WO2007040425A1 - Procede d'auto-reglage d'un systeme de commande d'objets et dispositif de mise en oeuvre de ce procede - Google Patents

Procede d'auto-reglage d'un systeme de commande d'objets et dispositif de mise en oeuvre de ce procede Download PDF

Info

Publication number
WO2007040425A1
WO2007040425A1 PCT/RU2006/000515 RU2006000515W WO2007040425A1 WO 2007040425 A1 WO2007040425 A1 WO 2007040425A1 RU 2006000515 W RU2006000515 W RU 2006000515W WO 2007040425 A1 WO2007040425 A1 WO 2007040425A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
control
output
unit
input
block
Prior art date
Application number
PCT/RU2006/000515
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Valeriy Ivanovich Goncharov
Vladislav Aleksandrovich Rudnitskiy
Aleksey Sergeevich Udod
Original Assignee
ZAKRYTOE AKTSIONERNOE OBSCHESTVO 'EleSi'
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZAKRYTOE AKTSIONERNOE OBSCHESTVO 'EleSi' filed Critical ZAKRYTOE AKTSIONERNOE OBSCHESTVO 'EleSi'
Publication of WO2007040425A1 publication Critical patent/WO2007040425A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/048—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators using a predictor

Definitions

  • the invention relates to the field of automatic control and regulation of various objects, in particular to the field of adaptive systems and methods of automatic control with a test non-periodic signal.
  • the invention can be used in systems for regulating technological parameters in the metallurgical, chemical, energy, oil and gas processing, food and other industries.
  • a known method of self-tuning of automatic control systems based on the receipt and use of the reaction of the control object as a whole to the trial effects [1].
  • the specified method of self-tuning consists of two stages. At the first stage, preliminary identification of the dynamic properties of the control object is carried out, determining the approximate values of the adjustable coefficients of the controller by generating a test harmonic signal. At the second stage, the dynamic properties of the control object are identified by supplying a test step signal to the control object and specifying the values of the controller coefficients.
  • the method has known limitations and disadvantages, in particular the following.
  • this method of adjusting the regulator such an indirect parameter of the quality of the system as an indicator of oscillation is used as the main parameter, however, in general, the method does not allow to achieve high tuning accuracy.
  • This method of optimal automatic tuning of the control system consists in translating the closed-loop control system into open mode, applying a test signal to the input of the object, measuring the parameters of the transient process, determining the parameters of the adopted model of the control object from them, determining the optimal controller settings from the model parameters and translating systems with optimal settings in the operating mode.
  • a step signal with adjustable amplitude and polarity is used as a test signal.
  • the specified method improves the quality of self-tuning and regulation. But the basic analytical relations used in it, connecting the root frequency and time parameters of the system, are very approximate and, therefore, the system’s tuning with respect to the most important parameters - overshoot and regulation time is also very approximate, which reduces the accuracy of the method.
  • the optimal automatically adjusting general industrial regulator (OAOP regulator) [1] which includes a control object, a mode control unit, a preliminary identification unit, a parameter estimation unit, and a settings calculation unit.
  • OAOP regulator general industrial regulator
  • Each of the three possible modes of operation of the OAOP controller is determined by the position of the switch slider.
  • a disadvantage of the known controller is the implementation of a lengthy two-stage self-tuning procedure. At the same time, the adjustment of the controller does not provide sufficient accuracy, being quite approximate by virtue of the adoption of a number of assumptions in obtaining design ratios.
  • ANAP controller which includes a control object, a derivative evaluation unit, a parameter evaluation unit, a settings calculation unit, a mode control unit.
  • ANAP regulator can operate in one of three modes: manual control; automatic adjustment of controller parameters; automatic regulation.
  • This controller does not have a two-stage setup procedure, however, it has the drawbacks of the controller [1], which do not allow to increase the accuracy and speed of automatic system settings.
  • the closest in technical essence and the achieved result to the claimed self-adjusting control system of an object is a control system that implements a method of optimal automatic tuning of the control system [4].
  • the well-known self-adjusting system for controlling an object contains a serially connected device for comparing a driving signal and a feedback signal, a key, a regulator, an adder and a control object output connected to a device for comparing a driving signal and a feedback signal, as well as a block for calculating the optimal settings, the output connected to controller, and a block for generating a test signal and identification of parameters, the output of which is connected to the input of the optimal settings calculation unit.
  • the input of the test signal generation and parameter identification unit is connected with the output of the control object and the input of the comparison device signal and feedback signal.
  • the unit for generating a test signal and parameter identification includes a control unit and a unit for obtaining parameters of the control object.
  • the main task solved by the claimed group of inventions is to create a method for self-tuning the object control system and device for its implementation, which can improve the accuracy of self-tuning by using a non-parametric form of representing signal models, the system and its elements. At the same time, an increase in the speed of self-tuning of the object control system is achieved by reducing the amount of computation.
  • the problem is solved in that in the method of self-tuning the control system of the object, based on the supply of a control action on the object, determining the parameters of the model of the control object based on its response to the control action and calculating the values of the adjustable parameters of the control system, determine the numerical characteristics of the input and output signals control object, which find the transfer function of the model of the control object, form the model of the reference control system in the form of transfer functions based on predetermined indicators, and customizable control system parameters are determined based on the transfer function of the control object model and the transfer function of the model of the reference control system iteratively with respect to the structure and parameters of the control system according to the quality indicators of the transition process of the system, while all the transformations are carried out on the basis of the real interpolation method (VIM).
  • VIM real interpolation method
  • the reference model of the control system be formed on the basis of system quality indicators predefined by the operator.
  • a non-periodic test signal can be stepwise or linearly increasing. It is advisable to determine the adjustable parameters of the control system based on the transfer functions of the models of the control object and the reference model of the control system, presented in nonparametric form.
  • the adjustable parameters of the control system are determined on the basis of the transfer functions of the models of the control object and the reference model of the control system iteratively with respect to the structure and parameters of the custom control system until the specified coincidence of the reference and custom control system is achieved.
  • the achievement of a given coincidence of the reference and custom systems is optimally fixed according to the criterion of overshoot with the minimum complexity of the control system.
  • the device for implementing the method of self-tuning the object control system contains a control object, a regulator, a device for comparing the driving signal and the feedback signal, one of the inputs of which is connected to the output of the control object, the optimal settings calculation unit, the first output connected to the first the input of the controller, the block receiving the model of the control object, the output connected to the first input of the block calculating the optimal settings, the self-tuning loop control unit and the adder connected by inputs to the controller output and the first output of the self-tuning loop control unit, and the output connected to the control object.
  • New is that in the device for implementing the method, a unit for obtaining a numerical characteristic of the input signal of the control object, a block for obtaining a numerical characteristic of the output signal of the control object and a unit for constructing a reference model of the system, one of the inputs connected to the output of the control unit of the self-tuning circuit, the input of which is connected to the second output of the optimal settings calculation unit, and the output of the building block of the reference model of the system is connected to the second input of the optimal settings calculation unit
  • the input, output and output of the control object are connected to the control unit model obtaining unit, respectively, through the unit for obtaining the numerical characteristic of the control object input signal and the control unit for obtaining the numerical characteristic of the control object output signal, and the regulator is connected to the output of the device for comparing the driving signal and the feedback signal communication, while the second and third inputs of the building block of the reference model of the system are intended to be connected to the sources of setting the quality indicators of the system and the type of controller, and the second input of
  • the self-tuning loop control unit is implemented as a series-connected key and a probe signal generator, wherein the output of the probe signal generator is the first output of the self-tuning loop control unit, the key input is the input of the self-tuning loop control unit, and the key output is the second output of the loop control unit samona- construction sites.
  • the unit for obtaining the numerical characteristic of the input signal of the control object is expediently performed with an analog-to-digital converter, a recording and filtering unit for sampling and a unit for calculating the value of the numerical characteristic of the input signal, the input of the analog-to-digital converter being the input of the block for obtaining the numerical characteristic of the input signal of the object control, and the output of the unit for calculating the value of the numerical characteristic of the input signal is the output of the unit numerical characteristics of the input signal of the control object.
  • the unit for obtaining the numerical characteristics of the output signal of the control object is preferably performed containing a series-connected analog-to-digital converter, a recording, filtering and storage unit for sampling and a unit for calculating the values of the numerical characteristics of the output signal, while the input of the analog-to-digital converter is the input of the block for obtaining the numerical characteristics of the output signal of the object control, and the output of the unit for calculating the value of the numerical characteristic of the output signal is the output unit for obtaining a numerical characteristic of the output signal management project.
  • the control object model obtaining unit is expediently implemented as a series-connected unit for calculating the transfer function coefficients of the control object model, the transition object calculation unit for the control object model and the comparison unit, while the inputs of the coefficient transfer coefficient calculation unit for the control object model are the inputs of the object model obtaining unit control, and the output of the comparison block is the output of the block receiving the model of the control object.
  • the optimal settings calculation unit is optimally performed by containing the controller coefficient coefficients calculation unit, the control system coefficient calculation unit, the control system transition characteristic calculation unit, the comparison unit and the key, the output of which is the second output of the optimal settings calculation unit, as well as the results storage unit, the output of which is the first output of the optimal settings calculation unit, and the input is connected to the output of the comparison unit and to the key input, while input
  • the odes of the controller coefficient calculator are the first and second inputs of the optimal settings calculator.
  • the claimed invention allows for not only parametric, but also structural self-tuning of the regulator.
  • the set parameters of the system can be used in the indicators of the quality of the system that are most understandable to the operator - overshoot, the transition process establishment time (regulation time), maximum slew rate and others.
  • FIG. 1 shows a functional diagram of a self-adjusting object control system according to the proposed method
  • FIG. 2 self-tuning loop control unit
  • FIG. 3 is a block for constructing a reference model of the system
  • FIG. 4 - a block for obtaining a numerical characteristic of the input signal
  • FIG. 5 is a block for obtaining a numerical characteristic of the output signal
  • FIG. 6 is a block for obtaining a model of the control object
  • FIG. 7 is a block for calculating optimal settings
  • FIG. 8 is a transient graph of a control object and a model of a control object
  • FIG. 9 is a transient graph of a model of a reference system
  • FIG. 10 are graphs of the transient characteristics of the model of the reference system and the calculated transient characteristics of the model of the control system, on FIG. And - graphs of the transition characteristics of the reference model of the system and the customized model of the control system.
  • a self-adjusting object control system which implements the proposed method for self-tuning an object control system, comprises a control object 1, a controller 2, a device 3 for comparing a driving signal and a feedback signal, one of the outputs of which is connected to the output of the control object 1, unit 4 for calculating optimal settings, the first output connected to the first input of controller 2, unit 5 for obtaining a model of the control object, output connected to the first input of unit 4 for calculating optim lnyh settings loop self-tuning control unit 6 and an adder 7.
  • the adder 7 inputs connected to the output control circuit 2 and the first output control unit 6 bootstrapping and output associated with the control object 1.
  • the self-adjusting control system of the object also contains a block 8 for obtaining a numerical characteristic of the input signal of the control object 1, a block 9 for obtaining a numerical characteristic of the output signal of the control object 1, and a block 10 for constructing a reference model of the system, one of the inputs of which is connected to the output of the block 6 for controlling the self-tuning circuit.
  • the input of the self-tuning loop control unit 6 is connected to the second output of the optimal settings calculating unit 4.
  • the output of block 10 for constructing a reference model of the system is connected to the second input of block 4 for calculating optimal settings.
  • the input and output of the control object 1 are connected to the block 5 for obtaining the model of the control object, respectively, through the block 8 for obtaining the numerical characteristics of the input signal of the control object and the block 9 for obtaining the numerical characteristics of the output signal for the control object, and the controller 2 is connected to the second input with the output of the device 3 comparing the driving signal and the feedback signal.
