Параметрично-структурні методи підвищення якості систем регулювання промислових об"єктів - Автореферат

Незважаючи на здобутки теорії керування (оптимальна лінійна фільтрація Вінера-Калмана, системи з нечіткою логікою, нейромережеві технології, генетичні алгоритми оптимізації, тощо), з ряду причин техніко-економічного характеру, промислові АСР будуються на основі лінійних типових алгоритмів регулювання. Якість систем регулювання промислових обєктів може бути суттєво підвищена за допомогою розробки ефективних методів їх розрахунку, які забезпечували б екстремум прийнятого критерію оптимальності при забезпеченнях заданого запасу стійкості, тобто повинна бути розвязана задача параметричного синтезу як одноконтурних систем, так і систем зі складнішою структурою, зокрема, каскадних. Для досягнення поставленої мети необхідно розвязати такі задачі: - удосконалити метод параметричного синтезу автоматичних систем з ПІ-та ПІД-алгоритмами регулювання на основі багатокритеріального підходу, з поширенням його на системи з цифровими регуляторами і на цій основі розробити інженерні методики синтезу, придатні для широкого класу промислових обєктів; Наукова новизна одержаних результатів: - вперше запропоновано узагальнений метод синтезу неперервних і цифрових систем з (ПІ-ПД)-алгоритмом, що ґрунтується на вимогах багатокритеріального оптимуму та додатково уведених критеріях якості, який дає змогу уникнути неоднозначності у визначенні параметрів регулятора і створити інженерну методику синтезу таких систем з підвищеною якістю регулювання; вперше отримано аналітичні вирази для визначення параметрів настроювання неперервних та цифрових регуляторів і показників якості систем шляхом апроксимації розрахункових табличних даних за методом найменших квадратів, що значно спрощують визначення характеристик систем з урахуванням динамічних властивостей обєкта ще на стадії проектування і можуть бути використані при розробленні адаптивних систем;В системах із запізнюючим аргументом вказані критерії набувають значень, близьких до максимальних, при розміщенні домінуючих полюсів (полюси, зміна розміщення яких найбільше впливає на згадані критерії), що відповідає вимогам: (3) де m-кореневий показник коливності, - частота власних коливань системи, - число домінуючих коренів, - ціла частина від . Недоліком цього методу, в тому вигляді, який був запропонований Шавровим А.В., є нерозвязане питання обґрунтованого вибору розрахункового значення m, яке при заданому запізненні ? і сталій часу обєкта Т визначає параметри настроювання, запаси стійкості і показники якості системи. У другому розділі здійснено параметричний синтез неперервних та цифрових автоматичних систем з ПІ-регуляторами і обєктами першого та другого порядків із запізненням, розроблено інженерну методику синтезу таких систем. Як показав порівняльний аналіз характеристик систем з ПІ-регуляторами, отриманих при різних методах їх розрахунку, найвища якість системи може бути досягнута при її розрахунку за методом багатокритеріальної параметричної оптимізації. При застосуванні методу багатокритеріального оптимуму ключовим питанням є вибір розрахункового значення , яке при заданому обєкта визначає параметри настроювання, запас стійкості та показники якості системи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертаційній роботі розвязано наукову задачу удосконалення відомих та розробки нових методів параметричного синтезу автоматичних систем, які мають різну структуру і працюють за різними алгоритмами, завдяки підвищенню якості настроювання регуляторів, що дало змогу покращити характеристики промислових автоматичних систем. В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень отримані такі наукові та практичні результати: 1. Удосконалено метод багатокритеріального оптимуму за допомогою уведення додаткових критеріїв якості та використання поняття еквівалентного регулятора і умов відсутності пульсацій, що дало можливість на основі єдиного підходу ефективно розвязати задачі синтезу не лише неперервних, але й цифрових автоматичних систем, побудованих за різними структурами та алгоритмами регулювання, за умов статистичної невизначеності збурень.

2. Вперше розроблено метод параметричного синтезу неперервних і цифрових систем з (ПІ-ПД)-алгоритмом регулювання, що ґрунтується на вимогах багатокритеріального оптимуму та додатково уведених критеріях якості, який забезпечує істотно вищу якість регулювання, порівняно з традиційними АСР, побудованими на основі ПІ- та ПІД-регуляторів (при відпрацюванні завдання максимальне динамічне відхилення регульованої величини, у порівнянні з неперервними системами з ПІ- та ПІД-регуляторами, зменшується на 33% і на 31.8% та час регулювання зменшується на 50% і 43% відповідно), і характеризується малими значеннями регулюючої змінної та низькою чутливістю до варіацій параметрів обєкта.

3. Вперше розроблено новий метод параметричного синтезу каскадних систем з послідовно-паралельною корекцією у внутрішньому та зовнішньому контурах за рахунок уведення додаткових відємних зворотних звязків, який ґрунтується на основі багатокритеріального підходу, що дало можливість створити нову структуру і покращити якість систем (порівняно з традиційною КАСР час регулювання по завданню скорочується на 40% в контурі корекції і на 36.3% в контурі стабілізації; максимальне динамічне відхилення, зменшується на 11.5% в контурі корекції і на 11.7% в контурі стабілізації), суттєво зменшити максимальні значення регулюючої змінної і чутливість до варіацій параметрів обєкта (чутливість для процесів відпрацювання завдання, порівняно з традиційною КАСР, зменшується на 37.25% в контурі корекції і майже у 2 рази в контурі стабілізації).

