RU2388037C1 - Способ расширения диапазона устойчивой работы аср - Google Patents
Способ расширения диапазона устойчивой работы аср Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388037C1 RU2388037C1 RU2008134745/09A RU2008134745A RU2388037C1 RU 2388037 C1 RU2388037 C1 RU 2388037C1 RU 2008134745/09 A RU2008134745/09 A RU 2008134745/09A RU 2008134745 A RU2008134745 A RU 2008134745A RU 2388037 C1 RU2388037 C1 RU 2388037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- control
- error
- proportional
- current
- stable operation
- Prior art date
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в автоматических системах регулирования (АСР). Техническим результатом является расширение диапазона устойчивой работы АСР при изменении свойств объекта регулирования и/или при появлении значительных возмущений как по нагрузке, так и по каналу регулирования. Способ расширения диапазона устойчивой работы АСР основан на коррекции пропорциональной и интегральной составляющих управляющего сигнала, причем корректирующее воздействие является непрерывной функцией текущей ошибки регулирования. Для каждой составляющей закона регулирования в пределах от выбранного значения текущей ошибки до нулевого значения пропорциональная составляющая в соответствии с функцией ослабляется, а интегральная усиливается по мере уменьшения абсолютной величины текущей ошибки регулирования. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области автоматических систем регулирования (АСР), более конкретно к регуляторам для стабилизации параметров технологических процессов.
Подавляющее большинство выпускаемых и эксплуатируемых регуляторов в АСР реализуют в своей программе ПИД-закон регулирования. Регуляторы с ПИД-законом регулирования являются по существу единственными регуляторами, используемыми на практике в системах автоматического управления технологическими процессами. Широкое применение ПИД-закона обусловлено тем, что алгоритм их функционирования удачно имитирует работу опытного человека-оператора.
У регуляторов, выполненных на микропроцессорной основе, широко применяется ПИД-закон регулирования (МЕТАКОН - 515 - изготовитель НПФ «КонтрАвт»; UP350 - изготовитель «Эталон прибор», Челябинск). В таких регуляторах предусматривается такая сервисная функция, как автоматическая настройка параметров по команде оператора с последующей ручной подстройкой.
Оптимизацию настроек регуляторов производят в основном тремя наиболее распространенными методами поиска минимума:
- среднеквадратического отклонения (СКО);
- интегрально-модульного (IAE);
- интеграла произведения модуля на время (ITAE).
Регуляторы, настроенные по этим методам, имеют сходные характеристики переходных процессов.
Оптимизированные этими методами настройки регуляторы обеспечивают заданные показатели качества регулирования в определенных границах режима работы объекта регулирования и при ограниченных по величине возмущающих воздействиях.
Показатели качества переходного процесса ухудшаются, если свойства объекта регулирования и возмущающие воздействия в ходе эксплуатации выходят за эти пределы.
Недостатком данных регуляторов является неизменность настроек как при больших, так и при незначительных возмущениях, что обуславливает ограниченность области устойчивой работы АСР. Наиболее значительное ухудшение качества регулирования проявляется при изменении параметров объекта регулирования.
При изменении свойств объекта регулирования и при появлении значительных возмущений как по нагрузке, так и по каналу регулирования, коэффициенты настройки системы должны изменяться, однако формирование управляющего воздействия регулятором остается неизменным как в установившемся, так и в переходном режимах, что приводит к увеличению колебательности, перерегулирования и времени регулирования.
В малоинерционных объектах (относительно скорости перемещения регулирующего органа) при больших возмущениях, близких к ступенчатым, регулируемая величина изменяется достаточно быстро. Возникает ситуация, когда интегральная составляющая управляющего воздействия копится быстрее, чем регулирующий орган успевает отработать. В результате в системе возникают колебания или даже потеря устойчивости.
Известен Пропорционально-Интегрально-Дифференциальный регулятор (Патент RU 2234116 С1), в котором для расширения области устойчивости введен нелинейный блок с зоной нечувствительности, включенный параллельно блоку, формирующему пропорциональную часть управляющего воздействия. Причем в пределах зоны нечувствительности нелинейного блока пропорциональная составляющая управляющего воздействия остается небольшой (ослабленной) (с.3, абзац 35). В данном регуляторе не устраняется ситуация, характерная для малоинерционных объектов (относительно скорости перемещения регулирующего органа), когда интегральная составляющая управляющего воздействия копится быстрее, чем регулирующий орган успевает отработать.