  • the second and third inputs of block 10 for constructing a reference model of the system are intended to be connected to sources for specifying system quality indicators and specifying the type of controller that are external devices.
  • the second input of the device 3 comparing the driving signal and the feedback signal is intended to be connected to the source of the driving signal, which is an external device.
  • Block 6 control loop self-tuning (Fig. 2) contains a series-connected key 11 and the generator 12 of the test signal.
  • the output of the probe signal generator 12 is the first output of the self-adjusting loop control unit 6, the input of the key 1 1 is the input of the self-adjusting loop control unit 6, and the output of the key 11 is the second output of the self-adjusting loop control unit 6.
  • Block 10 to build a reference model of the system contains a series-connected block 13 for calculating the coefficients of the reference model of the system, block 14 for calculating the transition characteristics of the reference model and block 15 for storing the results, the output of which is the output of block 10 for building the reference model of the system, block 16 for setting indicators, the input of which is the first input of block 10 for constructing a reference model of the system.
  • the output of the unit 16 for correction of the specified indicators is connected to the input of the unit 13 for calculating the coefficients of the reference model of the system, the inputs of the unit 13 for calculating the coefficients of the reference model of the system are the second and third inputs of the unit 10 for constructing the reference model of the system.
  • Block 8 for obtaining a numerical characteristic of the input signal of the control object contains a series-connected analog-to-digital converter 17, a block 18 for recording and filtering samples and a block 19 for calculating the magnitude of the numerical characteristic of the input signal.
  • the input of the analog-to-digital Converter 17 is the input of block 8 for obtaining the numerical characteristic of the input signal of the control object
  • the output of block 19 for calculating the value of the numerical characteristic of the input signal is the output of block 8 for obtaining the numerical characteristic of the input signal of the control object.
  • the block 9 for obtaining the numerical characteristic of the output signal of the control object contains a series-connected analog-to-digital converter 20, a block 21 for recording, filtering and storing the sample and a block 22 for calculating the magnitude of the numerical characteristic of the output signal.
  • the input of the analog-to-digital converter 20 is the input of the block 9 for obtaining the numerical characteristics of the output signal of the control object
  • the output of the block 22 for calculating the values of the numerical characteristics of the output signal is the output of the block 9 for obtaining the numerical characteristics of the output signal of the control object.
  • Block 5 obtain the model of the control object (Fig. 6) contains series-connected block 23 for calculating the coefficients of the model of the control object, block 24 for calculating the transition characteristics of the model of the control object and block 25 for comparison.
  • the inputs of the block 23 for calculating the coefficients of the model of the control object are the inputs of the block 5 for obtaining the model of the control object, and the output of the block 25 for comparison is the output of the block 5 for obtaining the model of the control object.
  • the optimal settings calculation unit 4 (Fig. 7) contains in series the controller coefficient calculation unit 26, the control system coefficient calculation unit 27, the control system transition characteristic calculation unit 28, the comparison unit 29 and the key 30, the output of which is the second output of the optimal calculation unit 4 settings.
  • the optimal settings calculation unit 4 also includes a result storage unit 31, the output of which is the first output of the optimal settings calculation unit 4, and the input is connected to the output of the comparison unit 29 and to the input of the key 30.
  • the inputs of the controller coefficient calculation unit 26 are the first and second inputs of the optimal settings calculation unit 4.
  • the user sets the adequacy requirement in the form of a numerical value of the adequacy criterion for the transition characteristic of the control object model to its experimental characteristic.
  • This value is entered into the comparison block 25 of the block 5 for obtaining the model of the control object and is used in the future to evaluate the result obtained in the identification.
  • the control system is switched to the open state, for which the comparison device 3 is turned off and the controller 2 is transferred to the broadcast mode at its output of the input signal u (t), the value of which in this mode must be equal to zero.
  • test non-periodic signal U n p is supplied to the input of the control object 1 through the comparison device 7 from the output of the probe signal generator 12, switched by the key 11 of the self-tuning loop control unit 6, a test non-periodic signal U n p is supplied. It can be stepped linearly
  • the signal polarity depends on the current state of the control object and, like its amplitude, must fit into the framework of the permissible norms of the technological process occurring in the control object.
  • the amplitude of the signal can be equal to the nominal value of the input signal of the object or make up a fraction of it, for example, 5-10%.
  • an output signal characterizing the transient process y (t) appears at the output of the control object 1.
  • the input and output signals of the control object 1 U np and y (t) are given
  • the result is respectively sent to block 19 for calculating the magnitude of the numerical characteristic of the input signal and block 22 for calculating the magnitude of the numerical characteristic of the output signal, which are elements of the corresponding blocks 8 and 9 for obtaining numbers - the total characteristics of the input and output signals.
  • the output signals of blocks 8 and 9 are fed to the inputs of the coefficient calculation unit 23 of the control object model included in the control object model receiving block 5, in the form of a transfer function with a pattern of a given order.
  • the coefficients of the transfer function are calculated, which then go to block 24 to calculate the transition characteristic of the model of the control object.
  • the obtained characteristic is checked for its experimental adequacy, stored in block 21 of block 9 for obtaining the numerical characteristics of the output signal. If the model does not satisfy the adequacy requirement, then the modeling process is repeated in block 23 for calculating the coefficients of the control object model with an increased order of the model transfer function template.
  • the transition characteristic is calculated in block 24 the transition characteristic of the model of the control object and checking its adequacy to the experimental characteristic in the comparison block 25. If the result is unsatisfactory, the modeling procedure is repeated with a less stringent adequacy criterion, starting with a simple transfer function template in block 23. If the result is also in this If unsatisfactory, then the identification procedure is repeated from the stage of supplying to the input of the test object non-periodic signal U n beauand, further, in the given order.
  • the next stage begins by entering into block 10 the desired quality indicators presented to the system — overshoot and regulation time, on the basis of which, in the coefficient calculation block 13 of the system model model, the transfer function coefficients of the system model are calculated and the system transfer standard function is obtained.
  • the values of the coefficients of this function enter block 14 for calculating the transient response of the reference model of block 10, in which the transient response of the reference system is calculated, which comes in the form of a numerical sample to the block 15 for storing the results of block 10 for constructing the reference model of the system.
  • information is also entered about the type of controller with which the entire control system will be controlled. This information and the values of the required quality indicators are stored in the storage unit 15 of the results in the form of numerical values.
  • the type of the transfer function of the controller and the value of its coefficients are determined.
  • block 26 calculating the coefficients of the control model, which is part of block 4 for calculating the optimal settings, the calculated coefficients of the control object from block 5 and data on the desired type of controller from block 10 are received. Further, in the block 26 for calculating the coefficient of the controller based on this data, the tuning of the coefficient of the controller takes place, the values of which are sent to the block 27 for calculating the coefficients of the control system, in which, based on the values of the coefficient of the controller and the transfer function of the control object, the control system is synthesized.
  • the found transfer function coefficients of the control system are sent to the control system transient response calculator 28, and then the result is compared with the standard stored as a sample in the results storage block 15 of block 10 and evaluated for compliance with the quality indicators of the system stored as numerical values in block 15
  • a new iteration of the calculation of the coefficients of the controller and the coefficients of the control system called parametric tuning with tem. If the parametric adjustment does not bring the desired results, in the block 26 of the calculation of the coefficients of the controller is an increase in the order of the structure of the controller. This procedure is the structural setting of the system, followed by the parametric setting described above.
  • the key 30 included in block 4 is triggered, the signal from which is fed to the self-tuning loop control block 6, the key 11 of which sends a signal to the result correction block 16 of the given parameters of block 10, which increases the desired transition time and initiates the recalculation new model reference system. Further, the procedure for calculating the controller coefficients is repeated until a satisfactory result is obtained from the point of view of overshoot and the regulation time corrected by the block 16.
  • the first is that the method allows you to customize systems with controllers of arbitrary order, including PID-type controllers as a special case.
  • the second feature is the implementation of two iterative procedures.
  • the first provides a parametric search for a solution, the second - structural.
  • the goal of structural iterations is to find the simplest possible regulator at which the set quality indicators can be achieved.
  • Such a technical solution minimizes computational costs and increases due to this accuracy, speed and reliability of the self-tuning loop and the system as a whole.
  • the coefficients of the controller that satisfy the set and adjusted indicators are recorded in the block 31 for storing the results of block 4, from where they are sent to the controller 2 for its reconfiguration.
  • the comparison device 3 begins to calculate the error of the mismatch between the input value of the input signal u (t) and the current output signal y (t) of the control object, that is, the system enters the regulated mode with the new calculated coefficients of controller 2.
  • the functions F ( ⁇ ) can be obtained by the formula of the direct ⁇ transformation (1), as well as by the Laplace images F (p). In the latter case, the result can be obtained by formally replacing the variable p by ⁇ e [C, ⁇ ], C> 0, considering the transformation (1) as a special case of the Laplace transform. This feature is especially important because it allows one to use the entire existing Laplace originals and images correspondence library created to date to obtain F ( ⁇ ).
  • the functions F ( ⁇ ) have graphical representations, which makes them and the actions on them more visual in comparison with the images F (p), which is important, for example, during commissioning.
  • VIM real interpolation method
  • the identification task is implemented in a parametric setting and includes the following steps:
  • Expression (5) defines the elements of the numerical characteristic ⁇ W oy ( ⁇ i ) ⁇ ⁇ , therefore, we can consider the model of the control object in nonparametric form to be found.
  • ⁇ y (t) y (t) - y m (t), where y m (t) is the transition characteristic of the control object model, y (t) is the experimental transition characteristic of the control object.
  • a max is the maximum allowable value of the criterion in relative units.
  • the remaining three coefficients bi, a 2 , a b are subject to determination; therefore, in block 8, according to the method described in [5], the book: V. Goncharov. Real interpolation method for the synthesis of automatic control systems. - Tomsk: Ed. TPU, 1995.
  • the task has two main stages. At the first, by the given quality indicators, for example, overshoot of ⁇ and the transition process establishment time, the elements of the numerical characteristic of the reference system (W ⁇ . (S 1 ) J 11 are determined. At the second stage, the coefficients of the desired transfer function are found.
  • the third, the last of the considered problems of adjusting the regulator, consists in calculating its parameters for which the system will have specified quality and accuracy indicators.
  • the initial data for its solution are the previously obtained transfer functions of the reference system in the open state and the control object.
  • the task of adjusting the controller is to solve the equation:
  • W ⁇ (p), W p (p), W oy (p) are the transfer functions of the desired (reference) closed system, controller, and system control object, respectively
  • K oc is the feedback coefficient equal to the inverse value of the closed transfer coefficient system.
  • the structural part consists in finding the parameters ⁇ , v of the transfer function of the controller
  • the coefficients calculated in this way allow you to get the transfer function of the controller and a closed custom system.
  • the properties of the system may not meet the requirements Well, for example, the value of the leading parameter of the system - overshoot - may go beyond the required limits. Therefore, a parametric adjustment of the solution is organized, which consists in changing, according to a certain rule, the values of the interpolation nodes.
  • the transfer function of the controller can be represented as:
  • the data goes to block 27, where, according to formula (11), there is the transfer function of the closed system and, further, to block 24, where its transition characteristic is located.
  • an iterative change in the value of the interpolation node occurs. At each iteration (l ... i), the numerical characteristics are calculated, and the unknown coefficient of the controller is found.
  • the data enters the control system coefficient calculation unit 27, where the transfer function of the closed-loop system is located, and, further, the transition characteristic calculation unit 24 of the control object model, where its transition characteristic is used to calculate the regulation.
  • three coefficients b 2 , bi, a 2 are subject to determination.
  • the inventive method of self-tuning and a device for its implementation can improve the speed of calculations and the accuracy of the system by using a non-parametric form for representing signal models, the system and its elements, reducing the amount of computation and implementing the system tuning algorithm for direct quality indicators.
  • the self-tuning method and device for its implementation can be widely used in the field of automatic control and regulation of various objects, in particular in the field of adaptive systems and automatic control methods with a trial non-periodic signal. Sources of information from the prior art

