами зберiгання та переробки альськогосподар-сько! продукци» кафедри «Автоматизацiя технолопч-них процесiв i робототехнiчних систем» Одесько! национально! академй' харчових технологiй за тдтримки компанп «С-1нжишринг» м. Одеса.

Л1ТЕРАТУРА / ЛИТЕРАТУРА

1. Landau I. D. Adaptive Control / I. D. Landau. - London : Springer-Verlag London Limited, 2011. - 234 p. DOI: 10.1007/978-0-85729-664-1_1

2. Isermann R. Digital Control Systems / R. Isermann. - Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1991. - 325 p. DOI: 10.1007/978-3-642-86420-9

3. Astrom K. The Future of PID Control / K. Astrom , T. Hag-glund // IFAC Proceedings Volumes. - 2000. - Volume 33, Issue 4. - P. 19-30. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)38216-2

4. Хобин В. А. Оптимизация фильтров собственного движения самонастраи-вающейся САУ объектом технологического типа / В. А. Хобин, М. В. Левинский // Радю-

електрошка, шформатика, управлшня. - 2016. - № 4. -С. 120-129. DOI: 10.15588/1607-3274-2016-4-15

5. Хобш В. А. Принципи, алгоритми i результата тдви-щення ефективносп самоналагоджувально! системи керування об'ектом технолопчного типу / В. А. Хобш, М. В. Левшський // Радюелектрошка, шформатика, управлшня. - 2017. - №2. - С. 172-181. DOI: 10.15588/1607-3274-2017-2-19

6. Adaptive Control. Algorithms, Analysis and Applications / [I. D. Landau, R. Lozano, M. M'Saad, A. Karimi]. - New York : Springer London Dordrecht Heidelberg, 2011. -610 p. DOI: 10.1007/978-0-85729-664-1

7. Maggio M. The PID+p controller structureand its contextual model-based tuning / M. Maggio, A. Leva // IFAC Proceedings Volumes. - January 2011. - Volume 44, Issue 1. -P. 4101-4106. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.01029

8. Kolaj W. PLC-PIDTuner: Application for PID Tuning with SIMATIC S7 PLC Controllers / W. Kolaj, J. Mozaryn, M. Syfert // IFAC Proceedings Volumes. - 2010. - Volume 43, Issue 2. - P. 343-348. DOI: 10.3182/20100607-3-CZ-4010.00061.

9. Xue D. Linear feedback control: analysis and design with MATLAB / D. Xue, Y. Chen, D. Atherton. - Philadelphia: Siam, 2007. - 356 p. DOI: 10.1137/1.9780898718621

10. Higham D. MATLAB Guide, Third Edition / D. Higham, N. Higham. - Philadelphia: Siam, 2016. - 462 p. DOI: 10.1137/1.9781611974669

Стаття надшшла до редакцп 15.07.2018.

Июля доробки 21.08.2018.

УДК 681.52:62-503.57

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ САМОНАСТРАИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕЕ ПУСКОВЫХ РЕЖИМОВ

Хобин В. А. - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедры автоматизации технологических процессов и робототех-нических систем Одесской национальной академии пищевых технологий, Одесса, Украина.

Левинский В. М. - канд. техн. наук, доцент кафедры автоматизации технологических процессов и робототехнических систем Одесской национальной академии пищевых технологий, Одесса, Украина.

Левинский М. В. - канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры автоматизации технологических процессов и ро-бототехнических систем Одесской национальной академии пищевых технологий, Одесса, Украина.

АННОТАЦИЯ

Актуальность. Целый ряд объектов технологического типа отличаются существенно нелинейной статической характеристикой, когда коэффициент передачи по каналу регулирования меняется в десять и больше раз. При этом типичные системы регулирования с неизменными параметрами регулятора теряют устойчивость и переходят в позиционный режим работы. Сохранить компромисс между показателями качества и устойчивостью процессов в системе с такими объектами позволяют САР с самонастройкой параметров регулятора. Их алгоритмы должны обеспечивать эффективное функционирование системы не только в установившихся, но и в переходных по каналу задания режимах, когда объект переводится из начального состояния, чаще с «холостого хода», в состояние номинальной нагрузки. Регулированная переменная в пусковых режимах не должна нарушать регламентные значения технологического процесса, потому что это может привести к возникновению аварийных ситуаций.

Цель. Усовершенствовать алгоритмы САР с самонастройкой для пусковых режимов объекта, обеспечив за время пуска завершение процедуры самонастройки и снижение вероятности возникновения аварийных ситуаций.

Метод. За счет анализа благоприятных и неблагоприятных факторов для самонастройки эвристическим методом предложена корректировка алгоритмов, полученных для установившегося режима, на период пуска объекта. Проверка эффективности корректировки алгоритмов проводится путем имитационного моделирования системы в среде Simulink пакета программ Matlab.

Результаты. Спланированы и проведены компьютерные эксперименты с моделями альтернативных структур самонастраивающейся системы. Получены графики и числовые показатели, которые характеризуют эффективность её работы в пусковых режимах.

Выводы. Для завершения процедуры самонастройки на протяжении периода пуска и для предотвращения недопустимых динамических ошибок регулирования необходимо: а) увеличить коэффициент передачи регулятора и уменьшить инерционность фильтров в контуре самонастройки на период пуска; б) установить начальное значение коэффициента передачи модели объекта регулирования на уровне максимально возможных значений его коэффициента передачи.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: САР с самонастройкой, коэффициент передачи, составляющая собственного движения, пусковой режим.

