20081086 (1032030), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Это объясняется следующими достоинствами метода:● всегда даёт результат;● имеет высокую разрешающую способность;● не требует сложных вычислений;● даёт результат в рабочей точке.Метод обладает следующими недостатками:● не справедлив для большой задержки, когда метод расчёта коэффициента передачи даёт большую ошибку;● самостоятельно может использоваться только для очень грубой настройки, в общем случае должен комбинироваться сдругими методами идентификации.Табличное управлениеНаиболее простым методом адаптации ПИДрегулятора к изменяющимся свойствам объекта управления является табличное управление коэффициентами регулятора.
Он может бытьиспользован не только для адаптивного управления, но и дляуправления нелинейными объектами, нестационарными процессами, при необходимости изменять параметры в зависимости от некоторых условий.Принцип табличного управления очень прост (рис. 36). Знаязаранее возможные изменения режима работы системы (например, возможные варианты загрузки инкубатора яйцами), выполняют идентификацию объекта для нескольких разных режимов и для каждого из них находят параметры регулятора. Значения этих параметров записывают в таблицу.
В процессе функционирования системы измеряют величину, которая характеризует режим работы системы (например, вес яиц с помощью датчика веса или уровень жидкости в автоклаве с помощью датчика уровня), и в зависимости от её значений выбирают из таблицы значения коэффициентов ПИДрегулятора.Описанную систему можно рассматривать как систему с двумя контурами регулирования. Однако контур, служащий дляадаптации (в нашем примере с весом яиц в инкубаторе илиуровнем жидкости в автоклаве), является разомкнутым. По этойпричине табличное управление характеризуется высоким быстродействием, отсутствием ложного срабатывания или расхождения алгоритмов адаптации.В общем случае таблица может быть многомерной; для снижения необходимой размерности таблицы можно использоватьинтерполяцию данных с помощью сплайна.95www.cta.ru© 2008, CTA Тел.: (495) 2340635 Факс: (495) 2321653 http://www.cta.ruВ ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРАНедостатком этого метода являются большие затраты напредварительную идентификацию, необходимую для составления таблицы.
Однако эту проблему частично можно решить посредством применения специальных программ для автоматической идентификации и адаптации регулятора, после выполнения которых полученные параметры заносятся в таблицу.Табличное управление коэффициентами регулятора целесообразно использовать в тех случаях, когда заранее известны виды и величины дестабилизирующих факторов, которые к томуже можно измерить.Программные средства для настройкиПИДрегуляторовТиповая система для настройки ПИДрегуляторов состоит изкомпьютера с программным обеспечением под Windows, комплекта модулей вводавывода и соединительных кабелей.
Объект включается в контур регулирования, система настраиваетсяжелаемым способом, затем полученные коэффициенты регуляРис. 34. Форма колебаний при асимметричной релейной функции(umax = 5,5, umin = 0,5, r = 1)Рис. 35. Сравнение различий между переходными характеристикамии колебаниями в двух системах второго порядка с параметрамиT1 = 10,9, T2 = 0,1, L = 0,02 (кривые 1) и T1 = 10, T2 = 1, L = 0,02(кривые 2)96Рис.
36. Адаптивное управление с помощью параметров, заранеезаписанных в таблицуwww.cta.ruтора записываются в ПИДконтроллер. Благодаря удобномупользовательскому интерфейсу, большой производительностикомпьютера и отсутствию ограничений на алгоритмы идентификации системы удаётся получить параметры регулятора,близкие к оптимальным.В настоящее время имеется около полусотни коммерческихпродуктов [12] для настройки ПИДрегуляторов.Среди аналитических методов настройки в этих программахнаиболее распространены Lambdaтьюнинг [2] или метод регулятора с внутренней моделью [1]. Подавляющее большинствопрограмм использует модель первого порядка с задержкой дляописания объекта регулирования.Связь с оборудованием выполняется с применением OPCсервера, DDE, COM или DCOM технологий, среди которыхтолько OPCсервер является средством, основанным на международном стандарте.Развитие описываемых средств идёт в направлении расширения диапазона поддерживаемых ПИДрегуляторов, примененияметодов искусственного интеллекта и методов диагностики, развития пользовательского интерфейса.
