Дослідження ефективності різних способів налагодження ПІД-регулятора в системах із запізненням
Автор: Сольський Руслан Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електромеханічні системи автоматизації та електропривод
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Сольський Р., Мороз В. (керівник). Дослідження ефективності різних спо- собів налагодження ПІД-регулятора в системах із запізненням. Магістерська ква- ліфікаційна робота. – Національний університет "Львівська політехніка", Львів, 2020. Розширена анотація У промислових системах керування часто спостерігається запізнювання, нерідко пов’язане з транспортуванням матеріалів або енергії. Поява предиктора Сміта в 1957 році [1] надало розробникам можливість зменшити негативний вплив запізнювання на якість реакції керованої системи. У розділі 1 показано, що предиктор Сміта [2] є ефективним інструментом для управління системами із запізненням, але його використання вимагає точної оцінки параметрів об’єкта керування, також надана загальна інформація про пре- диктор. Розглянуте керування інерційними об’єктами із запізнюванням за допо- могою предикторів. Показано, що об’єкти зі змінними параметрами вимагають введення додаткового шляху адаптації до структури прогнозатора Сміта [3]. Ме- тою дослідження є розробка модифікації предиктора Сміта, що дозволяє працю- вати в умовах зміни коефіцієнта отримання контрольного об’єкта, описаного фу- нкцією передачі. Розглядаються різні варіанти контура управління випереджу- вача Сміта: функцій Ляпунова, на основі лінійного ПІД-регулятора та адаптив- ного регулятора з зразком з використанням функцій чутливості закритої системи відносно параметрів ПІД-регулятора. Здійснено огляд оптимального параметри- чного синтезу САР з випереджувачем [4]. Досліджено ефективність систем авто- матичного регулювання з випереджувачем (предиктором) Сміта. Показано, що для керування об’єктами з великим транспортним запізнен- ням, зазвичай при ?? (??+??) > 0.2 … 0.5, використовуються спеціальні структури ре- гуляторів, що містять блоки для передбачення поведінки об’єкта через час ??. Для покращення реакції системи на збурення запропонована ще одна модифікація ви- переджувача Сміта [5] – каскадний випереджувач Сміта. У розділі 2 розглянута модифікація предиктора Сміта для лінійного об’єкта зі змінними параметрами [6]. Розглянуто питання доцільності застосу- вання САР з випереджувачем Сміта для об’єктів зі значним запізненням. Наве- дено аналіз впливу параметрів об’єкта на якість регулювання і запропоновано структуру адаптивної системи для автоматичного визначення часу запізнення. За основу взято модифікований предиктор Сміта з фільтром, який використову- ється для зменшення впливу збурень і підвищення робастності системи керу- вання. Розглянуто варіанти адаптації коефіцієнта підсилення регулятора. Здійс- нено огляд адаптивної корекції параметрів ПІД-регулятора у випадку викорис- тання предиктора Сміта [7]. Показані результати комп’ютерного моделювання для різних правил нала- штування ПІД-регулятора з предиктором Сміта і випадку застосування адаптив- ної корекції для змінних параметрів. У розділі 3 розглянуто налагодження параметрів предиктора Сміта з філь- тром за допомогою пакету Simulink Response Optimization математичного засто- сунку MATLAB [8]. З його допомогою пропонується оптимізувати настройки фі- льтра, а також ПІ-регулятора, тому що ручне налагодження досить трудомістке і не завжди дозволяє знайти оптимальні параметри системи. Крім оптимізації па- раметрів пакет дає можливість враховувати невизначеність динамічних параме- трів об’єкта керування з метою забезпечення робастності системи. Розглянуто використання ПІ-регулятора як важливої складової системи регулювання з пре- диктором Сміта. Розглянуто варіант застосування предиктора Сміта з додатковим фільтром. Показано варіанти налаштування параметрів системи за допомогою Simulink Response Optimization програми MATLAB. Оприлюднені результати комп’ютер- ної симуляції для трьох прикладів технічних систем: керування температурою в електричній печі, регулювання температури в теплообмінному баці, регулю- вання рівня рідини у двох з’єднаних резервуарах. Об’єкт дослідження – ПІД-регулятор у системі зі запізненням і предикто- ром Сміта. Предмет дослідження – налаштування ПІД-регулятора в системах з ная- вним запізненням і предиктором Сміта. Мета дослідження – вибір найкращої стратегії налаштування ПІД-регу- лятора в системах з наявним запізненням і предиктором Сміта. На основі комп’ютерних експериментів обґрунтовано вибір контуру адап- тації, який забезпечує роботу предиктора Сміта в умовах зміни функції передачі об’єкта управління. Алгоритм адаптації предиктора Сміта, що запропонований в цій роботі, є перспективним для впровадження в системи управління технічними об’єктами із запізненням. Ключові слова: об’єкт із запізненням, предиктор Сміта, ПІД-регулятор, Simulink response optimization, адаптивна система, передавальна функція, об’єкт керування. Перелік використаних літературних джерел 1. Smith O. J. M. Close Control of Loops with Dead Time // Chemical Engineering Progress. 1957. Vol. 53. P. 217235. 2. Burakov M. V., Kurbanov V. G. Neuro-PID Control for Nonlinear Plants with Variable Parameters // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2017. Vol. 12. N 4. P. 1226-1229. 3. Astrom K. J., Wittenmark B. Adaptive Control. Addison-Wesley, Reading, MA, 1995. 572 p. 4. Astrom K. J., Hagglund T. Advanced PID Control. ISA (The Instrumentation, Sys- tem, and Automation Society), 2006. 460 p. 5. Wei Q., Wang W. Research on Fuzzy Self-adaptive PI-Smith Control in Long Time-delay System. Journal of China Universities of Posts and Telecommunica- tions, 2011, no. 18(5), pp. 114-117. 6. Wang P. G., Feng H. P., Zong X. P. Smith Predictive Control Based on NN. Proc. of 2005 Intern. Conf. on Machine Learning and Cybernetics, Guangzhou, China, 2005, pp. 41794183. 7. J. E. Normey-Rico and E.F. Camacho. Control of Dead Time Processes. London, UK : Springer - Verlag Limited, 2007. 8. MohdFua’adRahmat & SahazatiMdRozali Modelling and Controller Design for a Coupled Tank Liquid Level System: Analysis and Comparison, Journal Teknologi , Vol. 48 , No. D, pp. 113-141, 2008.