Косвенные частотные показатели оптимальности для автоматической настройки регуляторов: учет зависимости от параметров модели объекта
Ключевые слова:
автоматическая система регулирования, ПИД- и ПИ-регуляторы, частотные характеристики, автоматическая настройка, косвенные показатели оптимальности, аппроксимация, модель объекта
Аннотация
Рассмотрена задача расчета настройки автоматических систем регулирования с ПИ- и ПИД-регуляторами с применением косвенных условий оптимальности, основанных на общих свойствах частотных характеристик типовых систем регулирования в области резонансной частоты. Указанные условия сводятся к тому, что комплексные частотные характеристики систем в области резонанса должны иметь некоторые заданные значения параметров — косвенные частотные показатели оптимальности. Достоинствами данных условий оптимальности является то, что они реализуют системный подход к настройке регуляторов на основе требований к системе в целом, а также удобны для корректировки с учетом конкретных требований к запасу устойчивости и виду показателя качества.
Приведены расчетные зависимости и аппроксимирующие формулы для вычисления оптимальных значений показателей в зависимости от параметров модели объекта второго порядка с запаздыванием, которые получаются в результате выполнения первого этапа работы алгоритма автоматической настройки регуляторов. Расчетные зависимости получены на основе первичных условий оптимальности в виде минимизации интегрального критерия качества регулирования при ограничении частотного показателя колебательности. Даны примеры расчета настройки ПИД- и ПИ-регуляторов с использованием косвенных частотных показателей.
Литература
1. O'Dwyer A. Handbook of PI end PID Controller Tuning Rules. London: Imperial College Press, 2009.
2. Pereira R., Veronesi M., Visioli A., Normey-Rico J., Torrico B. Implementation and Test of a New Autotuning Method for PID Controllers of TITO Processes // Control Engineering Practice. 2017. V. 58. Pp. 171—185.
3. Kula K.S. The Autotuned Dead-time Compensating Control System with Improved Disturbance Rejection // IFAC-Papers. 2016. V. 49. Iss. 25. Pp. 529—534.
4. Berner J., Soltesz K., Hagglund T., Astrom K.J. Autotuner Identification of TITO Systems Using a Single Relay Feedback Experiment // IFAC-Papers. 2017. V. 50. Iss. 1. Pp. 6619—6623.
5. Болдинов И.А. Автоматизация настройки двухконтурной системы регулирования со сложным дифференциатором // Вестник МЭИ. 2015. № 3. С. 16—21.
6. Алексеев А.С., Замятин С.В. Параметрическая автонастройка регуляторов многоконтурных систем автоматического регулирования // Известия Томского политех. ун-та. 2010. Т. 316. № 5. С. 21—25.
7. Кожевников А.В. Оптимизация автонастройки модальных регуляторов электроприводов // Вестник Череповецкого гос. ун-та. 2015. № 5. С. 17—20.
8. Кожевников А.В., Кочнева Т.Н., Кочнев Н.В. Модальное управление с автонастройкой регулятора в линеаризованных двухмассовых электромеханических системах // Проблемы управления. 2015. № 6. С. 2—9.
9. De Keyser R., Muresan C.I., Ionescu C.I. Autotuning of a Robust Fractional Order PID Сontroller // IFAC- Papers. 2018. V. 51. Iss. 25. Pp. 466—471.
10. Jahanshahi E., Sivalingam S., Schofield J.B. Industrial Test Setup for Autotuning of PID Controllers in Large-scale Processes: Applied to Tennessee Eastman Process // IFAC-Papers. 2015. V. 48. Iss. 8. Pp. 469—476.
11. Киркхов Ю. и др. Автоматическая настройка систем позиционирования при использовании алгоритмов адаптивной фильтрации // Компоненты и технологии. 2011. № 5. С. 140—145.
12. Akshay N., Subbulekshmi D. Online Auto Selection of Tuning Methods and Auto Tuning PI Сontroller in FOPDT Real Time Process – pH Neutralization // Energy procedia. 2017. V. 117. Pp. 1109—1116.
13. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: Издат. дом МЭИ, 2008.
14. Ротач В.Я. и др. Автоматизация настройки систем управления. М.: Энергоиздат, 1984.
15. Кузищин В.Ф., Царев В.С. Алгоритмы ускоренной автоматической настройки регуляторов с оценкой модели объекта по его реакции на импульсное воздействие и в режиме автоколебаний // Теплоэнергетика. 2014. № 4. С. 35—44.
---
Для цитирования: Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И., Хоанг Ван Ва. Косвенные частотные показатели оптимальности для автоматической настройки регуляторов: учет зависимости от параметров модели объекта // Вестник МЭИ. 2019. № 6. С. 106—114. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-106-114.
#
1. O'Dwyer A. Handbook of PI end PID Controller Tuning Rules. London: Imperial College Press, 2009.
2. Pereira R., Veronesi M., Visioli A., Normey-Rico J., Torrico B. Implementation and Test of a New Autotuning Method for PID Controllers of TITO Processes. Control Engineering Practice. 2017;58:171—185.