Description

СПОСОБ САМОНАСТРОЙКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
Область техники Изобретения относятся к области автоматического управления и регулирования различными объектами, в частности к области адаптивных систем и методов автоматического управления с пробным непериодическим сигналом.
Предшествующий уровень техники
Изобретения могут быть использованы в системах регулирования технологических параметров в металлургической, химической, энергетической, нефте- и газоперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности. Известен способ самонастройки систем автоматического управления, базирующийся на получении и использовании реакции объекта управления в целом на пробные воздействия [1]. Указанный способ самонастройки состоит из двух этапов. На первом этапе осуществляют предварительную идентификацию динамических свойств объекта управле- ния, определяя приближенные значения настраиваемых коэффициентов регулятора путем формирования пробного гармонического сигнала. На втором этапе идентифицируют динамические свойства объекта управления, осуществляя подачу пробного ступенчатого сигнала на объект управления и уточняя значения коэффициентов регулятора. Способ имеет известные ограничения и недостатки, в частности следующие. Во-первых, в нем необходимо выполнение длительной двухэтапной процедуры самонастройки. Во-вторых, настройка системы осуществляется в отношении косвенного показателя качества системы - степени устойчивости, который недостаточно характеризует как пере- ходный процесс, возникающий в системе, так и саму систему управле- ния. В-третьих, в нем используется приближенная настройка регулятора в силу принятия ряда допущений при получении расчетных соотношений. В-четвертых, возможности способа ограничены вычислением не более трех коэффициентов регулятора, тогда как на практике возникает необходимость в использовании более сложных законов управления, чем пропорционально-интегро-дифференциальный (ПИД).
Данные ограничения и недостатки способа снижают точность настройки системы и ее быстродействие.
Известен способ настройки регулятора действующих автоматиче- ских систем [2], в котором идентификацию объекта регулирования проводят по переходной характеристике замкнутой системы, полученной при подаче пробного ступенчатого сигнала на объект управления. В данном способе настройки регулятора в качестве основного параметра используется такой косвенный параметр качества системы как показа- тель колебательности, однако в целом способ не позволяет добиться высокой точности настройки.
Известен способ, предложенный в [3], основанный на подаче на вход объекта управления ступенчатого воздействия, формировании реакции объекта на ступенчатое воздействие и производной этой реакции. С помощью этих функций определяют параметры модели объекта управления, которые пересчитываются в оптимальные настройки ПИД регулятора. В данном способе отсутствует длительная двухэтапная процедура. В этом смысле он более совершенен по сравнению с предыдущими аналогами, но ему также присущи их основные недостатки, кото- рые не позволяют повысить точность и быстродействие автоматической настройки системы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому способу самонастройки системы управления объектом является «Cпocoб оптимальной автоматической настройки системы управления)) [4].
Данный способ оптимальной автоматической настройки системы управления заключается в переводе замкнутой системы управления в разомкнутый режим, подаче пробного сигнала на вход объекта, измере- нии параметров переходного процесса, определении по ним параметров принятой модели объекта управления, определении по параметрам модели оптимальных параметров настройки регулятора и переводе системы с оптимальными параметрами настройки в рабочий режим. В качестве пробного сигнала используется ступенчатый сигнал с настраивае- мой амплитудой и полярностью. В качестве измеряемых параметров переходного процесса, вызванного пробным сигналом, используются максимальное значение производной выхода объекта и момент времени его достижения, момент времени достижения производной определенной доли от максимального значения производной, а также момент времени, в который значение производной выхода объекта уменьшается до определенной доли от максимального значения производной.
Указанный способ повышает качество самонастройки и регулирования. Но использованные в нем базовые аналитические соотношения, связывающие корневые частотные и временные параметры системы, яв- ляются весьма приближенными и, поэтому, настройка системы в отношении наиболее важных параметров - перерегулирования и времени регулирования, является так же весьма приближенной, что снижает точность способа.
Известен оптимальный автоматически настраивающийся общепро- мышленный регулятор (регулятор OAOP) [1], включающий объект управления, блок управления режимами, блок предварительной идентификации, блок оценки параметров, блок вычисления настроек. Каждый из трех возможных режимов работы регулятора OAOP задается положением бегунка коммутатора. Недостатком известного регулятора является выполнение длительной двухэтапной процедуры самонастройки. При этом настройка регулятора не обеспечивает достаточной точности, являясь достаточно приблизительной в силу принятия ряда допущений при получении расчетных соотношений.
Известен автоматически настраивающийся адаптивный промышленный регулятор (регулятор АНАП) [3], включающий объект управления, блок оценки производной, блок оценки параметров, блок вычисления настроек, блок управления режимами. АНАП регулятор может ра- ботать в одном из трех режимов: ручного управления; автоматической настройки параметров регулятора; автоматического регулирования.
В данном регуляторе отсутствует двухэтапная процедура настройки, однако ему присущи недостатки регулятора [1], которые не позволяют повысить точность и быстродействие автоматической настройки системы.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой самонастраивающейся системе управления объектом является система управления, реализующая способ оптимальной автоматической настройки системы управления [4]. Известная самонастраивающаяся система управления объектом содержит последовательно соединенные устройство сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, ключ, регулятор, сумматор и объект управления, выходом подключенный к устройству сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, а также блок вычисления оптималь- ных настроек, выходом соединенный с регулятором, и блок формирования пробного сигнала и идентификации параметров, выход которого подключен к входу блока вычисления оптимальных настроек. Вход блока формирования пробного сигнала и идентификации параметров связан с выходом объекта управления и входом устройства сравнения задаю- щего сигнала и сигнала обратной связи. Блок формирования пробного сигнала и идентификации параметров включает блок управления и блок получения параметров объекта управления.
Недостатком данной самонастраивающейся системы управления объектом является недостаточная точность и быстродействие самонастройки системы, связанные с тем, что его настройка системы в отношении наиболее важных параметров - перерегулирования и времени регулирования, является весьма приближенной, что снижает ее точность.
Раскрытие изобретения
Основная задача, решаемая заявляемой группой изобретений, состоит в создании способа самонастройки системы управления объектом и устройства для его реализации, позволяющих повысить точность самонастройки за счет использования непараметрической формы представ- ления моделей сигналов, системы и ее элементов. При этом достигается также повышение быстродействия самонастройки системы управления объектом за счет уменьшения объема вычислений.
Поставленная задача решается тем, что в способе самонастройки системы управления объектом, основанном на подаче управляющего воз- действия на объект, определении параметров модели объекта управления на основе его реакции на управляющее воздействие и вычислении значений настраиваемых параметров системы управления, определяют численные характеристики входного и выходного сигналов объекта управления, по которым находят передаточную функцию модели объекта управ- ления, формируют модель эталонной системы управления в виде передаточной функции на основе заданных показателей, а настраиваемые параметры системы управления определяют на основе передаточной функции модели объекта управления и передаточной функции модели эталонной системы управления итерационным путем в отношении структуры и па- раметров системы управления по показателям качества переходного процесса системы, при этом все преобразования осуществляются на основе вещественного интерполяционного метода (ВИМ).
Целесообразно формирование эталонной модели системы управле- ния осуществлять на основе предварительно задаваемых оператором показателей качества системы. Оптимальна подача управляющего воздействие на объект в виде пробного непериодического сигнала.
Пробный непериодический сигнал при этом может быть ступенчатым или линейно-нарастающим. Настраиваемые параметры системы управления целесообразно определять на основе передаточных функций моделей объекта управления и эталонной модели системы управления, представленных в непараметрической форме.
Настраиваемые параметры системы управления при этом опреде- ляются на основе передаточных функций моделей объекта управления и эталонной модели системы управления итерационным путем в отношении структуры и параметров настраиваемой системы управления до достижения заданного совпадения эталонной и настраиваемой системы управления. Достижение заданного совпадения эталонной и настраиваемой систем оптимально фиксировать по критерию перерегулирования при минимальной сложности системы управления.