UDC 681.52:62-503.57

SELF-TUNING CONTROL SYSTEM ALGORITHMS IMPROVEMENT FOR PROVIDING EFFICIENCY OF ITS STARTING REGIMES

Khobin V. A. - Dr.Sc., Professor, Head of a Chair of Automation of Technological Processes and Robot-Technical Systems Department of the Odessa National Academy of Food Technologies, Odessa, Ukraine.

Levinskyi V. M - PhD., Associate Professor of Automation of Technological Processes and Robot-Technical Systems Department of the Odessa National Academy of Food Technologies, Odessa, Ukraine.

Levinskyi M V. - PhD., Senior teacher of Automation of Technological Processes and Robot-Technical Systems Department of the Odessa National Academy of Food Technologies, Odessa, Ukraine.

ABSTRACT

Context. A whole series of technological type control objects have substantially nonlinear static characteristic, when gain through control channel changes in ten or more times. At the same time typical control systems with unchanged controller parameters lose their stability and switch to the position mode of operation. Automatic control systems (ACS) with self-tuning of the controller parameters allow to save a compromise between quality indicators and processes stability in the systems with such objects. Their algorithms should provide effective system functioning not only in steady-state, but also in transient modes, when set point changes, when control object is being transferred from the initial state, more often from idling, to the state of nominal load. The controlled variable in the start-up modes must not violate the procedural limits of the technological process, since it can lead to emergency situations.

Objective. To improve the ACS algorithms with self-tuning for the start-up conditions of the control object, ensuring the completion of the self-tuning procedure during the start-up period and lowering the possibility of emergency situations.

Method. Utilizing analysis of the advantageous and disadvantageous factors for the self-tuning procedure, using heuristic method, correction for the algorithms, which were developed earlier for steady-states, was proposed for the start-up period. Algorithms correction efficiency is verified by simulation of the system in the Simulink environment of the MatLab software package.

Results. Computer experiments with models of alternative structures of the self-tuning system were planned and conducted. Obtained figures and numerical values characterize the efficiency of its operation in the start-up modes.

Conclusions. To complete the self-tuning procedure during the start-up period and to prevent unacceptable dynamic control errors, it is necessary to: a) increase the controller gain and decrease the persistence of the filters in the self-tuning loop during the startup period; b) set the initial value of the control object model gain at the maximum possible level.

KEYWORDS: ACS with self-tuning, gain, own motion component, start-up period.

REFERENCES

1. Landau I. D. Adaptive Control. London, Springer-Verlag London Limited, 2011, 234 p. DOI: 10.1007/978-0-85729-664-1_1

2. Isermann R. Digital Control Systems. Berlin, SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 1991, 325 p. DOI: 10.1007/9783-642-86420-9

3. Astrom K., Hagglund T. The Future of PID Control, IFAC Proceedings Volumes, April 2000, Volume 33, Issue 4, pp. 19-30. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)38216-2

4. Khobin V. A., Levinskyi M. V. Optimizacija fil'trov sobstvennogo dvizhenija samonastrai-vajushhejsja SAU objektom tehnologicheskogo tipa, Radio Electronics, Computer Science, Control, 2016, No. 4, pp. 120-129. DOI: 10.15588/1607-3274-2016-4-15

5. Khobin V. A., Levinskyi M. V. Principi, algoritmi i rezul'tati pidvishhennja efektivnosti samonalagodzhuval'noi sistemi keruvannja ob'ektom tehnologichnogo tipu, Radio

Electronics, Computer Science, Control, 2017, No. 2, pp. 172-181. DOI: 10.15588/1607-3274-2017-2-19

6. Landau I. D., Lozano R., M'Saad M., Karimi A. Adaptive Control. Algorithms, Analysis and Applications. New York, Springer London Dordrecht Heidelberg, 2011, 610 p. DOI: 10.1007/978-0-85729-664-1

7. Maggio M., Leva A. The PID+p controller structureand its contextual model-based tuning, IFAC Proceedings Volumes, January 2011, Volume 44, Issue 1, pp. 4101-4106. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.01029

8. Kolaj W., Syfert M. PLC-PIDTuner: Application for PID Tuning with SIMATIC S7 PLC Controllers, IFAC Proceedings Volumes, 2010, Volume 43, Issue 2, pp. 343-348. DOI: 10.3182/20100607-3-CZ-4010.00061.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Xue D., Chen Y., Atherton D. Linear feedback control: analysis and design with MATLAB, Philadelphia, Siam, 2007, 356 p. DOI: 10.1137/1.9780898718621

10. Higham D., Higham N. MATLAB Guide, Third Edition. Philadelphia, Siam, 2016, 462 p. DOI: 10.1137/1.9781611974669

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Хобін В. А., Левінський В. М., Левінський М. В.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Хобін В. А., Левінський В. М., Левінський М. В.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ САМОНАСТРАИВАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕЕ ПУСКОВЫХ РЕЖИМОВ

Текст научной работы на тему «Вдосконалення алгоритмів самоналагоджувальної Си- стеми керування для забезпечення ефективності її пускових режимів»