4. Для систем з цифровими регуляторами запропоновано методи та методики, які дають змогу розвязати задачу синтезу не тільки при заданому значенні періоду дискретності, але й тоді, коли його необхідно визначати у процесі розрахунку. Синтез цифрових систем здійснюється з використанням поняття еквівалентного неперервного регулятора і умови відсутності пульсацій, що викликаються квантуванням сигналів у часі. Показано, що в цифрових системах може бути забезпечена якість регулювання, практично не гірша, ніж у неперервних системах при помірних вимогах до швидкодії процесора і виконавчого механізму.

5. Отримано аналітичні вирази для визначення параметрів настроювання, показників якості та запасів стійкості неперервних і цифрових автоматичних систем з ПІ-, ПІД- та (ПІ-ПД)-алгоритмами регулювання шляхом апроксимації розрахункових табличних даних за методом найменших квадратів, що дають змогу значно спростити процеси проектування, налагодження та експлуатації промислових автоматичних систем, які працюють при сталих параметрах, а також можуть бути використані при розробці адаптивних систем.

6. Розроблено нові інженерні методики параметричного синтезу і аналізу неперервних та цифрових одноконтурних систем з ПІ- та ПІД-регуляторами, які ґрунтуються на використанні графіків та відповідних аналітичних виразів, що дають змогу ще на стадії проектування визначити параметри настроювання регуляторів, оптимальні за співвідношенням “динамічна точність-запас стійкості”, а також за комплексом показників якості з урахуванням запасу стійкості. Запропоновані методики придатні для широкого класу статичних і астатичних обєктів, забезпечуючи при цьому значне покращення якості регулювання.

7. Розроблено програмне забезпечення за допомогою пакету компютерної алгебри Maple, яке дає змогу ефективно розвязувати задачі синтезу неперервних і цифрових автоматичних систем, побудованих за різними структурами, що містять різноманітні математичні моделі обєктів та алгоритми функціонування регуляторів.

8. Наукові і практичні результати дисертаційної роботи впроваджено у ТОВ “Мікрол” (м. Івано-Франківськ) при удосконаленні алгоритмічного та програмного забезпечення мікропроцесорних контролерів, що виробляються на підприємстві та у ВАТ “ЛЬВІВОРГРЕС” при модернізації систем автоматики на другому енергоблоці Запорізької ТЕС.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Іванюк О.О. Параметричний синтез АСР з неперервним та цифровим ПІ-ПД-алгоритмом регулювання / О.О Іванюк, І.М. Ковела, П.В. Рудяк // “Сборник научных трудов национального горного университета”. Дніпропетровськ: Національний гірничий університет України, 2004. Т. 2, № 19. С. 148-156.

2. Іванюк О.О. Каскадні автоматичні системи регулювання з послідовно-паралельним корегуванням / О.О Іванюк, І.М. Ковела // Вісник “Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація”. Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2005. № 537. С. 122-131.

3. Іванюк О.О. Інженерна методика синтезу автоматичних систем з ПІД-регуляторами / О.О Іванюк, І.М. Ковела // Вісник “Вимірювальна техніка та метрологія”. Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2008. № 69. С. 43-51.

4. Іванюк О.О. Експрес-методика параметричного синтезу і аналізу систем з (ПІ-ПД) алгоритмом регулювання / О.О. Іванюк // Вісник “Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація”. Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2008. № 617. С. 138-144.

5. Іванюк О.О. Методика синтезу автоматичних систем з ПІ-регулятором / О.О. Іванюк // Збірник наукових праць “Компютерні технології друкарства”. Львів: Українська академія друкарства, 2008. № 19. С. 47-56.

6. Іванюк О.О. Оцінка якості одно- та двоконтурних автоматичних систем регулювання / О.О Іванюк, І.М. Ковела, П.В. Рудяк // Вісник “Автоматика, вимірювання та керування”. Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2005. № 530. С. 3-13.

7. Іванюк О.О. Параметричний синтез каскадних автоматичних систем регулювання у просторі параметрів настроювання регуляторів / Ковела І.М., Іванюк О.О. // Вісник “Компютерні науки та інформаційні технології”. Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2005. № 543. С. 46-57.

8. Іванюк О.О. Синтез цифрових каскадних АСР у просторі параметрів настроювання регуляторів / О.О Іванюк, І.М. Ковела // Вісник „Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація”. Львів: Національний університет „Львівська політехніка”, 2004. № 506. С. 207-218.

9. Дудикевич В.Б. Багатокритеріальна параметрична оптимізація автоматичних систем регулювання з реальними ПІД-регуляторами / В.Б. Дудикевич, І.М. Ковела, Л.В. Мороз, О.О. Іванюк // Автоматика-2000: матер. міжн. конф. з управління. Львів, 2000. С. 158-163.

10. Іванюк О.О. Параметричний синтез регуляторів для каскадних автоматичних систем регулювання / О.О Іванюк, І.М. Ковела // Контроль і управління в складних системах: VIII міжнар. наук.-техн. конф., 24-27 жовтня 2005р.: тези доп. Вінниця, 2005. С.3.

11. Іванюк О.О. Експрес-методика параметричного синтезу і аналізу систем з (ПІ-ПД) алгоритмом регулювання / О.О Іванюк, І.М. Ковела // Автоматика-2006: 13 міжнар. наук.-техн. конф. з автоматичного управління, 25-28 вересня 2006р.: тези доп. Вінниця, 2006. С.44.