Известен способ коррекции систем автоматического регулирования (Патент RU 2234116 С1), в котором, при уменьшении текущей ошибки регулирования до значения, равного или меньше заданного, происходит изменение сигнала в цепи обратной связи, который формируется как произведение скорости изменения выходного параметра объекта на уменьшенный фиксированный коэффициент, что переводит переходный процесс в монотонный. Данный прием увеличивает устойчивость системы в установленных пределах отклонения стабилизируемого параметра объекта от заданного и ускоряет устранение отклонения в случае превышения им заданного значения, но ослабляет пропорциональную и дифференциальную составляющую сигнала управления, увеличивая погрешность стабилизации регулируемого параметра в установившемся состоянии.
Известен способ расширения границ устойчивой работы АСР, реализуемый при настройке регулятора по минимальному времени регулирования (Промышленные АСУ и контроллеры. 2005 г., №5, стр.56).
Переходные процессы регулирования регуляторов, настроенных методом минимального времени регулирования, приобретают апериодический характер. При возмущении по «нагрузке» он характеризуется большей устойчивостью АСР. Время действия единственной полуволны (при возмущении по «нагрузке») существенно больше времени действия первой полуволны при других методах настройки. Для переходных процессов апериодического вида характерно увеличение погрешности стабилизации регулируемого параметра в установившемся состоянии.
Известен способ расширения границ устойчивой работы АСР "ослаблением" настроек ПИ-регулятора (Варламов И.Г. «В каких случаях "ослабление" регулятора оправдано?». Промышленные АСУ и контроллеры. 2005 г., №9).
Прием "ослабления" настроек регулятора позволяет расширить границы устойчивой работы АСР, но при этом ухудшаются основные показатели качества регулирования, расширяется диапазон отклонения регулируемого параметра в установившемся состоянии.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении границ устойчивой работы АСР и сохранении допустимых показателей качества регулирования автоматической системы при изменении характеристик объекта, а также при появлении увеличенных возмущающих воздействиях на систему стабилизации регулируемой величины как при переходных процессах, так и в установившемся режиме.
Для достижения технического результата производят не общее «ослабление» настроек регулятора (уменьшение коэффициентов составляющих ПИД-закона регулирования), а корректировку пропорциональной и интегральной составляющих сигнала управления как функции текущей ошибки регулирования в выбранной области значений от заданного до нулевого значения.
Отличительный признак предлагаемого способа от наиболее близкого к нему указанного выше известного способа заключается не общим ослаблением настроек регулятора, а коррекцией пропорциональной и интегральной составляющих сигнала управления в зависимости от текущей ошибки регулирования в выбранном диапазоне значений текущей ошибки регулирования при сохранении неизменными коэффициентов регулятора.
Для реализации этого способа в структуру регулятора между блоком сравнения и каждым из блоков, формирующих пропорциональную и интегральную составляющие управляющего сигнала, введены два блока коррекции пропорциональной и интегральной составляющих. В одном выполняют операцию возведения значения текущей ошибки регулирования в степень, равную или меньше единицы, а во втором в степень, равную или больше единицы.
Предлагаемый способ характеризуется тем, что управляющий сигнал формируют, преобразуя сигнал текущей ошибки регулирования в нелинейную функцию перед каждым из блоков формирующих пропорциональную и интегральную составляющие управляющего сигнала регулятора. Преобразование текущей ошибки регулирования выполняется таким образом, что в выбранной области значений от заданного до нулевого значения выполняется ослабление ее перед пропорциональным блоком и усиление перед блоком интегрирования. При этом коэффициенты настройки регулятора в процессе работы регулятора после выполненной настройки остаются неизменными.
Предложенный способ поясняется блок-схемой АСР, реализующей ПИ-закон регулирования с коррекцией текущей ошибки регулирования по предлагаемому способу. Система содержит элемент сравнения 1, входы которого подключены к задатчику 2 стабилизируемого параметра и к выходу объекта управления 3. Выход элемента сравнения 1 соединен с входом блока 4 коррекции текущей ошибки регулирования канала, формирующего пропорциональную составляющую сигнала управления, и соединен с входом блока 5 коррекции текущей ошибки регулирования канала, формирующего интегральную составляющую сигнала управления.
Выход с блока 4 соединен с входом блока умножения 6, формирующего пропорциональную составляющую сигнала управления, а выход с блока 5 соединен с входом интегратора 7, формирующего интегральную составляющую сигнала управления.
Выходы с блоков 6 и 7 соединены с входами сумматора 8. Выход с сумматора 8 соединен с входом объекта управления 3.
Автоматическая система по предлагаемому способу работает следующим образом.
На вход элемента сравнения 1 поступает сигнал от задатчика 2 стабилизируемого параметра и текущее значение параметра с выхода объекта управления 3.
Сигнал текущей ошибки регулирования ε, снимаемый с элемента сравнения 1, поступает на блок 4 и блок 5.