Поставленная задача решается также тем, что устройство для реализации способа самонастройки системы управления объектом содержит объект управления, регулятор, устройство сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, один из входов которого подключен к выходу объекта управления, блок вычисления оптимальных настроек, первым выходом подключенный к первому входу регулятора, блок получения модели объекта управления, выходом соединенный с первым входом блока вычисления оптимальных настроек, блок управления контуром самонастройки и сумматор, входами соединенный с выходом регулятора и первым выходом блока управления контуром самонастройки, а выходом связанный с объектом управления. Новым является то, что в устройство для реализации способа введены блок получения численной характеристики входного сигнала объекта управления, блок получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления и блок построения эталонной модели системы, одним из входов подключенный к выходу блока управления контуром самонастройки, вход которого подсоединен к второму выходу блока вычисления оптимальных настроек, а выход блока построения эталонной модели системы соединен с вторым входом блока вычисления оптимальных настроек, вход и выход объекта управления соединены с блоком получения модели объекта управления соответственно через блок получе- ния численной характеристики входного сигнала объекта управления и блок получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, а регулятор вторым входом соединен с выходом устройства сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, при этом второй и третий входы блока построения эталонной модели системы предназна- чены для подключения к источникам задания показателей качества системы и задания типа регулятора, а второй вход устройства сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи предназначен для подключения к источнику задающего сигнала.
Предпочтительно блок управления контуром самонастройки вы- полнить в виде последовательно соединенных ключа и генератора пробного сигнала, при этом выход генератора пробного сигнала является первым выходом блока управления контуром самонастройки, вход ключа является входом блока управления контуром самонастройки, а выход ключа является вторым выходом блока управления контуром самона- стройки.
Оптимальным является выполнение блока построения эталонной модели системы в виде последовательно соединенных блока расчета коэффициентов эталонной модели, блока расчета переходной характери- стики эталонной модели системы и блока хранения результатов, выход которого является выходом блока построения эталонной модели системы, а также блока коррекции заданных показателей, вход которого является первым входом блока построения эталонной модели системы, а выход подключен к входу блока расчета коэффициентов эталонной модели, при этом входы блока расчета коэффициентов эталонной модели являются вторым и третьим входами блока построения эталонной модели системы. Блок получения численной характеристики входного сигнала объекта управления целесообразно выполнить содержащим последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь, блок записи и фильт- рации выборки и блок вычисления величины численной характеристики входного сигнала, при этом вход аналогово-цифрового преобразователя является входом блока получения численной характеристики входного сигнала объекта управления, а выход блока вычисления величины численной характеристики входного сигнала является выходом блока полу- чения численной характеристики входного сигнала объекта управления.
Блок получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления предпочтительно выполнить содержащим последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь, блок записи, фильтрации и хранения выборки и блок вычисления величины численной характеристики выходного сигнала, при этом вход аналогово-цифрового преобразователя является входом блока получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, а выход блока вычисления величины численной характеристики выходного сигнала является выходом блока получения численной характеристики выходного сигнала объ- екта управления.
Блок получения модели объекта управления целесообразно выполнить в виде последовательно соединенных блока вычисления коэффициентов передаточной функции модели объекта управления, блока вычис- ления переходной характеристики модели объекта управления и блока сравнения, при этом входы блока вычисления коэффициентов передаточной функции модели объекта управления являются входами блока получения модели объекта управления, а выход блока сравнения является выходом блока получения модели объекта управления. Блок вычисления оптимальных настроек оптимально выполнить содержащим последовательно соединенные блок вычисления коэффициентов регулятора, блок вычисления коэффициентов системы управления, блок вычисления переходной характеристики системы управления, блок сравнения и ключ, выход которого является вторым выходом блока вы- числения оптимальных настроек, а также блок хранения результатов, выход которого является первым выходом блока вычисления оптимальных настроек, а вход подключен к выходу блока сравнения и к входу ключа, при этом входы блока вычисления коэффициентов регулятора являются первым и вторым входами блока вычисления оптимальных настроек. Заявленные способ самонастройки системы управления объектом и самонастраивающаяся система управления объектом для его реализации имеют отличия от наиболее близких аналогов, следовательно, заявленные решения удовлетворяют условию патентоспособности изобретения «нo- визнa». Анализ уровня техники на соответствие заявленных решений условию патентоспособности изобретения «изoбpeтaтeльcкий ypoвeнь» показал следующее.
В представленном способе самонастройки и системе, работающей на его основе в отличие от известных используется непараметрическая форма представления моделей сигналов, системы и ее элементов, что позволяет уменьшить объем вычислений, создать и реализовать алгоритм настройки системы на прямые показатели качества. При этом может быть использован не только ступенчатый пробный сигнал, традиционно используемый в аналогах, но и линейный, квадратично нарастающий, импульсный и т.д.
Кроме того, заявляемые изобретения позволяют осуществить не только параметрическую, но и структурную самонастройку регулятора.
При этом заданные параметры системы могут использоваться в максимально понятных оператору показателях качества системы - перерегулирования, времени установления переходного процесса (времени регулирования), максимальной скорости нарастания и других.
Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел, следовательно, данная группа изобре- тений удовлетворяет требованию единства изобретения.
Краткое описание фигур чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена функциональная схема самонастраивающейся системы управления объ- ектом по предлагаемому способу, на фиг. 2 - блок управления контуром самонастройки, на фиг. 3 - блок построения эталонной модели системы, на фиг. 4 - блок получения численной характеристики входного сигнала, на фиг. 5 - блок получения численной характеристики выходного сигнала, на фиг. 6 — блок получения модели объекта управления, на фиг. 7 - блок вычисления оптимальных настроек, на фиг. 8 - график переходных процессов объекта управления и модели объекта управления, на фиг. 9 - график переходного процесса модели эталонной системы, на фиг. 10 - графики переходных характеристик модели эталонной системы и вычисленных переходных характеристик модели системы управления, на фиг. И - графики переходных характеристик эталонной модели системы и настроенной модели системы управления.
Пример осуществления изобретения Самонастраивающаяся система управления объектом (фиг. 1), реализующая предложенный способ самонастройки системы управления объектом, содержит объект 1 управления, регулятор 2, устройство 3 сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, один из выходов которого подключен к выходу объекта 1 управления, блок 4 вычисления оптимальных настроек, первым выходом подключенный к первому входу регулятора 2, блок 5 получения модели объекта управления, выходом соединенный с первым входом блока 4 вычисления оптимальных настроек, блок 6 управления контуром самонастройки и сумматор 7. Сумматор 7 входами соединен с выходом регулятора 2 и первым выходом блока 6 управления контуром самонастройки, а выходом связан с объектом 1 управления. Самонастраивающаяся система управления объектом содержит также блок 8 получения численной характеристики входного сигнала объекта управления 1, блок 9 получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления 1 и блок 10 построения эталонной модели системы, один из входов которого подключен к выходу блока 6 управления контуром самонастройки. Вход блока 6 управления контуром самонастройки подсоединен к второму выходу блока 4 вычисления оптимальных настроек. Выход блока 10 построения эталонной модели системы соединен с вторым входом блока 4 вычисления оп- тимальных настроек. Вход и выход объекта управления 1 соединены с блоком 5 получения модели объекта управления соответственно через блок 8 получения численной характеристики входного сигнала объекта управления и блок 9 получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, а регулятор 2 вторым входом соединен с выходом устройства 3 сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи. Второй и третий входы блока 10 построения эталонной модели системы предназначены для подключения к источникам задания показателей качества системы и задания типа регулятора, являющихся внешними устройствами. Второй вход устройства 3 сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи предназначен для подключения к источнику задающего сигнала, являющимся внешним устройством.
Блок 6 управления контуром самонастройки (фиг. 2) содержит последовательно соединенные ключ 11 и генератор 12 пробного сигнала. Выход генератора 12 пробного сигнала является первым выходом блока 6 управления контуром самонастройки, вход ключа 1 1 является входом блока 6 управления контуром самонастройки, а выход ключа 11 является вторым выходом блока 6 управления контуром самонастройки.
Блок 10 построения эталонной модели системы (фиг. 3) содержит последовательно соединенные блок 13 расчета коэффициентов эталонной модели системы, блок 14 расчета переходной характеристики эталонной модели и блок 15 хранения результатов, выход которого является выходом блока 10 построения эталонной модели системы, блок 16 коррекции заданных показателей, вход которого является первым входом блока 10 построения эталонной модели системы. Выход блока 16 коррекции заданных показателей подключен к входу блока 13 расчета коэффициентов эталонной модели системы, входы блока 13 расчета коэффициентов эталонной модели системы являются вторым и третьим входами блока 10 построения эталонной модели системы. Блок 8 получения численной характеристики входного сигнала объекта управления (фиг. 4) содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь 17, блок 18 записи и фильтрации выборки и блок 19 вычисления величины численной характеристики входного сигнала. Вход аналогово-цифрового преобразователя 17 являет- ся входом блока 8 получения численной характеристики входного сигнала объекта управления, а выход блока 19 вычисления величины численной характеристики входного сигнала является выходом блока 8 получения численной характеристики входного сигнала объекта управления.