3. Kula K.S. The Autotuned Dead-time Compensating Control System with Improved Disturbance Rejection. IFAC-Papers. 2016;49;25:529—534.
4. Berner J., Soltesz K., Hagglund T., Astrom K.J. Autotuner Identification of TITO Systems Using a Single Relay Feedback Experiment. FAC-Papers. 2017;50;1: 6619—6623.
5. Boldinov I.A. Avtomatizatsiya Nastroyki Dvukhkonturnoy Sistemy Regulirovaniya So Slozhnym Differentsiatorom. Vestnik MEI. 2015;3:16—21. (in Russian).
6. Alekseev A.S., Zamyatin S.V. Parametricheskaya Avtonastroyka Regulyatorov Mnogokonturnykh Sistem Avtomaticheskogo Regulirovaniya. Izvestiya Tomskogo Politekh. Un-ta. 2010;316;5:21—25. (in Russian).
7. Kozhevnikov A.V. Optimizatsiya Avtonastroyki Modal'nykh Regulyatorov Elektroprivodov. Vestnik Cherepovetskogo Gos. Un-ta. 2015;5:17—20. (in Russian).
8. Kozhevnikov A.V., Kochneva T.N., Kochnev N.V. Modal'noe Upravlenie s Avtonastroykoy Regulyatora v Linearizovannykh Dvukhmassovykh Elektromekhanicheskikh Sistemakh. Problemy Upravleniya. 2015;6:2—9. (in Russian).
9. De Keyser R., Muresan C.I., Ionescu C.I. Autotuning of a Robust Fractional Order PID Сontroller. IFAC- Papers. 2018;51;25:466—471.
10. Jahanshahi E., Sivalingam S., Schofield J.B. Industrial Test Setup for Autotuning of PID Controllers in Large-scale Processes: Applied to Tennessee Eastman Process. IFAC-Papers. 2015;48;8:469—476.
11. Kirkkhov Yu. i dr. Avtomaticheskaya Nastroyka Sistem Pozitsionirovaniya pri Ispol'zovanii Algoritmov Adaptivnoy Fil'tratsii. Komponenty i Tekhnologii. 2011;5: 140—145. (in Russian).
12. Akshay N., Subbulekshmi D. Online Auto Selection of Tuning Methods and Auto Tuning PI Сontroller in FOPDT Real Time Process – pH Neutralization. Energy procedia. 2017;117:1109—1116.
13. Rotach V.Ya. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Izdat. Dom MEI, 2008. (in Russian).
14. Rotach V.Ya. i dr. Avtomatizatsiya Nastroyki Sistem Upravleniya. M.: Energoizdat, 1984. (in Russian).
15. Kuzishchin V.F., Tsarev V.S. Algoritmy Uskorennoy Avtomaticheskoy Nastroyki Regulyatorov s Otsenkoy Modeli Obyekta po Ego Reaktsii na Impul'snoe Vozdeystvie i v Rezhime Avtokolebaniy. Teploenergetika. 2014;4: 35—44. (in Russian).
---
For citation: Kuzishchin V.F., Merzlikina E.I., Hoang Van Va. Indirect Frequency Optimality Indicators for Automatic Tuning of Controllers: Consideration of the Dependence on the Process Model Parameters. Bulletin of MPEI. 2019;6:106—114. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-106-114.
2. Pereira R., Veronesi M., Visioli A., Normey-Rico J., Torrico B. Implementation and Test of a New Autotuning Method for PID Controllers of TITO Processes // Control Engineering Practice. 2017. V. 58. Pp. 171—185.
3. Kula K.S. The Autotuned Dead-time Compensating Control System with Improved Disturbance Rejection // IFAC-Papers. 2016. V. 49. Iss. 25. Pp. 529—534.
4. Berner J., Soltesz K., Hagglund T., Astrom K.J. Autotuner Identification of TITO Systems Using a Single Relay Feedback Experiment // IFAC-Papers. 2017. V. 50. Iss. 1. Pp. 6619—6623.
5. Болдинов И.А. Автоматизация настройки двухконтурной системы регулирования со сложным дифференциатором // Вестник МЭИ. 2015. № 3. С. 16—21.
6. Алексеев А.С., Замятин С.В. Параметрическая автонастройка регуляторов многоконтурных систем автоматического регулирования // Известия Томского политех. ун-та. 2010. Т. 316. № 5. С. 21—25.
7. Кожевников А.В. Оптимизация автонастройки модальных регуляторов электроприводов // Вестник Череповецкого гос. ун-та. 2015. № 5. С. 17—20.
8. Кожевников А.В., Кочнева Т.Н., Кочнев Н.В. Модальное управление с автонастройкой регулятора в линеаризованных двухмассовых электромеханических системах // Проблемы управления. 2015. № 6. С. 2—9.
9. De Keyser R., Muresan C.I., Ionescu C.I. Autotuning of a Robust Fractional Order PID Сontroller // IFAC- Papers. 2018. V. 51. Iss. 25. Pp. 466—471.
