Автореферат (Исследование эффективности и развитие методов оптимизации динамики АСР тепловых объектов)

На правах рукописиХОАНГ ВАН ВАИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ И РАЗВИТИЕ МЕТОДОВОПТИМИЗАЦИИ ДИНАМИКИ АСР ТЕПЛОВЫХ ОБЪЕКТОВСпециальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическимипроцессами и производствами (по отраслям: энергетика)Авторефератдиссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква - 20183ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы диссертационного исследования:Политика государства Вьетнам, принятая на XII съезде коммунистической партии,заключается в содействии индустриализации и модернизации страны. Целью Вьетнамаявляется стать с помощью модернизации к 2020 году промышленно развитой страной.Поэтому все шире используются на предприятиях и в организациях современныетехнологии, программные приложения и средства автоматизации.

В том числе, во Вьетнамезаинтересованы в достижении высокой эффективности технологических процессов, чтотребуетповышениякачествауправленияирегулированиясцельюсниженияпроизводственных затрат и повышения эффективности инвестиций. Для этого необходимовнедрять более совершенные алгоритмы управления в сочетании с методами оптимизациидинамики 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 счетразвития и применения перспективных алгоритмов регулирования и методов расчета сиспользованием комплексного подхода, предусматривающего оснащение регулирующихконтроллеров дополнительными алгоритмическими модулями, решающими актуальныезадачи получения модели объекта управления, автоматической настройки регуляторов иоптимизации работы в режиме отработки задающего воздействия, а также за счет разработкирекомендаций по повышению точности работы алгоритмов для круга объектов управления стиповыми динамическими характеристиками.Для достижения цели решается ряд задач:- обзор применяемых алгоритмов регулирования и методов оптимизации динамикиАСР технологических процессов, выяснение перспективных решений и направленийразвития с целью применения в промышленных регулирующих контроллерах;- анализ эффективности системы с ПИД-регулятором и предиктором Смита вкомплекте с алгоритмами автоматической настройки регуляторов (АНР) для объектов стиповыми динамическими свойствами при возмущении по различным каналам; разработкарекомендаций по области применения и оптимизации динамики системы при реализацииалгоритмов в регулирующих контроллерах;- анализ эффективности метода настройки регуляторов, основанного на приближениик субоптимальному регулятору, при использовании совместно с алгоритмом получениямодели объекта в действующей системе, с точки зрения применимости к объектам с4различными динамическими свойствами, разработка рекомендаций по повышению точностиметода и его реализации в регулирующих контроллерах с учетом динамики объектов;- разработка и анализ работоспособности системы гибридной структуры с алгоритмоммаксимального быстродействия (АМБ), ПИД-регулятором и алгоритмом автоматическойнастройки регуляторов для различных объектов; выяснение рациональных режимов иобласти практического применения АМБ, формирование рекомендаций по применениюблока прогноза при работе с объектами с запаздыванием.Научная новизна работы- на основании исследований, выполненных в системе с ПИД-регулятором,предиктором Смита и модулем АНР с реализацией на промышленном контроллере, выявленкруг объектов и условий, для которых применение системы с предиктором являетсяэффективным; получены зависимости для корректировки параметров системы с ПИДрегулятором и предиктором Смита с учетом динамики объектов по данным работы модуляАНР с целью повышения качества регулирования;- на основании исследований метода настройки регуляторов, основанного наприближении к субоптимальному регулятору в частотной области (метода МНКприближения),определеныобластиегоприменениядляобъектовстиповымидинамическими свойствами; получены рабочие зависимости для однозначного определенияпараметров алгоритма МНК в регулирующем контроллере по данным оценки моделиобъекта при работе с ПИ и ПИД-регуляторами;- предложена структура гибридной системы для регулирующих контроллеров, всостав которой входят алгоритм максимального быстродействия (АМБ), ПИД-алгоритм имодуль АНР, определены условия перехода между алгоритмами АМБ и ПИД для различныхобъектов и случаев применения; определена область, когда применение АМБ являетсяэффективным; показано, что АМБ целесообразно включать при существенном изменениизадания и использовать его до первого переключения, чтобы исключить автоколебания всистеме, а далее следует использовать алгоритм ПИД-регулирования.Основные положения и результаты, выносимые на защиту:- для создания возможности применения предиктора Смита в системах автоматизациитехнологических процессов необходимо, чтобы в программном обеспечении регулирующихконтроллеров содержался алгоритм (модуль) для оперативного определения параметровмодели объекта управления в действующей системе; примером являются алгоритмы АНР-1 иАНР-2, использованные в работе;5-применение предиктора Смита в системе с ПИД-регулятором и модулем АНРпозволяет повысить качество регулирования при изменении задания и рекомендуемойкоррекции параметров регулятора по данным работы АНР.- уточнены области применения алгоритма настройки регуляторов, основанного наМНК-приближении к субоптимальному регулятору; получены рабочие зависимости дляоднозначногорасчетапараметровалгоритмаМНК-приближенияврегулирующемконтроллере 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 качестворегулирования при отработке задающего воздействия с использованием модели объекта поданным работы АНР и рекомендаций для коэффициента прогноза.- алгоритм максимального быстродействия целесообразно включать эпизодически приотработке существенного изменения задания; при этом достаточно ограничиться его работойдо первого переключения, чтобы исключить автоколебания в системе, а далее следуетосуществить переход к ПИД-регулированию для стабилизации выхода объекта на заданномзначении.Практическая значимость- рассчитаны зависимости и получены аппроксимирующие формулы для оптимальныхзначений косвенных показателей, используемых в алгоритме АНР;- предложена структура регулирующего контроллера с предиктором Смита, вкоторую, помимо предиктора и ПИД-регулятора, входит модуль АНР, выполняющийфункции определения параметров модели объекта и автоматической настройки регулятора;выполнено тестирование предложенной системы, реализованной на базе промышленныхконтроллеров Овен ПЛК и программного пакета CODESYS с применением физическогоимитатора объекта, показана ее работоспособность;- сформулированы рекомендации по коррекции параметров ПИД-регулятора,получаемых по данным АНР, для работы с предиктором Смита с целью повышенияэффективности работы АСР для круга объектов с типовыми динамическими свойствами;- для алгоритма настройки регуляторов, основанного на МНК-приближении ксубоптимальному регулятору в частотной области, получены рабочие зависимости дляоднозначного определения в регулирующем контроллере (по данным АНР) параметровМНК-алгоритма (частотного диапазона, постоянных времени фильтров и корректирующегокоэффициента динамической ошибки) с учетом данных о модели объекта для ряда типовыхслучаев с целью повышения точности настройки АСР и расширения области применения;6- для систем, работа которых связана с изменением задания, предложена гибриднаяструктура регулирующего контроллера, в состав которой входят алгоритм максимальногобыстродействия, ПИД-алгоритм и модуль АНР, выполняющий функции настройкирегулятора с определением модели объекта, которая используется также для расчета линиипереключения алгоритма максимального быстродействия; показана работоспособностьсистемы путем ее тестирования в среде Borland C++;- предложено решение вопроса о режимах применения алгоритма максимальногобыстродействия (АМБ) и ПИД-регулятора, предусматривающее работу АМБ до первогопереключения с последующим переходом на ПИД-регулирование; даны рекомендации поприменению прогноза для объектов с запаздыванием с учетом данных АНР.Достоверность результатовПри исследованиях использованы модели объектов, типичных для теплоэнергетики итеплотехники; модели получены на основании экспериментальных данных из литературныхисточников или полученных автором самостоятельно.