Блок 9 получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления (фиг. 5) содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь 20, блок 21 записи, фильтрации и хранения выборки и блок 22 вычисления величины численной характери- стики выходного сигнала. Вход аналогово-цифрового преобразователя 20 является входом блока 9 получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, а выход блока 22 вычисления величины численной характеристики выходного сигнала является выходом блока 9 получения численной характеристики выходного сигнала объекта управ- ления.
Блок 5 получения модели объекта управления (фиг. 6) содержит последовательно соединенные блок 23 вычисления коэффициентов модели объекта управления, блок 24 вычисления переходной характеристики модели объекта управления и блок 25 сравнения. Входы блока 23 вычисле- ния коэффициентов модели объекта управления являются входами блока 5 получения модели объекта управления, а выход блока 25 сравнения является выходом блока 5 получения модели объекта управления.
Блок 4 вычисления оптимальных настроек (фиг. 7) содержит последовательно соединенные блок 26 вычисления коэффициентов регулятора, блок 27 вычисления коэффициентов системы управления, блок 28 вычисления переходной характеристики системы управления, блок 29 сравнения и ключ 30, выход которого является вторым выходом блока 4 вычисления оптимальных настроек. Блок 4 вычисления оптимальных настроек также содержит блок 31 хранения результатов, выход которого является первым выходом блока 4 вычисления оптимальных настроек, а вход подключен к выходу блока 29 сравнения и к входу ключа 30. Входы блока 26 вычисления коэффициентов регулятора являются первым и вторым входами блока 4 вычисления оптимальных настроек. Способ самонастройки системы управления объектом реализуется с помощью заявляемой самонастраивающейся системы следующим образом.
На первом этапе, именуемом идентификацией объекта управления, пользователь задает требование адекватности в виде численного значения критерия адекватности переходной характеристики модели объекта управления его экспериментальной характеристике. Это значение вводится в блок 25 сравнения блока 5 получения модели объекта управления и используется в дальнейшем для оценки полученного в идентификации результата. Система управления переводится в разомкнутое состояние, для чего выключается устройство 3 сравнения и регулятор 2 переводится в режим трансляции на свой выход входного сигнала u(t) , значение которого в этом режиме должно быть равен нулю.
На вход объекта управления 1 через устройство 7 сравнения с выхода генератора 12 пробного сигнала, переключаемого ключом 11 блока 6 управления контуром самонастройки, подается пробный непериодический сигнал Un р . Он может быть ступенчатым, линейно нарас¬
тающим или иным по форме. Полярность сигнала зависит от текущего состояния объекта управления и, как и его амплитуда, должна уклады- ваться в рамки допустимых норм технологического процесса, протекающего в объекте управления. Амплитуда сигнала может быть равной номинальной величине входного сигнала объекта или составлять от нее какую-то долю, например, 5-10 %. На выходе объекта управления 1 появляется выходной сигнал, характеризующий переходный процесс y(t) . Сигналы входа и выхода объекта управления 1 Un p и y(t) подаются
на блок 8 получения численной характеристики входного сигнала объекта управления и блока 9 получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, где обрабатываются блоками АЦП 17 и 20, соответственно, входной сигнал записывается и фильтруется в блоке 18, выходной сигнал записывается, фильтруется и хранится в блоке 21. После окончания переходного процесса сигнала y(t) подача пробного сигнала Un p прекращается, и он не оказывает на объект управления ни¬
какого влияния. Далее, для получения математических моделей сигналов в специальной машинно-ориентированной форме - в форме численных характеристик, результат поступает соответственно на блок 19 вычисления величины численной характеристики входного сигнала и блок 22 вычисления величины численной характеристики выходного сигнала, являющихся элементами соответствующих блоков 8 и 9 получения чис- ленных характеристик входного и выходного сигналов.
Выходные сигналы блоков 8 и 9 поступают на входы блока 23 вычисления коэффициентов модели объекта управления, входящего в блок 5 получения модели объекта управления, в виде передаточной функции шаблоном заданного порядка. В блоке 23 происходит вычисление коэф- фициентов передаточной функции, которые, далее, поступают на блок 24 для вычисления переходной характеристики модели объекта управления. В блоке 25 происходит проверка полученной характеристики на ее адекватность экспериментальной, хранимой в блоке 21 блока 9 получения численной характеристики выходного сигнала. Если модель не удовле- творяет требованию адекватности, то процесс моделирования повторяется в блоке 23 вычисления коэффициентов модели объекта управления при увеличенном порядке шаблона передаточной функции модели. Далее вновь происходит расчет переходной характеристики в блоке 24 вычис- ления переходной характеристики модели объекта управления и проверка ее на адекватность экспериментальной характеристике в блоке сравнения 25. Если результат окажется неудовлетворительным, то процедура моделирования повторяется при менее строгом критерии адекватно- сти, начиная с простого шаблона передаточной функции в блоке 23. Если результат и в этом случае неудовлетворителен, то процедура идентификации повторяется с этапа подачи на вход объекта пробного непериодического сигнала Un „ и, далее, по приведенному порядку. При положи¬
тельном результате коэффициенты передаточной функции модели объек- та управления поступают на блок вычисления оптимальных настроек 4.
Следующий этап начинается с ввода в блок 10 желаемых показателей качества, предъявляемых к системе - перерегулирования и времени регулирования, на основе которых в блоке 13 расчета коэффициентов эталонной модели системы происходит расчет коэффициентов переда- точной функции эталонной модели системы и получение эталонной передаточной функции системы. Значения коэффициентов этой функции поступают в блок 14 расчета переходной характеристики эталонной модели блока 10, в котором вычисляется переходная характеристика эталонной системы, поступающая в виде численной выборки в блок 15 хра- нения результатов блока 10 построения эталонной модели системы. В блок 10 так же вводится информация о типе регулятора, с помощью которого будет осуществляться управление всей системой управления. Эта информация и значения требуемых показателей качества хранится в блоке 15 хранения результатов в виде числовых значений. На следующем этапе определяется вид передаточной функции регулятора и значение его коэффициентов. В блок 26 вычисления коэффициентов модели управления, входящего в состав блока 4 вычисления оптимальных настроек поступают вычисленные коэффициенты объекта управления с блока 5 и данные о желаемом типе регулятора с блока 10. Далее, в блоке 26 вычисления коэффициентов регулятора на основе этих данных происходит вычисление настраиваемых коэффициентов регулятора, значения которых поступают на блок 27 вычисления коэффициентов системы управления, в котором на основе данных о зна- чениях коэффициентов регулятора и передаточной функции объекта управления осуществляется синтез системы управления. Найденные коэффициенты передаточной функции системы управления поступают на блок 28 вычисления переходной характеристики системы управления, и далее результат сравнивается с эталоном, хранящимся в виде выборки в блоке 15 хранения результатов блока 10 и оценивается на соответствие показателям качества системы, хранящихся в виде числовых значений в блоке 15. В случае неудовлетворительного результата происходит новая итерация вычислений коэффициентов регулятора и коэффициентов системы управления, называемая параметрической настройкой системы. В случае, если параметрическая настройка не принесла желаемых результатов, в блоке 26 вычисления коэффициентов регулятора происходит увеличение порядка структуры регулятора. Данная процедура является структурной настройкой системы, после которой следует описанная выше настройка параметрическая. В случае неудовлетворительного резуль- тата срабатывает ключ 30, входящий в блок 4, сигнал с которого поступает на блок 6 управления контуром самонастройки, ключ 11 которого подает сигнал на блок 16 коррекции результатов заданных показателей блока 10, который увеличивает желаемое время переходного процесса и инициирует перерасчет новой модели эталонной системы. Далее, проце- дура расчета коэффициентов регулятора повторяется до тех пор, пока не будет получен удовлетворительный результат с точки зрения перерегулирования и скорректированного блоком 16 времени регулирования. В этой части работы способа и устройства для его реализации имеется две особенности. Первая состоит в том, что способ позволяет настраивать системы с регуляторами произвольного порядка, включая регуляторы типа ПИД как частный случай. Вторая особенность состоит в реализации двух итерационных процедур. Первая обеспечивает параметрический поиск решения, вторая - структурный. Цель структурных ите- раций состоит в поиске максимально простого регулятора, при котором могут быть достигнуты заданные показатели качества. Такое техническое решение обеспечивает минимизацию вычислительных затрат и повышение за счет этого точности, быстродействия и надежности контура самонастройки и системы в целом. После этого коэффициенты регулято- ра, удовлетворяющие заданным и скорректированным показателям, записываются в блок 31 хранения результатов блока 4, откуда они поступают на регулятор 2 для его перенастройки. Устройство сравнения 3 начинает вычислять ошибку рассогласования между введенным значением входного сигнала u(t) и текущим сигналом выхода y(t) объекта управления, то есть система входит в регулируемый режим с новыми рассчитанными коэффициентами регулятора 2.
В заявляемом способе самонастройки системы управления объектом можно выделить три относительно самостоятельных процедуры и соответствующие им задачи: 1) идентификация объекта управления;
2) получение желаемой передаточной функции системы;
3) определение вида передаточной функции регулятора и значений его коэффициентов.
Для более подробного пояснения реализации способа самонастрой- ки и работы системы рассмотрим последовательность преобразований сигналов с представлением базовых расчетных соотношений выделенных задач. Эти преобразования осуществляются на основе вещественного интерполяционного метода (ВИМ), основы которого изложены ниже.