В блоке 4 текущая ошибка регулирования ε корректируется (ослабляется) в пределах выбранного диапазона. Выходной сигнал εn блока 4 является функцией переменной величины ε в выбранном диапазоне значений ε, начиная с нулевого значения. За пределами выбранного диапазона сигнал ε передается на выход блока 4 без коррекции. В блоке 6 сигнал εn умножается на коэффициент пропорциональности, установленный при настройке регулятора АСР, оставаясь оптимальным при увеличенных значениях ошибки регулирования, что позволяет быстрее устранить отклонение стабилизируемого параметра от задания при значениях ε больше верхней границы диапазона ослабления и уменьшить колебательность переходного процесса по мере уменьшения текущей ошибки регулирования в пределах диапазона ослабления.
В блоке 5 текущая ошибка регулирования ε корректируется (усиливается) в пределах выбранного диапазона для интегральной составляющей сигнала управления. Выходной сигнал εu блока 5 является функцией переменной величины ε, в выбранном диапазоне значений ε, начиная с нулевого значения.
За пределами выбранного диапазона сигнал ε передается на выход блока 5 без коррекции. В интеграторе 7 сигнал εu интегрируется.
Коэффициент интеграла при настройке регулятора АСР устанавливается несколько уменьшенным (ослабленным), оставаясь неизменным при увеличенных значениях ошибки регулирования.
Уменьшение скорости воздействия интегральной составляющей при больших отклонениях стабилизируемого параметра от заданного позволяет избежать ситуации, когда интегральная составляющая управляющего сигнала копится быстрее, чем регулирующий орган успевает отреагировать.
В то же время с уменьшением ошибки регулирования после заданного ее значения, интегральная составляющая усиливается, что обеспечивает большую точность поддержания заданного значения стабилизируемого параметра в установившемся режиме.
Более подробно действие блоков коррекции текущей ошибки регулирования пояснены следующими примерами.
1. Например, в блоке 4 коррекции пропорциональной составляющей сигнала управления реализуется следующая функция коррекции
где
N - верхняя граница диапазона коррекции пропорциональной составляющей сигнала управления, примем диапазон ослабления от нуля до 1,5% диапазона измерения стабилизируемого параметра;
a - коэффициент ослабления, примем a=1,2.
Тогда:
- при ε=0,7% на входе блока, на выходе сигнал текущей ошибки регулирования будет εn=0,6%,
- при ε=0,2% на входе блока, на выходе будет εn=0,13%.
С уменьшением текущей ошибки регулирования на входе блока 4 ослабление сигнала усиливается. Так, в первом случае сигнал уменьшился в 1,17 раза, а во втором в 1,5 раза.
При превышении входным сигналом установленной границы (в данном случае 1,5%) коэффициент ослабления устанавливается равным единице, блокируя усиление выходного сигнала.
2. Например, в блоке 5 коррекции интегральной составляющей сигнала управления реализуется следующая функция коррекции
где
N - верхняя граница диапазона коррекции интегральной составляющей сигнала управления, примем диапазон усиления от нуля до 1,5% диапазона измерения стабилизируемого параметра;
в - коэффициент усиления, примем в=0,8.
Тогда:
- при ε=0,7% на входе блока, на выходе сигнал текущей ошибки регулирования будет εu=0,81%,
- при ε=0,2% на входе блока, на выходе будет εu=0,3%.
С уменьшением текущей ошибки регулирования на входе блока 4 усиление сигнала возрастает. Так, в первом случае сигнал увеличился в 1,16 раза, а во втором в 1,5 раза.
При превышении входным сигналом установленной границы (в данном примере 1,5%) коэффициент усиления устанавливается равным единице, блокируя усиление выходного сигнала.
Первоначальная настройка регулятора осуществляется с применением одного из общепринятых способов, при этом степенные показатели a и в должны быть равны единице.
При увеличении возмущающих воздействий для улучшения показателей переходного процесса степенной показатель, например (a), в блоке коррекции пропорциональной составляющей закона устанавливают больше единицы, что приводит к «ослаблению» управляющего воздействия в диапазоне от нулевого значения до выбранной границы и снижению колебательности, а степенной показатель, например (в), в блоке коррекции интегральной составляющей закона устанавливают меньше единицы при одновременном уменьшении коэффициента интегратора, что приводит к «усилению» управляющего воздействия в диапазоне от нулевого значения до выбранной границы и ослаблению управляющего воздействия за пределами выбранной границы. Такой способ коррекции интегральной составляющей закона регулирования позволяет уменьшить скорость накопления интегральной за пределами выбранного диапазона коррекции, и в то же время с уменьшением ошибки регулирования в пределах диапазона коррекции интегральная составляющая усиливается, что обеспечивает большую точность поддержания заданного значения стабилизируемого параметра в установившемся режиме.