Анализ работы алгоритмовпроизводился с использованием промышленных контроллеров, физических имитаторовобъекта, а также симулятора, реализованного на программируемом контроллере сфизическими сигналами на входе и выходе. Достоверность результатов работы обусловленатакже корректным применением математического аппарата теории автоматическогоуправления и теории оптимального управления, а также применением современныхпрограммных средств выполнения математических и инженерных расчетов.Апробация работы и публикации:Результаты научных исследований по теме диссертационной работы докладывались иобсуждались на заседании кафедры АСУ ТП ФГБОУ «НИУ «МЭИ» (г. Москва, 2018 г.), наМеждународной научно-практической конференции “Молодёжный форум: технические иматематические науки”, (г.

Воронеж, 2015 г.), на XXVIII, XXIX и XXX Международныхнаучных 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. СанктПетербург и Минск, 2017 г.), на XXII, XXIII и XXIV Международных научно-техническихконференциях студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика” (г.Москва, 2016, 2017, 2018 гг.),на Международной научно-практической конференцийИнфорино-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 конференцийстудентов, аспирантов и молодых учёных «Энергия-2017» (г. Иваново, 2017 г.), на XII7Международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (г. Казань, 2017г.), на Международнойнаучно-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, две из которых - вжурналах перечня ВАК «Теплоэнергетика» (с переводом и публикацией на английскомязыке) и «Новое в Российской Электроэнергетике», пять - в базе данных Scopus и Web ofscience (на английском языке), остальные - в материалах докладов и тезисов международныхконференций.Личный вкладАвтором лично решены основные задачи диссертации, в том числе: проведенымодельные исследования на экспериментальном стенде, разработаны и сформулированыпрактические рекомендации, выполнены технические расчеты и получены результаты.