При рассмотрении сигналов и систем, относящихся к классам не- прерывных, и решении задач синтеза таких систем, целесообразно использовать модели в области изображений, получаемые на основе каких-либо интегральных преобразований. Наиболее распространенными являются преобразования Лапласа и Фурье. Они по- зволяют решать все основные задачи расчета динамических систем в терминах функций-изображений, что оказывается значительно более просто по сравнению с решением тех же задач в области времени. Однако эти преобразования имеют недостатки, которые проявляются при аппаратно-программной реализации таких способов, - при численных операциях необходимо выполнять преобразования вещественной и мнимой частей рассматриваемых моделей, что влечет за собой большой объем вычислений. Этот недостаток устраняется при использовании вещественного интегрального преобразования оо
F(δ) = |f(t) e~δtdt, δ e [C,oo],C > 0, (1)
О которое ставит в соответствие функции-оригиналу f(t) изображение F(δ) . Отметим здесь главное: получаемая функция F(δ) относится к классу функций-изображений и, следовательно, обладает отмеченными преимуществами по сравнению с функциями времени; в то же время она свободна от трудностей численных действий над изображениями по Фурье F(jω) или Лапласу F(p) , которые имеют аргумент соответственно мнимый jω или комплексный р = δ + jω .
Условия существования и единственности функции F(δ) определяются сходимостью интеграла в (1). В приложении к линейным САУ, когда f (t) представляет собой ее временную динамическую характеристи- ку, сходимость обеспечивается выбором соответствующего значения параметра С. Так для устойчивой системы, имеющей импульсную переходную характеристику k(t) = f (t) , можно принять С = 0. В случае ис- пользования переходной характеристики h(t) = f(t) устойчивой системы условие сходимости интеграла определяется тоже достаточно просто: δ е (0,∞] или С > 0.
Для перехода от моделей систем в терминах вещественных функций- изображений к их дискретным представлениям и обратно, ориентированным на цифровые структуры, используется интерполяционный подход. С этой целью для функции F(δ), δ e [0,oo] задаются узлы δj ,i = 1,2,.... и
находятся значения F(δj),i = i,η, η = m + n + l . Получаемое множество
называется численной характеристикой функции F(δ), а число η ее элементов - размерностью ЧХ.
Для эффективного использования вещественных функций F(δ) и их численных характеристик важно знать их положительные особенности и свойства. Приведем некоторые. а) Получить функции F(δ) можно по формуле прямого δ - преобразования (1), а также по лапласовым изображениям F(p) . В последнем случае результат можно получить путем формальной замены переменной р на δ е [C,∞],C > 0 , рассматривая преобразование (1) как частный случай преобразования Лапласа. Эта особенность является осо- бенно важной, потому что она позволяет использовать для получения F(δ) всю имеющуюся библиотеку соответствий оригиналов и изображений по Лапласу, созданную к настоящему времени. б) Функции F(δ) имеют графические представления, что делает их и действия над ними более наглядными по сравнению с изображениями F(p) , что важно, например, при пуско-наладочных работах. в) Функции F(δ) не содержат мнимой составляющей, поэтому численные способы действий над ними оказываются примерно в два раза бо- лее экономичными по сравнению с изображениями по Фурье и Лапла- су- г) Если функция f(t) в (1) является импульсной реакцией системы, то изображение F(δ) имеет смысл вещественной передаточной функции W(δ) .
Совокупность подходов, приемов и алгоритмов расчета и исследования динамических систем, основанная на применении вещественного преобразования и интерполяционных процедур, получила название вещественного интерполяционного метода (ВИМ). Более подробные сведения о методе и решении задач на его основе изложены в [5]. Ниже показано применение ВИМ для решения трех основных задач, возникающих при самонастройке - идентификации, формирования желаемой передаточной функции и расчета параметров регулятора.
Идентификации объекта управления
Для рассмотрения первой задачи обратимся к части функциональной схемы, представленной на фиг. 1, включающей объект управления 1, блоки 8 и 9 получения соответственно численных характеристик сигна- лов входа и выхода объекта управления, блок 5 получения модели объекта управления.
Задача идентификации реализована в параметрической постановке и включает в себя следующие этапы:
- определение по сигналам u(t) и y(t) их численных характеристик {U(δi)}η,i = l,2,...,η и {Y(δi)}η,i - l,2,...,η ;
- вычисление по найденным моделям сигналов входа и выхода {U(δi)}η,i = l,2v..,η и {Y(δ|)}η,i - l>2,...,η численной характери¬
стики объекта управления {Woy (δj)}η ; - получение вещественной передаточной функции W(δ) объекта управления по численной характеристике {Woy(δi)}η . Пусть объект описывается передаточной функцией (ПФ)
Figure imgf000024_0001
С целью упрощения пояснений положим, что входной сигнал системы u(t) отсутствует, а на вход объекта управления подан пробный сигнал и-,- 9 (t) . Тогда для сигналов u» б (t) и y(t) найдутся их вещественные изображения
U(dj) - е"51'' - Δtj, i=l,2,...,η , (3)
Figure imgf000024_0002
Y(δi) = Σ y(tj) - e~δitj - Δtj, i=l,2,..,η, (4)
а также вещественная передаточная функция объекта управления
Figure imgf000024_0003
Выражение (5) определяет элементы численной характеристики {Woy(δi)}η , поэтому можно считать найденной модель объекта управления в непараметрической форме.
На втором этапе параметрической идентификации необходимо получить коэффициенты вещественной ПФ (2). Для этого составим систему линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) относительно неизвестных коэффициентов ak, bj , k= 1, 2, ... п, j = 0, 1, ... m :
W (δi ) = Ьmδi n' -ь bm_1δi°-' + ... + b0 > . = anδl 1 + a.-,δ,-1 + ... + l Левая часть СЛАУ известна - она определена формулой (5) расчета эле- ментов ЧХ объекта управления. Чисдо уравнений η, входящих в
СЛАУ, определяется соотношением η=n+m+l, полученные в результате решения системы уравнений (6) значения коэффициентов ak, bj являются коэффициентами вещественной ПФ (2). Для перехода к лапласовой ПФ достаточно заменить вещественную переменную δ на комплексную р. Анализ полученного результата производится в области времени, для чего полученную передаточную функцию модели объекта управления подвергают обратному преобразованию Лапласа и сравнивают с экспериментальной характеристикой y(t) по одному из известных методов, в пред- ложенном алгоритме используется минимаксный критерий адекватности. Минимаксный критерий оперирует функцией ошибки
Δy(t) = y(t) - ym(t) , где ym(t) - переходная характеристика модели объекта управления, y(t)- экспериментальная переходная характеристика объекта управления.
Figure imgf000025_0001
где ta - время, в течение которого проводился эксперимент, Amax - максимальное допустимое значение критерия в относительных единицах.
Для иллюстрации работоспособности заявляемого способа рассмотрим численный пример идентификации. Зададимся значением критерия адекватности Amax =0.1. Пусть на объект управления 1 разомкнутой системы подан ступенчатый управляющий сигнал Uпp, который вызывает в ней переходный процесс (график 1, Фиг.8). На выходе объекта в блоке 18 записи и фильтрации выборки фиксируется переходная характеристика амплитуды напряжения сигнала, в виде выборки hoyj(tr), г = 1, ... 99, от¬
раженной в таблице:
Figure imgf000026_0001
Заменяющий лист Передаточная функция модели объекта управления определяется в виде
Figure imgf000027_0001
С целью уменьшения объема вычислений коэффициент b0 может быть найден непосредственно по установившемуся среднему значению переходной характеристики: b0 =141, которое может быть получено при подаче на вход объекта управления нормированного ступенчатого сигнала u(t)=l. Определению подлежат оставшиеся три коэффициента bi, a2, aь поэтому в блоке 8 по методике, изложенной в [5] книге: Гончаров В.И. Вещественный интерполяционный метод синтеза систем автоматического управления. - Томск: Изд. ТПУ, 1995. 108 с, задаемся системой из трех узлов интерполирования со следующими значениями:
Figure imgf000027_0002
δ2=3.9, δз=5.85 и находим значения элементов численной характеристики входного сигнала, как произведения входного сигнала на узлы интерпо- лирования: U(δi)=1.25, U(δ2)=1.86, U(δ3)=3.75. В блоке 9 получения численной характеристики выходного сигнал, используя выражение (4), получаем значения элементов численной характеристики выходного сигнала: Y^1) = 26.2 , Y(δ2) = 11.8 , Y(δ3) = 2.4.
Далее, в блоке 5 получения модели объекта управления согласно (5) составляется и решается СЛАУ:
26.2 -1.25 = L25Ь' + Ш
1.25^a2 + 1.25а! + 1
Figure imgf000027_0003
В результате решения системы уравнений определяются значения искомых коэффициентов: a2=0.53, ai=1.9, b2=0.82. Затем в блоке 24 по найденным коэффициентам передаточной функции модели вычисляется ее переходная характеристика. В блоке сравнения 25 по формуле (7) вычисляется критерий адекватности, равный 0.031, что меньше заданного Amax =0.1. Результат решения задачи идентификации иллюстрируется графиками экспериментальной и модельной переходных характеристик, которые представлены на фиг.8.
Получение желаемой передаточной функции системы
Это вторая задача из трех основных. Суть ее состоит в формировании передаточной функции эталонной системы, к свойствам которой должен приближаться в процессе настройки основной контур системы. Исходными данными для решения задачи служат задаваемые оператором на этапе пуско-наладочных работ показатели качества и точности систе- мы, а также полученная экспериментальным путем текущая передаточная функция объекта управления.
Задача имеет два основных этапа. На первом по заданным показателям качества, например, перерегулированию σ и времени установления переходного процесса определяются элементы численной характеристи- ки эталонной системы (W^. (S1)J11. На втором этапе находятся коэффициенты желаемой передаточной функции.
Расчетная формула для выполнения первого этапа получена на основе известной связи межу передаточной функцией и переходной характеристикой и имеет вид
l...η
Figure imgf000028_0001
(9) где введены обозначения, смысл которых раскрывается зависимостями h^(t) = kr t + br,r = 0,3 ,
kr = [hж(tr+1) - hж(tr)]/[tr+1 - tr] ,
br = hж(tr+1)- kr tr+1 и параметрами, указанными на графике фиг.8. На втором этапе находятся коэффициенты желаемой передаточной функции
/3 /„4 Kv т + ьm_lP m- + ... + b0 anp + an_,pn Ч ... + 1 путем решения системы уравнений
Figure imgf000029_0001
Формальная замена переменной δ на р приводит к получению лапласо- вой передаточной функции
Figure imgf000029_0002
