Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 62
Текст из файла (страница 62)
вается об атной св еле 3ийс авнени ' нное дискретное описание системы В пространстве состоян оянии 1ыло дано [уравнение (3.9)); с его помощью можно описать систем Одами и выхо писать систему с несколькивыходами Параметры системы обычно имеют ф "' поскольк ют физическую интерпрекольку уравнения выводятся на Основании уравне ОВ мас р внений аланса сил, мо° ассы или энергии.
Глава 6. Структуры уп, Рввле лл Модель в пространстве состояний представляет основу для проектиро 'аии„н ратной связи по переменным состояния системы с произвольным количест ц влив„и ных и выходных переменных ц(г) =М ц (х) — Е х(в) где М и Š— матрицы, а ц — опорное значение сигнала (рис. 6.27). (б.ц Рис. 6.27. Структура регулятора с обратной связью по переменным состояния В случае одной выходной переменной закон управления приобретает следующий в ПЯ = т и,Ю вЂ” 7Л . хЛ(Г) — 72. хЗ(б) — ... — 4л . хл(В) где т, )п ..., 1в — постоянные. В принципе, обратная связь по переменным состоял~ есть сумма выходных сигналов пропорциональных регуляторов — по одному сяпл лу на каждую переменную состояния.
Если переменная состояния неизвестна или ее нельзя непосредственно измерю то для нее применяется процедура либо косвенного вычисления, либо оценки (йл дел 3.5.2), результат которой включается в уравнение регулятора. Считая, что все переменные состояния измеряемы и известны, замкнутая синги с обратной связью по переменным состояния описывается следующим уравнен" евно х((й е 1)Ь) = Ф х(/й) -л Г.
~М . цс(бй) — Е х(ЙЬ)1 = =(Ф вЂ” Г Е) х(/й) л Г М-цс(lй) (б.бй ицы Мн" Матрицы Ф и Г зависят от вида процесса и не могут изменяться, а матрице ентаыв н"' можно настраивать. Выход регулятора остается постоянным между моме~ ллзмереню' борки и рассчитывается с помощью матричных операций над данными изм Р известными в момент лй. ейФ Гб Динамика замкнутой системы [уравнение (6.62)1 описывается матрицей Ф истелльл ' Собственные числа этой матрицы определяют динамические свойства сис числа ыеэв ратной связью.
Если система является управляемой, эти собственные чи. ю магри" произвольно изменить, настраивая параметры ре~улятора с помощью Р Точно так же, как и для регулятора, описанного отношением вход7вьл ход, двн~ чсские свой тв чс кис свойства замкнутой системы можно произвольно изменить, при у словщь кои ' .
я оп еде"' л Раш яюцлие сигналы не ограничены. Олнако и в этом случае имеются опрея пые практические ограничения, змеИ" С б ленные числа (полюса) управляемой технической сист ы можно изме 'о ст енные ляг'" о овс обратной связи по переменным состояния точно так же, как и у Ре мл .Ра: ., тели описанного отношением вход/вымол.
Разница заключается в то,, в тре ,лючение 277 ,, чаля е системы иногда позволяет более глубоко понять ее свойства и на их основе юнсанлле оответствуюгцую структуру регулятора. е,ззгл ,1 Заключение 6,1. ная связь имеет фундаментальное значение в любых системах управления ми. Основные выводы, касающиеся обратной связи, одинаковы и для аналоврлне „для дискретных систем. Аналоговый и дискретный линейные регуляторы ,нных и ~динаковую структуру, но разные значения параметров. С точки зрения пронмеют о „и„овация разные типы линейных регуляторов легко получаются как частные щьллллнрр мучая „н алгоритма оооощен ного регулятора.
леть два способа проектирования цифровых регуляторов. , Снщлала разрабатывается аналоговый регулятор, а затем строится его дискретная модель. ° Вначнле разрабатывается дискретная модель технического процесса, а затем на базе этой модели создается дискретный регулятор, В этой главе применялся в основном первый способ. Недостаток такого подхода включается в том, что требуемый интервал выборки получается меньше, чем при кносредственном проектировании дискретного регулятора. Ввжиеишей концепцией является упреждающее управление. Эта структура повоюет расширить и улучшить свойства регулятора, Например, в высокоточных серюнриводах применение этого подхода позволяет более строго придерживаться мериого значения.
В управлении процессами очень важно обеспечить как можно бннее Раннюю компенсацию измеряемых возмущений и изменений нагрузки. Вп н . ЛРллипилле, передаточная функция от опорного значения к выходной величине доланв ам - в иметь значительный коэффициент усиления во всем диапазоне рабочих частот. "еРедаточцая функция от возмущения к выходной величине — минимальное усивние. П ИД. Д Релулятор — это наиболее распространенная структура управления в пролщщленны нных системах.
Причина его популярности в том, что большинство процессов некио апп ппроксимировать динамической моделью невысокого порядка. ПИД-регулвгор, и е с Редставляющий собой систему второго порядка, дает практичное и недоро"'Решение, о ие, обеспечивая большую гибкость при работе в замкнутых системах рсгуниРовання. и .
Дискретный вариант ПИД-регулятора обладает дополнительными Ре" ллугдествам вами. Например, в дискретный регулятор значительно проще включают"'Ункции плавно плавного перехода и предотвращения режима интегрального насыще" кроме того, он о того, он обеспечивает необходимое качество фильтрации при регулиро- Р одной. При необходимости цифровой регулятор позволяет легко и произвол ной П виичить как ве,ичи ак величину управляющего сигнала, так и скорость его изменения.
