Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Буй Хай Шон. Параметрический синтез и анализ АСР с ПИД-алгоритмами различной структуры : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 Москва, 2006 160 с. РГБ ОД, 61:06-5/3347

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА АСР С ПИД-АЛГОРИТМОМ 9

1.1. ПИД-алгоритм и его особенности 9

1.1.1. Идеальный ПИД-алгоритм 10

1.1.2. Физически реализуемый ПИД-алгоритм 12

1.1.3. Цифровая реализация ПИД-алгоритма 12

1.1.4. Автоматические регуляторы релейно-импульсного действия 14

1.1.5. Особенности АСР с ПИД-регулятором 15

1.2. Методы параметрического синтеза АСР с ПИД-регуляторами 18

1.2.1. Задача параметрического синтеза АСР 18

1.2.2. Обзор методов определения настроек ПИД-регулятора 21

ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА АСР С ПИД-РЕГУЛЯТОРАМИ

2.1. Расчет линий заданного запаса устойчивости т - const для АСР с идеальным ПИД-алгоритмом 44

2.2. Анализ влияния настроек ПИД-регулятора на распределение корней характеристического уравнения замкнутой системы 50

2.3. Расчет оптимальных параметров настройки с использованием комплексного показателя запаса устойчивости 57

2.4. Особенности АСР с идеальным ПИД-алгоритмом и объектом управления с запаздыванием 60

2.5. Анализ распределения корней характеристического уравнения 64

2.6. Сравнение методов расчета оптимальных параметров настройки

АСР с ПИД-регулятором 72

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РОБАСТНОИ НАСТРОЙКИ РЕАЛЬНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ

3.1. Параметрический синтез и анализ динамики АСР с цифровым ПИД-регулятором 86

3.2. Выбор параметров электрического исполнительного механизма с ПИД-алгоритмом 100

3.3. Исследование автоколебаний в АСР с ШИМ и ЭИМ 109

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

4.1. Описание экспериментального стенда 114

4.2. Получение математической модели объекта регулирования 116

4.3. Настройки регулятора и процессы регулирования по результатам эксперимента и моделирования 118

4.4. Возможные области применения ПИД-алгоритма в системах автоматизации теплотехнических объектов управления 126

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130

Список литературы 133

Приложения 1  

Введение к работе:

Анализ алгоритмических структур промышленных автоматических систем регулирования показывает, что наибольшее распространение в реальных системах получили типовые алгоритмы регулирования - пропорциональный (П-) и пропорционально-интегральный (ПИ-). К типовым относят также предложенный значительно позже этих алгоритмов пропорционально-интегрально-дифференциальный алгоритм (ПИД-). Приборостроительные фирмы разрабатывают и производят микропроцессорные ПИД-регуляторы и микропроцессорные контроллеры с библиотеками, включающими не только ПИД, но и более сложные алгоритмы регулирования. Однако, до настоящего времени ПИД-регуляторы в реальных системах применяются редко и, как правило, потенциальные возможности ПИД-алгоритма не реализуются в полной мере.

Тем не менее, именно ПИД-алгоритму посвящено основное количество научных публикаций по проблеме оптимального параметрического синтеза автоматических систем регулирования. Множество публикаций по проблеме свидетельствует как об ее актуальности, так и об отсутствии ее окончательного решения.

Актуальность этой проблемы для решения задач автоматизации объектов управления в энергетике подтверждается и тем, что ее решению были посвящены работы Е.Г. Дудникова, Е.П. Стефани, Н.И. Давыдова, В.Я. Ротача, В.В. Волгина и многих других специалистов в рамках проводимых ими исследований по автоматизации управления теплоэнергетическими процессами и установками.

Простейшие П- и ПИ- алгоритмы достаточно точно реализуются в реальных автоматических регуляторах, что позволяет использовать в решении задач анализа и синтеза автоматических систем регулирования с этими алгоритмами математические модели идеальных регуляторов. Как правило, при оптимальных настройках автоматические системы регулирования с П- и ПИ-регуляторами оказываются робастными (грубыми), мало чувствительными к вариациям параметров объекта и регулятора. Поэтому важнейшее требование к реальной системе - требование робастности - удовлетворяется при применении этих алгоритмов «автоматически» без дополнительных ограничений.

Системам с ПИД-алгоритмом присущи, по крайней мере, две особенности, обличающие их от АСР с простейшими алгоритмами.

Во-первых, идеальный ПИД-алгоритм физически не реализуем, и результаты оптимального параметрического синтеза не могут непосредственно переноситься на реальную систему. Из этого следует актуальность поставленной в работе задачи оптимального параметрического синтеза с учетом особенностей технической реализации ПИД-алгоритма. В работе наряду с идеальным алгоритмом рассматриваются ПИД-регуляторы с цифровой реализацией алгоритма (цифровые регуляторы) и ПИД-регуляторы с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, в структуру которых включается широтно-импульсный модулятор (ШИМ).

Во-вторых, оптимальная система с ПИД-регулятором может оказаться негрубой и, следовательно, неработоспособной.

Для АСР с ПИД-алгоритмом важно сформулировать ограничения, гарантирующие малую чувствительность системы к вариациям параметров, и критерий качества. Известно, что качество АСР с ПИД-алгоритмом характеризует отношение значений постоянной дифференцирования Та к постоянной интегрирования Ги: с увеличением этого отношения динамическая точность АСР возрастает, однако, вместе с этим возрастает чувствительность системы к вариациям параметров.