В условиях минимизации вычислительных затрат при самонастройке системы в последующем будет целесообразно использовать передаточную функцию разомкнутого контура. Она находится по известному соот- ношению размыкания
Figure imgf000029_0003
в котором одновременно учитывается требование астатизма, если оно имеется.
Рассмотрим расчетный пример получения желаемой передаточной функции. Задаемся показателями качества переходного процесса (задание желаемых показателей качества системы, фиг. 1, блок 10): перерегулирование σ3 = 0.1 ± 0.01, (в относительных единицах), время установ¬
ления tγ C < 2с. Коэффициент передачи замкнутой системы K=IOO. Струк- тура желаемой передаточной функции
Figure imgf000030_0001
Так как коэффициент b0 найдется из уравнения статики (по установившемуся значению переходной характеристики желаемой системы) и равен 100, то определению подлежат три коэффициента ПФ: аг, аi, bг.
Задаемся системой из трех узлов интерполирования со следующими значениями: δi=2.52, δ2=5.05, δ3=7.57. Используя выражение (9), в блоке расчета коэффициентов передаточной функции модели системы 13 получаем значения элементов численной характеристики: W^(O1) = 43.67,
W^(δ2) = 24.64, W^(δ3) = 16.62. Составляем СЛАУ:
2.52^ + 100
43.67 =
2.52ia2 + 2.52a1 + l 5.05Ц + 100
24.64 =
5.05^2 + 5.0Sa1 -H l 7.57Ц + 100
16.62 =
7.572a2 + 7.57а! + 1
и находим неизвестные коэффициенты ПФ: a2 = 0.18, ai= 0.52, bi= 20.08
Используя полученные коэффициенты для проверки путем решения обратной задачи (вычисление переходной характеристики модели с найденными коэффициентами в блоке 14), получили следующие результаты:
- перерегулирование σ = 0.09998 ;
- время регулирования t^ = 2.01с ;
- коэффициент передачи замкнутой системы K=IOO; Такие параметры можно считать удовлетворительными, поэтому задача считается решенной. Полученные коэффициенты поступают на хранение в блок 15. Определение вида передаточной функции регулятора и значений ее коэффициентов
Третья, последняя из рассматриваемых задач настройки регулятора, состоит в вычислении таких его параметров, при которых система будет иметь заданные показатели качества и точности. Исходными данными для ее решения служат полученные ранее передаточные функции - эталонной системы в разомкнутом состоянии и объекта управления. Задача настройки регулятора сводится к решению уравнения:
*£(P) = 1 + Wp(p) - 'Woy (?) - Koc , (П)
где W^ (р), Wp (р) , Woy(p) - передаточные функции соответственно желаемой (эталонной) замкнутой системы, регулятора и объекта управления системы, Koc - коэффициент обратной связи, равный обратному значе- нию коэффициента передачи замкнутой системы.
В вычислительном отношении более выгодно использовать уравнение синтеза разомкнутой системы
W^(P) - Wp(p) Woy (P),
(12) где W^ (р) является передаточной функцией разомкнутой системы.
Задача поиска функции Wp(p) имеет две части: структурную и параметрическую. Обе решаются последовательным приближением к искомому результату.
Структурная часть заключается в нахождении параметров μ,v пере- даточной функции регулятора
Figure imgf000032_0001
С целью получения рационального по критерию вычислительных затрат решения его поиск начинается с динамического регулятора минимальной сложности: μ = v = 1 (ПИ-регулятор). В этом случае уравнение (12) принимает вид
W3P(P) = M±bLWoy (P) . (13)
При таких исходных данных задача сводится к вычислению коэффициентов bi, bо- Для их определения уравнение (13) переводится на основе ВИМ в вещественную область путем замены р— >δ, δ е [0, ∞ ] и принимает вид: w* (δ) == Ьiδ±Ьо ) . о
Это позволяет развернуть уравнение в систему линейных алгебраических уравнений относительно 2 неизвестных коэффициентов bi , bо , пользуясь возможностями дискретизации ВИМ: wi (δi) = biδi + b<ц i=i^
Figure imgf000032_0002
Значения δi могут быть определены, например, на равномерной сетке по δ* формуле δj = — -, где δβ - верхняя граница расположения узлов интерпо- η лирования δj G [0, δa ], δg = δη , η = 2. Рассчитанные таким образом коэффициенты позволяют получить передаточную функцию регулятора и замкнутой настраиваемой системы. Однако свойства системы могут не отвечать предъявляемым требовани- ям, например, значение ведущего параметра системы - перерегулирования - может выходить за требуемые пределы. Поэтому организуется параметрическая настройка решения, которая заключается в изменении по определенному правилу значений узлов интерполирова- ния. В результате будет достигнута одна из двух ситуаций. Первая - перерегулирование настраиваемой системы совпадает с требуемым с заданной точностью. В этом случае решение считается найденным. Вторая ситуация - заданная точность настройки не достигнута. Тогда порядок передаточной функции регулятора автоматически увеличивается на еди- ницу и повторяется автоматическая итерационная параметрическая процедура настройки. Последовательное усложнение регулятора составляет содержание структурной итерационной процедуры настройки. В совокупности они обеспечивают достижение заданных значений параметров системы. В качестве иллюстративного примера рассмотрим задачу получения коэффициентов регулятора, когда передаточные функции эталонной системы и объекта управления известны (из примеров, рассмотренных выше), а передаточная функция регулятора имеет вид
Figure imgf000033_0001
(14)
Регулятор должен обеспечивать перерегулирование системы σc =σ3+0.1 . Передаточная функция регулятора может быть представлена в виде:
Figure imgf000033_0002
причем, коэффициент b0 регулятора может быть найден в блоке 26 вы- числения коэффициентов регулятора, как отношение соответствующих коэффициентов желаемой разомкнутой передаточной функции и передаточной функции модели объекта управления: bо =312.38/141=2.21. Таким образом, определению подлежит лишь один коэффициент bi.
Первое значение узла интерполирования на первой итерации δi=l,5 вычисляется автоматически с учетом полученного ранее результатата времени регулирования t^ = 2.01с . Вычислим значения элементов чис- ленных характеристик, входящих в выражение (15):
Figure imgf000034_0001
- W1 M = 28.08;
- W6(O1) = 7.89;
Получив уравнение относительно неизвестного коэффициента
_ __ 1.5bt + 2.21 _ . . _ 7.89 = ι , определяем его: bi=6.42.
Данные поступают в блок 27, где по формуле (11) находится передаточная функция замкнутой системы и, далее, в блок 24, где находится ее переходная характеристика. Перерегулирование определяется как максимальное значение переходной характеристики модели управления относительно ее установившегося значения и равно σ = 0.21 , что существенно больше требуемого. Это свидетельствует о необходимости параметрической настройки. В рамках ее реализации происходит итеративное изменение значения узла интерполирования. На каждой итерации (l ...i) происходит вычисление численных характеристик, находится неизвест- ный коэффициент регулятора. Затем данные поступают в блок 27 вычисления коэффициентов системы управления, где находится передаточная функция замкнутой системы и, далее, в блок 24 вычисления переходной характеристики модели объекта управления, где находится ее переходная характеристика, по которой вычисляется перегулирование. В рассматри- ваемом примере при i-й итерации значение узла интерполирования δi=0.95. Вычислим значения элементов численных характеристик, входящих в выражение (15): - W^1) = 241.36;
- W16(O1) = 41.4 ;
- W6 ^1) = 5.83 ;
Решаем уравнение относительно неизвестного коэффициента:
5.83 = — - - — и находим:
Figure imgf000035_0001
Вновь находим переходную характе¬
ристику системы с такой настройкой регулятора и получаем перерегулирование σ = 0.16, что меньше, полученного на первой итерации, но больше требуемого. Графики переходных характеристик эталонной и синтезированных систем показаны фиг. 10. Дальнейшее изменение значений узла интерполирования в рассматриваемом примере не приводит к желаемому результату, следовательно, необходимо перейти к структурной процедуре настройки, для этого в блоке вычисления коэффициентов регулятора 26 происходит увеличение порядка структуры регулятора:
Figure imgf000035_0002
(16)
Коэффициент b0 регулятора, как и прежде, может быть найден сразу, как отношение соответствующих коэффициентов желаемой ПФ и ПФ модели объекта управления: b0 =312.38/141=2.21. Таким образом, определению подлежат три коэффициента b2, bi , a2.
Задаемся системой из трех узлов интерполирования со следующими значениями: δi=1.75, δг=3.5, δз=5.25. Вычислим значения элементов численных характеристик:
- WP(δ2) = 213.9 , WP(δ2) = 180.56, WP(δ3) = 163.74; - Woy(δ2) = 23.86 , Woy(δ2) = 10.H,Woy(δ3) = 5.7 ;
- Wp(δ2) = 8.96, Wp(δ2) = 17.86, Wp(δ3) = 28.72 ; Составляем СЛАУ:
Figure imgf000036_0001
и находим неизвестные коэффициенты ПФ: b2=0.445, bi=3.246, aг= 0.019. Путем замены вещественной переменной δ на комплексную р перейдем к уравнению замкнутой системы и найдем переходную характеристику. Ее график показан на фиг. 11.
Полученное перерегулирование синтезированной системы σc=0.0909 и время переходного процесса t^ = 2.002с удовлетворяют исходным ус- ловиям, поэтому задача решена и найденные коэффициенты поступают в блок 2 регулятора.
Промышленная применимость Заявляемые способ самонастройки и устройство для его реализации позволяют повысить быстродействие вычислений и точность работы системы за счет использования непараметрической формы представления моделей сигналов, системы и ее элементов, уменьшения объема вычислений и реализации алгоритма настройки системы по прямым показателям качества. Способ самонастройки и устройство для его реализации могут найти широкое применение в области автоматического управления и регулирования различными объектами, в частности в области адаптивных систем и методов автоматического управления с пробным непериодическим сигналом. Источники информации из уровня техники
[1] Шубладзе A.M., Попадько B.E., Гуляев СВ., Шубладзе А.А. Оптимальный автоматически настраивающийся общепромышленный регу- лятор (регулятор OAOP) // Средства измерения, автоматизации, телемеханизации и связи. - 2002.- Ns 7. - С. 2-5.
[2] Мань H.B., Чыонг Л.С. Настройка регуляторов по переходной характеристике замкнутой системы с уточненной моделью объекта // Теплоэнергетика. - Jfe 7. - 1998. - С. 55-58. [3] Шубладзе A.M., Гуляев СВ., Олыпванг В. Р., Шубладзе А.А. Автоматически настраивающийся адаптивный промышленный регулятор (АНАП регулятор) // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2005. - -Ne з. - С 32-35.
[4] «Cпocoб оптимальной автоматической настройки системы управления)) [4] патент РФ Ne 2243584, МПК G05B 13/00, опубл. 2004.12.27].
[5] Гончаров В. И. Вещественный интерполяционный метод синтеза систем автоматического управления. - Книга, Томск: Изд. ТПУ, 1995.