Воз' я ое соединение ПИд-регуляторов, если несколько переменных взамо, "о каскадное сое вуют между собой сложным образом. днако ПИД ИД-регулятор не подходит для системы с более сложными динамичеси. Наиоолее очевидные проблемы возникают в системах с зонами не- ' "свойствам Н.
ности и запаздываниями, с ярко выраженной колебательной динамикой ' етвнтель Раметрами, меняющимися во времени екщенпый дискретный регулятор с пара, . Обе" ' ввляе, т не только справляться со всеми этим Роблемами, но и отвечает еше бо, ип 278 Глава б. СтРУктУРы УпРаа„, лее высоким требованиям. Программирование обобщенного дискретного регулю не вызывает затруднений.
сн ". Основная сложность заключается в подборе необхедк, а параметров. Обобщенный дискретный регулятор может включать как об1, ' связь по выходной переменной, так и контур упреждааошего управления по ев „' му значению и измеренным возмущениям. Если изменение параме ро тров процесса известно заранее, то применяется таблюи управление коэффициентом с фф нтом усиления. Для процессов с неопределенным измен параметров во многих случ аях подходят адаптивные регуляторы. Если динами темы имеет невысокий порядок, мо " порядок, можно использовать самонастраивающийся ПИд гулятор.
Рекомендации по дальнейшему чтению еорию управления, отличагошееся особым вниманием к и Полное введение в теори санию систем в пространстве стве состояний и цифровым моделям, дано в [Кпо,19а' Управление химич ческими процессами и применение различных структур упр, пения в деталях обсуждаются в [ЯеЬогр ~Еа!8аг/Ме!!ас авар, ! аи [ ер а роп!оз, 1988!1. [ЯЬ|пзйеу, 1996! рассматривает проблемы управления процесса. с практическойточки зрения. Дискретные системы управления подробно оп исаны в [ з!гбап/'акга!гели!а!, и в [Ггапй!ап/Рваче!!/%огйшап,! 990[. Эти книги можно использовать как спраа! ники и и определении интервала выборки для ПИД-регуляторов.
Регулятор с ка ники при оп пенсацией запаздывания был впервые описан в [Бппт, в [БпптЬ, 19571. метом интенсивных исследоваа Системы адаптивного управления были предм Ь, 19951 под обно описыи в течение после и д оследних десятилетий. [!аз!гоп!/Ъ'аг!еппаагк, 1 р аазтгбощ Н" !ппс[, 1988[ прелсга! теорию и применение адаптивных регуляторов, [аазтгбощ/ а88 пп, ст аивающихся света" лает собой практичное и понятное описание работы самона тр Комбинационное и последовательностное управление Управление на основе переключательных схем. Аппаратные и программные средства. Программируемые логические контроллеры ОбзоР Ота глава посвящена бинарному комбинационному и последовательностному , е, управление порядком) управлению.
В промышленности существует большое ;раячество приложений, использующих переключательные схемы для комбинаци- ааваго и последоватсльностного управления. Этот тип управления уже упоминался !других разделах книги. Например, простые последовательностные сети были рас- еютреиы в главе 2 и в разделе 3.7, гле обсуждались некоторые принципы моделиро- аания с помощью последовательностного управления. Теория переключательных ~!ем, составляющая основу бинарного управления, используется не только в техно- !а!ив автоматизации, но и во многих других областях. Именно эта теория лежит а асвове работы цифровых ЭВМ. В общем случае бинарное комбинационное и по- ыедовательиостное управление проще, чем традиционное аналоговое или цифровое гкравление с обратной связью, потому что использует как для измеряемых величин, ак и для управляющих сигналов бинарные значения.
Однако бинарное управление "кеег свои особенности, которые будут рассмотрены более подробно. 'аогические схемы традиционно реализовывались на основе разных технологий— аа с~редины !970-х годов большинство схем строилось на базе электромехани- аасквх к"х Реле или пневматических элементов, в 1970-е годы получили широкое ааск о. Рогтранение программируемые логические контроллеры, и сегодня последова- 'ааьностн "остное управление реализуется почти исключительно программными сред- пааии. Н и Несмотря на изменения в технологии, символическое изображение операций а!Реал!оке 'очения с помощью принципиальных схем, которое восходит к ранней релей- ная техник, ике, до сих пор используется для описания и документирования операций а'саедовате ккый тиц ательностного управления, в том числе и реализуемого программно.
Другой 'гиц языка, который можно использовать не только для описания, но и как !трумен У ит документирования — это функциональные карты и теории переключате ьных схем иосиовиыелоги еские вентили рассма' сионы те разделе 7,1. Принци! аиальиые схемы как средство описания комбинаци- ,'ааются в кого и и ""о и послеловательиостного Управления обсуждаются в разделе 7.2. Раз ел 7.3 каком вдел и посвящен программируемьам ло!'ическим контроллерам В Разделе7А ~тавлены функциональные языки и Функциональные карты как средство для сания бинарных последовательностей Кроме того, функциональные карты можпользовать для описания паралле" ьнь' "Ро'!вссов Глава заканчивается приме"Римевеиия функциональных каРт для Решения залачи промышленного управ- ака 281 280 Глава 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