Таким образом, использование предлагаемого способа расширения границ устойчивости АСР снижает вероятность потери устойчивости при сохранении допустимых показателей качества регулирования автоматической системы в случае изменения характеристик объекта, а также при появлении увеличенных возмущающих воздействий на систему стабилизации регулируемого параметра как при переходных процессах, так и в установившемся режиме.
Claims (1)
- Способ расширения диапазона устойчивой работы АСР при увеличенных возмущающих воздействиях, включающий настройку регулятора, реализующего пропорциональную и интегральную составляющие закона регулирования, при которой сигнал управляющего воздействия зависит только от величины текущей ошибки регулирования и фиксированных значений коэффициентов пропорциональной и интегральной составляющих закона регулирования, установленных при настройке регулятора, причем коэффициенты уменьшаются - «ослабляется настройка», отличающийся тем, что сигнал управляющего воздействия формируют, предварительно преобразуя текущую ошибку регулирования перед поступлением ее на входы блоков пропорциональной и интегральной составляющих закона регулирования, причем преобразование происходит в соответствии со значениями непрерывной функции, аргументом которой является текущая ошибка регулирования, при этом для каждой составляющей закона регулирования в пределах от выбранного значения текущей ошибки до нулевого значения пропорциональная составляющая в соответствии с функцией ослабляется, а интегральная усиливается по мере уменьшения абсолютной величины текущей ошибки регулирования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134745/09A RU2388037C1 (ru) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Способ расширения диапазона устойчивой работы аср |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134745/09A RU2388037C1 (ru) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Способ расширения диапазона устойчивой работы аср |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008134745A RU2008134745A (ru) | 2010-02-27 |
RU2388037C1 true RU2388037C1 (ru) | 2010-04-27 |
Family
ID=42127633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008134745/09A RU2388037C1 (ru) | 2008-08-25 | 2008-08-25 | Способ расширения диапазона устойчивой работы аср |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2388037C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619746C1 (ru) * | 2016-03-24 | 2017-05-17 | Евгений Витальевич Зубков | Способ расширения диапазона регулирования АСР без потери устойчивости |
-
2008
- 2008-08-25 RU RU2008134745/09A patent/RU2388037C1/ru active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2619746C1 (ru) * | 2016-03-24 | 2017-05-17 | Евгений Витальевич Зубков | Способ расширения диапазона регулирования АСР без потери устойчивости |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008134745A (ru) | 2010-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69409481T2 (de) | Regler | |
CN104252135B (zh) | Pid控制***抗积分饱和及抑制超调的智能积分方法 | |
KR920004079B1 (ko) | 프로세스 제어장치 및 방법 | |
KR19990022789A (ko) | 다변수 예측 제어기내에서 독립적인 피드포워드 제어를결합하는 방법 | |
CN107181440B (zh) | 基于电机pi控制的动态积分补偿方法、***及车辆 | |
RU2769325C2 (ru) | Способ регулирования частоты вращения центробежного насоса | |
CN106909073A (zh) | 一种数字调节器的参数调整方法 | |
RU2388037C1 (ru) | Способ расширения диапазона устойчивой работы аср | |
CN111520700A (zh) | 基于锅炉主蒸汽压力调节偏差实时修正的微分计算方法 | |
US10439354B2 (en) | Cascade control system of optical fiber amplifier | |
Kurien et al. | Overview of different approaches of pid controller tuning | |
JP6585950B2 (ja) | 制御装置および制御方法 | |
CN111650829A (zh) | 基于人工智能的内嵌pid模块参数调节方法、***及装置 | |
KR102415186B1 (ko) | 제어 거동을 조정할 수 있는 제어 장치 | |
CN110703592B (zh) | 一种pid调节方法及pid调节器 | |
CN111338205B (zh) | 一种基于控制偏差变化分区的自适应pid控制器及控制方法 | |
JPWO2008018496A1 (ja) | 制御方法および制御装置 | |
JP7089336B2 (ja) | 制御装置 | |
US7092770B2 (en) | Feedback control method and feedback control device | |
KR20070043071A (ko) | 비례-적분 제어기의 게인 튜닝방법 | |
KR101572241B1 (ko) | 강건한 제어 성능을 갖는 제어시스템 | |
RU2619746C1 (ru) | Способ расширения диапазона регулирования АСР без потери устойчивости | |
RU2234116C1 (ru) | Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор | |
JPH07104805A (ja) | 半導体製造装置の制御装置の制御方法及びその制御装置 | |
CN113515037B (zh) | 一种改进的无模型***的pid控制器参数整定方法 |