Методика синтеза многоканальных ПИД-регуляторов для объектов с монотонными переходными характеристиками

• Автор: Степаненко, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 149 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Глава 1. ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

СЛОЖНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ.

1.1. Введение

1.2. Класс объектов

1.3. Методы идентификации объектов.

1.4. Методы описания линейных многоканальных систем.

1.5. Методы синтеза неподстраиваемых многоканальных

систем

1.6. Подстраиваемые системы автоматического управления

1.7. Постановка задачи диссертационного исследования.
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
НЕПРЕРЫВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
2.1. Введение
2.2. Разработка математической модели объекта на этапе проектирования системы автоматического управления
2.3. Выбор тестовых импульсов
2.4. Определение числа идентифицируемых параметров.
2.5. Идентификация параметров модели.
2.6. Процедура построения математической модели на этапе проектирования
2.7. Быстрый и медленный контуры подстройки
2.8. Выводы
Глава 3. СИНТЕЗ МНОГОКАНАЛЬНЫХ НЕПОДСТРАИВАЕМЫХ
ПИДРЕГУЛЯТОРОВ ЧАСТОТНЫМ МЕТОДОМ.
3.1. Введение
3.2. Преобразование передаточной функции объекта.
3.3. Выбор структуры многоканального регулятора
3.4. Частный случай кратные постоянные времени
3.5. Проверка устойчивости синтезированной системы
управления.
3.6. Обеспечение заданного показателя колебательности.
3.7. Методика синтеза многоканальных неподстраиваемых
ПИДрегуляторов
3.8. Выводы.
Глава 4. СИНТЕЗ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ПОДСТРАИВАЕМЫХ
ПИДРЕГУЛЯТОРОВ
4.1. Введение.
4.2. Общие положения
4.3. Определение существенных параметров модели объекта
4.4. Подстройка параметров регулятора при вариации
параметров объекта в окрестности базовых значений
4.5. Методика синтеза многоканального подстраиваемого
ПИДрегулятора.
4.6. Пример использования методики
4.7. Выводы.
Глава 5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ В ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА ПРИМЕРЕ КОЛОННЫ СИНТЕЗА АММИАКА
5.1. Введение.
5.2. Описание технологического процесса синтеза аммиака
5.3. Математические модели колонны синтеза аммиака.
5.4. Системы управления температурным режимом
5.5. Регулируемые и управляемые переменные, возмущения
5.6. Построение математической модели температурного
режима
5.7. Синтез многоканального неподстраиваемого
ПИДрегулятора
5.8. Синтез многоканального подстраиваемого
ПИДрегулятора
5.9. Выводы
Заключение
Список литературы


Как показывает практика, можно выделить часть наиболее существенных параметров, которые оказывают значительное влияние на качество переходных процессов. Нслдсра-Мида для вычисления параметров модели по реакции объекта управления на подачу тестовых импульсов. В третьей главе разрабатывается методика синтеза многоканальных непод-страиваемых ПИД-регуляторов на основе полученной модели объекта, основанная с использованием частотного метода. В основу ее положено разбиение исходной передаточной функции объекта на сумму двух передаточных функций, одна их которых учитывает основные динамические свойства объекта, вторая -отклонение передаточной функции реального объекта от аппроксимирующей передаточной функции. Проблема обеспечения устойчивости синтезируемой системы частотным методом сводится к исследованию амплитудно-фазовых характеристик. Для проверки устойчивости синтезированной системы в работе используется понятие полосы Гершгорина. Для объектов с монотонными переходными характеристиками применен метод проверки устойчивости синтезированных многоканальных систем, который заключается в оценке расположения полос Гершгорина, построенных около инверсных годографов Найквиста по собственным каналам, относительно точки (-1^0). Выявлен ряд свойств и определены особенности этого метода для рассматриваемого класса объектов. В частости, добиваться устойчивости системы следует выбором параметров регулятора. Качество переходных процессов в синтезированной системе предлагается оценивать по расположению полос Гершгорина, построенных около инверсных годографов Найквиста основных каналов, относительно инверсной окружности показателя колебательности. Обеспечение заданных показателей качества в системе выполняется подстройкой коэффициентов усиления регулятора. В итоге создана методика синтеза многоканальных неподстраиваемых ПИД-регуляторов. Четвертая глава посвящена разработке методики синтеза многоканальных подстраиваемых ПИД-регуляторов. Подчеркивается, что на практике параметры технологического объекта могут изменяться в силу воздействия различных факторов, например, изменения режима ведения технологического процесса, состава реагентов, износа оборудования и т. В результате идентификации параметров модели объекта в быстром контуре подстраивается модель объекта и пересчитывается регулятор по методике синтеза неподстраиваемого ПИД-регулятора. Так как в каждом такте идентификации модель объекта подстраивается и пересчитывается регулятор, необходимо вычислить матрицу перерегулирования системы с новыми параметрами объекта и регулятора. Даются рекомендации по настройке коэффициентов усиления регулятора. Для рассматриваемого класса объектов разрабатывается методика синтеза многоканального подстраиваемого ПИД-рсгулятора, базирующая на методике синтеза неподстраиваемого ПИД-регулятора. Предлагается выполнять подстройку параметров регулятора и модели объекта по принципу двухконтурной подстройки. Один из контуров подстройки - быстрый контур идентификации существенных параметров модели объекта, второй - контур медленной подстройки параметров регулятора. Здесь выполняется компенсация возможного изменения качества переходных процессов в системе после подстройки модели объекта в быстром контуре за счет подстройки коэффициентов усиления регулятора. Рассматриваются вопросы выявления существенных параметров объекта. Построена методика синтеза многоканальных подстраиваемых ГТИД-регуляторов. В пятой главе рассматриваются вопросы реализации предложенных в диссертации методик при создании систем управления в химической промышленности, в частности приведены результаты внедрения в программное обеспечение системы управления температурным режимом в колонне синтеза аммиака производительностью т/сут. КОАО “АЗОТ” в г. Кемерово. Для данного объекта выявлены основные регулируемые переменные, определены базовый режим функционирования объекта и пределы изменения существенных параметров. Для реального объекта построена математическая модель процесса на основе экспериментальных данных. По методике, изложенной в главе 3, выполнен синтез многоканального неподстраиваемого ПИД-регулятора и с помощью .