10. Jahanshahi E., Sivalingam S., Schofield J.B. Industrial Test Setup for Autotuning of PID Controllers in Large-scale Processes: Applied to Tennessee Eastman Process // IFAC-Papers. 2015. V. 48. Iss. 8. Pp. 469—476.
11. Киркхов Ю. и др. Автоматическая настройка систем позиционирования при использовании алгоритмов адаптивной фильтрации // Компоненты и технологии. 2011. № 5. С. 140—145.
12. Akshay N., Subbulekshmi D. Online Auto Selection of Tuning Methods and Auto Tuning PI Сontroller in FOPDT Real Time Process – pH Neutralization // Energy procedia. 2017. V. 117. Pp. 1109—1116.
13. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: Издат. дом МЭИ, 2008.
14. Ротач В.Я. и др. Автоматизация настройки систем управления. М.: Энергоиздат, 1984.
15. Кузищин В.Ф., Царев В.С. Алгоритмы ускоренной автоматической настройки регуляторов с оценкой модели объекта по его реакции на импульсное воздействие и в режиме автоколебаний // Теплоэнергетика. 2014. № 4. С. 35—44.
---
Для цитирования: Кузищин В.Ф., Мерзликина Е.И., Хоанг Ван Ва. Косвенные частотные показатели оптимальности для автоматической настройки регуляторов: учет зависимости от параметров модели объекта // Вестник МЭИ. 2019. № 6. С. 106—114. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-106-114.
#
1. O'Dwyer A. Handbook of PI end PID Controller Tuning Rules. London: Imperial College Press, 2009.
2. Pereira R., Veronesi M., Visioli A., Normey-Rico J., Torrico B. Implementation and Test of a New Autotuning Method for PID Controllers of TITO Processes. Control Engineering Practice. 2017;58:171—185.
3. Kula K.S. The Autotuned Dead-time Compensating Control System with Improved Disturbance Rejection. IFAC-Papers. 2016;49;25:529—534.
4. Berner J., Soltesz K., Hagglund T., Astrom K.J. Autotuner Identification of TITO Systems Using a Single Relay Feedback Experiment. FAC-Papers. 2017;50;1: 6619—6623.
5. Boldinov I.A. Avtomatizatsiya Nastroyki Dvukhkonturnoy Sistemy Regulirovaniya So Slozhnym Differentsiatorom. Vestnik MEI. 2015;3:16—21. (in Russian).
6. Alekseev A.S., Zamyatin S.V. Parametricheskaya Avtonastroyka Regulyatorov Mnogokonturnykh Sistem Avtomaticheskogo Regulirovaniya. Izvestiya Tomskogo Politekh. Un-ta. 2010;316;5:21—25. (in Russian).
7. Kozhevnikov A.V. Optimizatsiya Avtonastroyki Modal'nykh Regulyatorov Elektroprivodov. Vestnik Cherepovetskogo Gos. Un-ta. 2015;5:17—20. (in Russian).
8. Kozhevnikov A.V., Kochneva T.N., Kochnev N.V. Modal'noe Upravlenie s Avtonastroykoy Regulyatora v Linearizovannykh Dvukhmassovykh Elektromekhanicheskikh Sistemakh. Problemy Upravleniya. 2015;6:2—9. (in Russian).
9. De Keyser R., Muresan C.I., Ionescu C.I. Autotuning of a Robust Fractional Order PID Сontroller. IFAC- Papers. 2018;51;25:466—471.
10. Jahanshahi E., Sivalingam S., Schofield J.B. Industrial Test Setup for Autotuning of PID Controllers in Large-scale Processes: Applied to Tennessee Eastman Process. IFAC-Papers. 2015;48;8:469—476.
11. Kirkkhov Yu. i dr. Avtomaticheskaya Nastroyka Sistem Pozitsionirovaniya pri Ispol'zovanii Algoritmov Adaptivnoy Fil'tratsii. Komponenty i Tekhnologii. 2011;5: 140—145. (in Russian).
12. Akshay N., Subbulekshmi D. Online Auto Selection of Tuning Methods and Auto Tuning PI Сontroller in FOPDT Real Time Process – pH Neutralization. Energy procedia. 2017;117:1109—1116.
13. Rotach V.Ya. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Izdat. Dom MEI, 2008. (in Russian).
14. Rotach V.Ya. i dr. Avtomatizatsiya Nastroyki Sistem Upravleniya. M.: Energoizdat, 1984. (in Russian).
15. Kuzishchin V.F., Tsarev V.S. Algoritmy Uskorennoy Avtomaticheskoy Nastroyki Regulyatorov s Otsenkoy Modeli Obyekta po Ego Reaktsii na Impul'snoe Vozdeystvie i v Rezhime Avtokolebaniy. Teploenergetika. 2014;4: 35—44. (in Russian).
---
For citation: Kuzishchin V.F., Merzlikina E.I., Hoang Van Va. Indirect Frequency Optimality Indicators for Automatic Tuning of Controllers: Consideration of the Dependence on the Process Model Parameters. Bulletin of MPEI. 2019;6:106—114. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-6-106-114.
Опубликован
2019-02-20
Выпуск
Раздел
Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (05.13.06)