Расчет оптимальных настроек заключается в определении значений параметров регулятора, соответствующих минимуму целевой функции при выполнении определенных ограничений и, прежде всего, ограничения на запас устойчивости системы. Для систем автоматизации теплотехнических процессов характерны объекты управления с транспортным и емкостным запаздыванием. Запаздывание в канале регулирующего воздействия снижает эффективность ПИД-алгоритма, и в этом случае представляет интерес сравнительная оценка динамической точности реальных АСР с ПИ- и ПИД- алгоритмами.

Задача оптимального параметрического синтеза может быть решена аналитическими, аналитическими итеративными или поисковым методами. Аналитическое решение позволяет определить в пространстве параметров настройки регулятора границы устойчивости и заданного запаса устойчивости, проанализировать влияние вариации параметров на свойства системы и представить результаты исследования в наглядной форме. Изучение на этой основе особенностей системы обеспечивает возможность эффективного применения современных поисковых алгоритмов для оптимального параметрического синтеза.

Целью настоящей работы является разработка формализованных аналитических методов оптимального параметрического синтеза АСР с ПИД-алгоритмом, обеспечивающих получение робастных настроек и максимально возможное качество при учете свойств реальных ПИД-регуляторов.

В работе применены и развиты аналитические частотные методы оптимального параметрического синтеза АСР с ПИД-регуляторами, методы имитационного моделирования АСР на основе цифровых моделей ее элементов и проведены экспериментальные исследования на стенде с физической моделью объекта управления и реальным микропроцессорным регулятором. Определены условия, выполнение которых позволяет в максимальной степени использовать потенциал ПИД-алгоритма.

В главе 1 рассматриваются формы математического описания ПИД-алгоритма и способы его реализации. Производится классификация и сравнительный анализ методов оптимального параметрического синтеза АСР с ПИД-регуляторами, применяющиеся в России и мировой практике. Показывается необходимость разработки нового метода параметрического синтеза ПИД-регулятора, который удовлетворял бы общепринятым показателям запаса устойчивости АСР и компромиссу качества регулирования и робастно-сти. На основе проведенного анализа формируются цель и задачи диссертационного исследования.

В главе 2 исследуется зависимость вида линий заданного запаса устойчивости и качества АСР от значения а (а = Тц/Тд). Выявляются особенности расположения корней характеристического уравнения замкнутой системы при движении по линии т = const для различных значений а; компромисс между робастностью и динамической точностью регулирования при различных значениях тпМ. Выводят расчетные соотношения и алгоритмы, позволяющие вычислить и определить оптимальные параметры регуляторов по критерию «критическое а» и совместное ограничение на корневой и частотной показатели колебательности «т = тдоп иМ= Мдоп» для идеального ПИД-алгоритма. Проводится сравнительный анализ методов параметрического синтеза ПИД-регулятора.

В главе 3 выводятся соотношения для расчета параметров ПИД-регулятора при цифровой реализации алгоритма и совместном ограничении «т и М» и выбора интервала квантования сигналов по времени. Исследуется схема ПИД-регулятора с ШИМ и электрическим исполнительным механизмом (ЭИМ) постоянной скорости, выводятся расчетные формулы для определения параметров ШИМ и ЭИМ в зависимости от параметров ПИД-регулятора и объекта управления. Исследуется режим автоколебаний в АСР с ШИМ.

В главе 4 приводятся результаты моделирования АСР в среде Simulink пакета MathLab и исследования АСР с физической моделью объекта и реальным цифровым ПИД-регулятором с ЭИМ при настройках, рассчитанных разработанным в диссертации методом.

В приложении приведены программы расчета параметров идеального и цифрового ПИД-регуляторов при ограничении «т и М» и анализа АСР с найденными настройками в среде MATLAB 6.5 и MathCad.  

Подобные работы
Сиротюк Владимир Олегович
Разработка и исследование моделей и методов анализа и синтеза оптимальных структур баз данных иерархического и сетевого типов
Сиротюк Олег Владимирович
Разработка моделей, методов и инструментальных средств анализа и синтеза оптимальных структур объектно-ориентированных баз данных в автоматизированных информационно-управляющих системах
Карышев Андрей Анатольевич
Методы, алгоритмы и программное обеспечение анализа и параметрического синтеза энергетического блока "котел-турбина"
Маклакова Татьяна Николаевна
Разработка моделей и алгоритмов автоматизированного мониторинга технологической структуры предметной области
Матюхин Николай Борисович
Методы и алгоритмы диагностирования автоматизированных систем управления производством с распределенной структурой
Слюсарь Валентин Викторович
Разработка моделей и алгоритмов автоматизации полнотекстового поиска документированной информации повышенной релевантности в распределенных производственных структурах
Смирнов Михаил Иванович
Синтез структуры системного управления маршрутизацией информации в АСУ распределенными объектами
Муравьева Елена Александровна
Синтез логических структур большой размерности на основе расширенных булевых матриц
Котов Денис Георгиевич
Совершенствование структур и методов синтеза линейных регуляторов для управления состоянием технологических объектов
Ершенко Евгений Владимирович
Анализ и синтез системы управления транспортно-дозировочным технологическим процессом

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net