Claims

Формула изобретения
1. Способ самонастройки системы управления объектом, основанный на подаче управляющего воздействия на объект, определении параметров модели объекта управления на основе его реакции на управляющее
5 воздействие и вычислении значений настраиваемых параметров системы управления, отличающийся тем, что определяют численные характеристики входного и выходного сигналов объекта управления, по которым находят передаточную функцию модели объекта управления, формируют модель эталонной системы управления в виде передаточной ю функции на основе заданных показателей, а настраиваемые параметры системы управления определяют на основе передаточной функции модели объекта управления и передаточной функции модели эталонной системы управления итерационным путем в отношении структуры и параметров системы управления по показателям качества переходного
15 процесса системы, при этом все преобразования сигналов осуществляют на основе вещественного интерполяционного метода (ВИМ).
2. Способ самонастройки системы управления объектом по п.l, отличающийся тем, что формирование модели эталонной системы управления осуществляют на основе предварительно задаваемых 0 оператором показателей качества системы.
3. Способ самонастройки системы управления объектом по п.l, отличающийся тем, что управляющее воздействие на объект осуществляют в виде пробного непериодического сигнала.
4. Способ самонастройки системы управления объектом по 3, 5 отличающийся тем, что пробный непериодический сигнал является ступенчатым или линейно-нарастающим.
5. Способ самонастройки системы управления объектом по п.l, отличающийся тем, что настраиваемые параметры системы управления определяют на основе передаточных функций моделей объекта управления и эталонной системы управления, представленных в
5 непараметрической форме.
6. Способ самонастройки системы управления объектом по п.l, отличающийся тем, что настраиваемые параметры системы управления определяют на основе передаточных функций моделей объекта управления и эталонной системы управления итерационным путем в ю отношении структуры и параметров настраиваемой системы управления до достижения заданного совпадения эталонной и настраиваемой системы управления.
7. Способ самонастройки системы управления объектом по п.l, отличающийся тем, что достижение заданного совпадения эталонной и
15 настраиваемой систем фиксируют по критерию перерегулирования при минимальной сложности системы управления.
8. Самонастраивающаяся система управления объектом, содержащая объект управления, регулятор, устройство сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, один из входов которого подключен к выходу 0 объекта управления, блок вычисления оптимальных настроек, первым выходом подключенный к первому входу регулятора, блок получения модели объекта управления, выходом соединенный с первым входом блока вычисления оптимальных настроек, блок управления контуром самонастройки и сумматор, входами соединенный с выходом регулятора и 5 первым выходом блока управления контуром самонастройки, а выходом связанный с объектом управления, отличающаяся тем, что в нее введены блок получения численной характеристики входного сигнала объекта управления, блок получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления и блок построения эталонной модели системы, одним из входов подключенный к выходу блока управления контуром самонастройки, вход которого подсоединен ко второму выходу 5 блока вычисления оптимальных настроек, а выход блока построения эталонной модели системы соединен со вторым входом блока вычисления оптимальных настроек, вход и выход объекта управления соединены с блоком получения модели объекта управления соответственно через блок получения численной характеристики входного сигнала объекта ю управления и блок получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, регулятор вторым входом соединен с выходом устройства сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи, при этом второй и третий входы блока построения эталонной модели системы предназначены для подключения к источникам задания
15 показателей качества системы и задания типа регулятора, а второй вход устройства сравнения задающего сигнала и сигнала обратной связи предназначен для подключения к источнику задающего сигнала.
9. Самонастраивающаяся система управления объектом по п. 8, отличающаяся тем, что блок управления контуром самонастройки 0 содержит последовательно соединенные ключ и генератор пробного сигнала, при этом выход генератора пробного сигнала является первым выходом блока управления контуром самонастройки, вход ключа является входом блока управления контуром самонастройки, а выход ключа является вторым выходом блока управления контуром самонастройки. 5
10. Самонастраивающаяся система управления объектом по п. 8, отличающаяся тем, что блок построения эталонной модели системы содержит последовательно соединенные блок расчета коэффициентов эталонной модели системы, блок расчета переходной характеристики эталонной модели и блок хранения результатов, выход которого является выходом блока построения эталонной модели системы, а также блок коррекции заданных показателей, вход которого является первым входом 5 блока построения эталонной модели системы, а выход подключен к входу блока расчета коэффициентов эталонной модели системы, при этом входы блока расчета коэффициентов эталонной модели системы являются вторым и третьим входами блока построения эталонной модели системы.
11. Самонастраивающаяся система управления объектом по п. 8, ю отличающаяся тем, что блок получения численной характеристики входного сигнала объекта управления содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь, блок записи и фильтрации выборки и блок вычисления величины численной характеристики входного сигнала, при этом вход аналогово-цифрового
15 преобразователя является входом блока получения численной характеристики входного сигнала объекта управления, а выход блока вычисления величины численной характеристики входного сигнала является выходом блока получения численной характеристики входного сигнала объекта управления. 0
12. Самонастраивающаяся система управления объектом по п. 8, отличающаяся тем, что блок получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления содержит последовательно соединенные аналогово-цифровой преобразователь, блок записи, фильтрации и хранения выборки и блок вычисления величины численной 5 характеристики выходного сигнала, вход аналогово-цифрового преобразователя является входом блока получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления, а выход блока вычисления величины численной характеристики выходного сигнала является выходом блока получения численной характеристики выходного сигнала объекта управления.
13. Самонастраивающаяся система управления объектом по п. 8, 5 отличающаяся тем, что блок получения модели объекта управления содержит последовательно соединенные блок вычисления коэффициентов модели объекта управления, блок вычисления переходной характеристики модели объекта управления и блок сравнения, при этом входы блока вычисления коэффициентов модели объекта управления являются ιо входами блока получения модели объекта управления, а выход блока сравнения является выходом блока получения модели объекта управления.
14. Самонастраивающаяся система управления объектом по п. 8, отличающаяся тем, что блок вычисления оптимальных настроек содержит последовательно соединенные блок вычисления коэффициентов
15 регулятора, блок вычисления коэффициентов системы управления, блок вычисления переходной характеристики системы управления, блок сравнения и ключ, выход которого является вторым выходом блока вычисления оптимальных настроек, а также блок хранения результатов, выход которого является первым выходом блока вычисления оптимальных 0 настроек, а вход подключен к выходу блока сравнения и ко входу ключа, при этом входы блока вычисления коэффициентов регулятора являются первым и вторым входами блока вычисления оптимальных настроек.
5
0
PCT/RU2006/000515 2005-10-05 2006-10-04 Procede d'auto-reglage d'un systeme de commande d'objets et dispositif de mise en oeuvre de ce procede WO2007040425A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005130752 2005-10-05
RU2005130752/09A RU2304298C2 (ru) 2005-10-05 2005-10-05 Способ самонастройки системы управления объектом и устройство для его реализации

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007040425A1 true WO2007040425A1 (fr) 2007-04-12

Family

ID=37906391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2006/000515 WO2007040425A1 (fr) 2005-10-05 2006-10-04 Procede d'auto-reglage d'un systeme de commande d'objets et dispositif de mise en oeuvre de ce procede

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2304298C2 (ru)
WO (1) WO2007040425A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197982U1 (ru) * 2019-12-17 2020-06-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Устройство автоматизированной калибровки датчиков давления блоков приборов управления
CN114779625A (zh) * 2022-06-10 2022-07-22 浙江大学 基于vrft的pd控制器设计方法及装置、电子设备

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5408035B2 (ja) * 2010-05-25 2014-02-05 株式会社Ｉｈｉ ステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置
JP5408036B2 (ja) * 2010-05-25 2014-02-05 株式会社Ｉｈｉ ステップ追従時のオーバーシュート抑制用フィードフォワード項のオートチューニング方法及び装置
RU2444041C1 (ru) * 2010-08-17 2012-02-27 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли РФ Комплекс имитационного и физико-математического моделирования процессов маневрирования автономных подводных аппаратов с бортовой гидроакустической аппаратурой наведения на подводные объекты
RU2578630C2 (ru) * 2014-04-23 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Череповецкий государственный университет" Способ самонастройки системы управления электроприводом
RU2653938C2 (ru) * 2016-03-17 2018-05-15 Общество с ограниченной ответственностью "Электротехнический завод ЭЛЗА" Способ автоматической настройки ПИД-регулятора для управления дизельным двигателем в составе электроагрегатов и электростанций
RU2642016C2 (ru) * 2016-05-23 2018-01-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) Способ формирования математической модели человека-оператора при отслеживании заданных положений штурвала по директорному прибору
RU2693680C9 (ru) * 2018-03-27 2019-07-16 Александр Игоревич Галькевич Интеллектуальная интегрированная цифровая платформа, предназначенная для управления большими системами, и способ управления большими системами
RU2714567C1 (ru) * 2019-05-06 2020-02-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина" (ИГЭУ) Способ автоматической настройки регулятора

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4441151A (en) * 1977-11-04 1984-04-03 Toyo Systems, Ltd. Apparatus for tuning PID controllers in process control systems
SU1606963A2 (ru) * 1988-07-18 1990-11-15 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Самонастраивающа с система
RU2068196C1 (ru) * 1992-12-07 1996-10-20 Акционерное общество закрытого типа "Экспериментальная лаборатория системотехники" Самонастраивающаяся система управления
JPH09146611A (ja) * 1995-11-01 1997-06-06 Foxboro Co:The 多変数非線形プロセス制御方法並びに装置
RU2210800C2 (ru) * 2001-09-24 2003-08-20 Амурский государственный университет Самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздыванием по управлению
RU2243584C2 (ru) * 2003-03-24 2004-12-27 Шубладзе Александр Михайлович Способ оптимальной автоматической настройки системы управления

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4441151A (en) * 1977-11-04 1984-04-03 Toyo Systems, Ltd. Apparatus for tuning PID controllers in process control systems
SU1606963A2 (ru) * 1988-07-18 1990-11-15 Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина Самонастраивающа с система
RU2068196C1 (ru) * 1992-12-07 1996-10-20 Акционерное общество закрытого типа "Экспериментальная лаборатория системотехники" Самонастраивающаяся система управления
JPH09146611A (ja) * 1995-11-01 1997-06-06 Foxboro Co:The 多変数非線形プロセス制御方法並びに装置
RU2210800C2 (ru) * 2001-09-24 2003-08-20 Амурский государственный университет Самонастраивающаяся система управления для объектов с запаздыванием по управлению
RU2243584C2 (ru) * 2003-03-24 2004-12-27 Шубладзе Александр Михайлович Способ оптимальной автоматической настройки системы управления

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU197982U1 (ru) * 2019-12-17 2020-06-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Устройство автоматизированной калибровки датчиков давления блоков приборов управления
CN114779625A (zh) * 2022-06-10 2022-07-22 浙江大学 基于vrft的pd控制器设计方法及装置、电子设备
CN114779625B (zh) * 2022-06-10 2022-09-06 浙江大学 基于vrft的pd控制器设计方法及装置、电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
RU2304298C2 (ru) 2007-08-10
RU2005130752A (ru) 2007-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007040425A1 (fr) Procede d&#39;auto-reglage d&#39;un systeme de commande d&#39;objets et dispositif de mise en oeuvre de ce procede
JP6008898B2 (ja) プロセス制御システムにおけるオンライン適応モデル予測制御
EP2175332B1 (en) Two-stage model predictive control technique
EP2105810A2 (en) Apparatus and method for controlling a system
HU225571B1 (en) Process controller
JP2005044349A (ja) 改善されたパターン認識適応コントローラ
WO2013128214A1 (en) A method for auto-tuning of pid controllers and apparatus therefor
Nowak et al. Flexible function block for industrial applications of active disturbance rejection controller
Kolaj et al. PLC-PIDTuner: Application for PID tuning with SIMATIC S7 PLC controllers
US20160378101A1 (en) Methods, apparatuses and systems for controlling a valve based on a combination of a characteristic curve for the valve and a proportional, integral and derivative signal valve
Engin et al. Auto-tuning of PID parameters with programmable logic controller
JP4982905B2 (ja) 制御方法および制御装置
JP2014191736A (ja) 制御パラメータ決定装置、方法、及びプログラム、並びに、制御器及び最適化制御システム
CN109964180B (zh) 用于确定调节装置的参数的装置和方法
CN106950821A (zh) 在非周期性更新的控制器中基于速度的控制
Kurien et al. Overview of different approaches of pid controller tuning
Laskawski et al. New optimal settings of PI and PID controllers for the first-order inertia and dead time plant
Wos et al. Self-tuning controllers based on polynomial methods for electro-hydraulic servo drive
JP2775968B2 (ja) プロセス制御装置
Barber et al. Adaptive control of a DC motor for educational practices
JPH0511805A (ja) プロセス制御装置
JP7482201B1 (ja) モータ制御システム、制御パラメータ自動調整方法、及び、自動調整プログラム
JPH09146610A (ja) 多変数非線形プロセス・コントローラー
RU2612340C1 (ru) Адаптивная система управления
KR102215752B1 (ko) Ai 기반 노치 필터의 파라미터 설정 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 06812922

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1