Современные средства настройки позволяют анализировать износ клапанов, делать оценку робастности, автоматически генерировать отчёт с параметрами контура регулирования, строить графики спектральной плотности мощности и функций авто и взаимной корреляции, делатьоптимизацию инверсной модели объекта управления и т.п.В качестве примера рассмотрим один из коммерческих продуктов – систему для настройки ПИДрегуляторов Protuner (см.Application manual на сайте www.protuner.com) фирмы Techmation Inc. Система отображает графики переходного процесса,выполняет преобразование экспериментальных характеристикиз временной области в частотную и вычисляет параметры регулятора, используя несколько различных методов настройки.Перед началом работы системы пользователю предлагается меню для ввода априорной информации об объекте регулирования:● диапазон изменения входного и выходного сигналов объекта;● тип процесса в объекте управления (интегрирующий или нет);● желаемые единицы измерения;● структура контроллера (идеальная, последовательная или параллельная);● частота дискретизации;● постоянная времени фильтра в измерительном канале.Идентификация выполняется с помощью анализа реакции навходной скачок в замкнутом или разомкнутом контуре (по выбору пользователя).
Рекомендуется вариант в разомкнутом контуре. После того как пользователь нажимает кнопку «Старт», входной и выходной сигнал отображаются на экране компьютера.Имеются некоторые возможности предварительной обработки собранных данных. К ним относятся удаление грубых ошибокизмерений и выбросов, связанных с импульсными помехами, атакже цифровая фильтрация. Это позволяет выполнять эксперименты в реальных условиях индустриального окружения.После предварительной обработки данных Protuner выполняет расчёт частотной характеристики объекта, которая можетбыть отображена в виде диаграммы Боде, Найквиста или Никольса. Отображаются также статический коэффициент передачи, постоянные времени и транспортная задержка, частота ω180и период T180.Параметры ПИДрегулятора вычисляются по частотным характеристикам.
Сначала вычисляются постоянная интегрирования и постоянная дифференцирования, затем на основе заданного запаса по фазе и усилению вычисляется пропорциональный коэффициент регулятора.СТА 1/2008© 2008, CTA Тел.: (495) 2340635 Факс: (495) 2321653 http://www.cta.ruВ ЗАПИСНУЮ КНИЖКУ ИНЖЕНЕРАКачество регулирования задаётся в виде понятий «сильнодемпфированная» переходная характеристика, «слабо демпфированная» и «быстрая» (с коэффициентом затухания 1/0,38).Protuner даёт разные коэффициенты регулятора для реакциина изменение уставки и нагрузки.Имеются средства для моделирования системы до записи параметров в ПИДконтроллер.
Могут быть также построены частотные характеристики замкнутой системы, которые позволяютоценить полученный запас по фазе и усилению.З АКЛЮЧЕНИЕДифференциальный член в ПИДрегуляторах всегда реализуется совместно с фильтром, иначе вместо производной на выходе дифференциатора получаются только шумы.
Интегральноенасыщение является одной из причин ухудшения качества переходного процесса, сильно отличающегося от расчёта по линейной модели регулятора. Запас устойчивости и робастностьявляются параметрами, о которых часто забывают, однако построение регулятора для ответственных применений невозможно без детального анализа этих параметров, что можно выполнить с помощью коммерческих программных пакетов для настройки ПИДрегуляторов.При формулировании критериев настройки ПИДрегуляторанеобходимо принимать во внимание реакцию не только на изменение уставки, но и на внешние возмущения.
Выбор критериевкачества регулирования должен исходить из смысла решаемойзадачи. Несмотря на давность разработки, множество недостатков и наличие большого количества новых методов настройки,попрежнему наиболее популярным является метод ЗиглераНикольса. Однако часто он используется только для генерацииначальных приближений параметров, которые затем уточняютсяметодами оптимизации и с помощью нечётких правил.Автоматическая настройка и адаптация являются самыми актуальными задачами при построении ПИДрегуляторов. Несмотря на большое количество коммерческих продуктов, остаётся много нерешённых проблем, связанных с качеством настройки, влиянием нелинейностей объекта управления ивнешних возмущений в процессе идентификации.
При автоматической настройке и адаптации используются те же методыидентификации и расчёта параметров регулятора, что и приручной настройке, однако они выполняются в автоматическомрежиме. Наиболее эффективны методы автоматической настройки с применением компьютера, временно включённого вконтур регулирования. Благодаря большой мощности процессора и отсутствию ограничений на объём программы появляется возможность создания программного средства с широкимисервисными свойствами и качественной математической обработкой.Обзор публикаций98Методы оценки запаса устойчивости и робастности для нескольких наиболее популярных методик настройки ПИДрегуляторов с объектом первого порядка с задержкой описаны в работе [14]; в [15, 16] предложен метод расчёта параметров дляобъекта произвольного порядка при заданной робастности системы; в [17] использованы генетические алгоритмы для расчётапараметров ПИДрегулятора при заданных робастности и запасе устойчивости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
