Параметрический синтез и анализ АСР с ПИД-алгоритмами различной структуры

• Автор: Буй Хай Шон
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

АСР С ПИДАЛГОРИТМОМ.

1.1. ПИДалгоритм и его особенности

1.1.1. Идеальный ПИДалгоритм.

1.1.2. Физически реализуемый ПИДалгоритм

1.1.3. Цифровая реализация ПИДалгоритма

1.1.4. Автоматические регуляторы релейноимпульсного действия

1.1.5. Особенности АСР с ПИДрегулятором

1.2. Методы параметрического синтеза АСР с ПИДрегуляторами

1.2.1. Задача параметрического синтеза АСР
1.2.2. Обзор методов определения настроек ПИДрегулятора
ГЛАВА 2. ОСОБЕННОСТИ ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
АСР С ПИДРЕГУЛЯТОРАМИ
2.1. Расчет линий заданного запаса устойчивости т для АСР с
I идеальным ПИДалгоритмом
2.2. Анализ влияния настроек ПИДрегулятора на распределение корней характеристического уравнения замкнутой системы.
2.3. Расчет оптимальных параметров настройки с использованием комплексного показателя запаса устойчивости.
2.4. Особенности АСР с идеальным ПИДалгоритмом и объектом
управления с запаздыванием.
2.5. Анализ распределения корней характеристического уравнения
2.6. Сравнение методов расчета оптимальных параметров настройки
АСР с ПИДрегулятором
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ РОБАСТНОЙ НАСТРОЙКИ РЕАЛЬНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ
3.1. Параметрический синтез и анализ динамики АСР с цифровым ПИДрегулятором
3.2. Выбор параметров электрического исполнительного механизма
с ГТИДалгоритмом.
3.3. Исследование автоколебаний в АСР с ШИМ и ЭИМ
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
4.1. Описание экспериментального стенда
4.2. Получение математической модели объекта регулирования.
4.3. Настройки регулятора и процессы регулирования по результатам эксперимента и моделирования.
4.4. Возможные области применения ПИДалгоритма в системах автоматизации теплотехнических объектов управления.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Список литературы


Понятия ПИД-алгоритм и ПИД-регулятор появились в теории автоматического регулирования в сороковых годах прошлого столетия []. Эти обобщенные понятия отражают принцип формирования регулирующего воздействия в виде линейной комбинации трех составляющих: пропорциональной сигналу рассогласования, интегралу и производной по времени от сигнала рассогласования. Известно множество алгоритмических структур, реализующих этот принцип. В основе алгоритмической структуры ПИД-алгоритма находятся типовые (элементарные) звенья - пропорциональное (П-), интегрирующее (И-), идеальное (Д-) или реальное (РД-) дифференцирующие. В соответствии с этим автоматический регулятор, работающий по ПИД-алгоритму, определяется как идеальный (физически нереализуемый) или реальный, аналоговый или цифровой с возможностью физической и технической реализации. Схема взаимодействия элементов является второстепенным фактором. Ниже рассматриваются формы представления ПИД-алгоритма в современной теории автоматического управления [,,]. Идеальный ПИД-алгоритм. Ги, 7^ - коэффициент передачи регулятора, постоянные интегрирования и дифференцирования соответственно (параметры настройки регуляторов). Передаточная функция ПИД-регулятора, соответствующая (1. Наряду с (1. Структурные схемы, соответствующие передаточным функциям (1. Рис 1. Алгоритмические структуры ПИД-регуляторов: а) параллельная, б) последовательная. Передаточная функция (1. При переходе от структуры (1. Гн=&(1 + ф-4Тл/Т'}, (1. К=^+^тД,). Две представленные выше структуры отражают особенности приближенной реализации ПИД-алгоритма при построении ПИД-регуляторов. В первых пневматических ПИД-регуляторах использовалась параллельная структура, в электрических (электронных) регуляторах - последовательная структура. Наряду с формами (1. Выражение (1. Ги. Эта форма линейна относительно параметров настройки и позволяет, придавая «избыточному» коэффициенту нулевое значение, перейти к частным случаям ПИД: П-, ПИ- и ПД-алгоритмам. Физически реализуемый ПИД-алгоритм. ПИД-алгоритм, определяемый уравнением (1. Эти ограничения существенно влияют на степень приближения идеального алгоритма к реальному и снижают эффективность ПИД-алгоритма. Цифровая реализация ПИД-алгоритма. В современных автоматических регуляторах и промышленных контроллерах алгоритмы регулирования реализуются программным путем. Вычислительное устройство преобразует в соответствии с заданным алгоритмом сигнал рассогласования, представленный дискретной числовой последовательностью. Алгоритм регулирования в этом случае представляется в форме разностного уравнения. Если входной и выходной сигналы регулятора (контроллера) являются числовыми последовательностями, регулятор определяют как цифровой (дискретный). Т- интервал квантования сигналов по времени. В промышленных автоматических системах регулирования используются регуляторы, входной и выходные сигналы которых являются непрерывными аналоговыми. Обобщенная схема, иллюстрирующая способ цифровой реализации непрерывных алгоритмов, приведена на рис. Регулятор содержит аналого-цифровой преобразователь АЦП, цифровое вычислительное устройство ВУ и цифроаналоговый преобразователь ЦАП (демодулятор). Рис. Входная и выходная переменные такого регулятора являются непрерывными функциями времени. Такой вариант реализации позволяет получить линейные алгоритмы. Г(5) = -? А _ 1 + 2— ет*+ е2Т’г (1. При цифровой реализации регуляторов могут использоваться и другие отличные от рассмотренного алгоритмы цифроаналогового преобразования. В частности, выходной сигнал ЦАП может сохранять на интервале квантования по времени Т неизменное значение, равное /и[кТ]. Передаточная функция (1. Автоматические регуляторы релейно-импульсного действия. В реальных автоматических системах регулирования для осуществления воздействия на регулирующий орган объекта используются электрические исполнительные механизмы (ЭИМ) с постоянной частотой вращения выходного вала. ЭИМ импульсов постоянной амплитуды, скважность которых определяется текущим значением сигнала на входе в ШИМ. Управление ЭИМ постоянной скорости осуществляется по схеме, показанной нарис. Рис.