Динамика непрерывных систем управления с элементами запаздывания в составе корректирующих фильтров
Ключевые слова:
элемент запаздывания, помеха, частотные характеристики, корректирующий фильтр, регулятор, система управления
Аннотация
Рассмотрены вопросы применения корректирующих устройств с элементами запаздывания (ЭЗ). Данные фильтры предложены в качестве альтернативы широко используемым в управлении фильтрам высоких частот и низких частот первого порядка.
Показано, что фильтры с ЭЗ позволяют до 30% снизить мощность высокочастотных помех в выходном сигнале регулятора по сравнению с традиционными фильтрами. Причем эти результаты показываются при использовании их в составе замкнутых непрерывных систем.
Проанализированы два варианта включения фильтров, используемых в практике управления. Первый вариант — последовательное включение фильтров в контур управления (применительно к астатическим системам с пропорционально-дифференцирующим регулятором как в линейном, так и в релейном вариантах работы). Второй вариант — использование корректирующего фильтра в местной обратной связи на примере обобщенного представления позиционной приборной следящей системы.
Предложен достаточно простой способ определения параметров фильтров с ЭЗ, обеспечивающих возможность использования традиционных методик синтеза регуляторов в частотной области и оценки их динамических свойств.
Литература
1. Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. М.: Машиностроение, 1974.
2. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973.
3. Кулаков Г.Т. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования. М.: Высшая школа, 1984.
4. Колосов О.С., Кошоева Б.Б. Алгоритмы численного дифференцирования реального времени для задач автоматизации и управления. Новые технологии. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 2. С. 10—15.
5. Колосов О.С., Подольская И.Е., Кульмамиров С.А., Фон Чжаньлинь. Алгоритмы численного дифференцирования в задачах управления. М.: Издат. дом МЭИ, 2009.
6. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972.
7. Нетушил А.В. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 1976.
8. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация. М.: Мир, 1982.
9. Коберниченко В.Г. Расчет и проектирование цифровых фильтров. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2015.
10. Бабочкин М.А., Колосов О.С., Кузнецова А.А. Снижение мощности высокочастотных помех в сигнале управления автоматических систем гребенчатыми фильтрами // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 91—100.
11. Li Y., Ang K.H, Chong G.C.Y. Patents, Software, and Hardware for PID Control. An Overview and Analysis of the Current art // IEEE Control Systems Magazine. 2006. No. 2. Pp. 41—54.
12. Денисенко В.В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации // Современные технологии автоматизации. 2006. № 4. С. 66—74; 2007. № 1. С. 78—88.
13. Quevedo J., Escobet T. Digital Control: Past, Present and Future of PID Control // Proc. IFAC Workshop. Terrassa, 2000. Рp. 5—7.
14. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID Сontrol. ISA, 2006.
15. Джури Э. Импульсные системы автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1963.
16. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. М.: Физматгиз, 1963.
17. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1990.
18. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука,1967.
19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984.
20. Вейцель В.А. Теория и проектирование радиосистем радиоуправления и передачи информации. М.: Горячая линия – Телеком, 2018.
---
Для цитирования: Бабочкин М.А., Колосов О.С., Кузнецова А.А. Динамика непрерывных систем управления с элементами запаздывания в составе корректирующих фильтров // Вестник МЭИ. 2021. № 1.
#
1. Guretskiy Kh. Analiz i Sintez Sistem Upravleniya s Zapazdyvaniem. M.: Mashinostroenie, 1974. (in Russian).
2. Rotach V.Ya. Raschet Dinamiki Promyshlennykh Avtomaticheskikh Sistem Regulirovaniya. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
3. Kulakov G.T. Inzhenernye Ekspress-metody Rascheta Promyshlennykh Sistem Regulirovaniya. M.: Vysshaya Shkola, 1984. (in Russian).
4. Kolosov O.S., Koshoeva B.B. Algoritmy Chislennogo Differentsirovaniya Real'nogo Vremeni dlya Zadach Avtomatizatsii i Upravleniya. Novye Tekhnologii. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2012;2:10—15. (in Russian).
5. Kolosov O.S., Podol'skaya I.E., Kul'mamirov S.A., Fon Chzhan'lin'. Algoritmy Chislennogo Differentsirovaniya v Zadachakh Upravleniya. M.: Izd. Dom MEI, 2009. (in Russian).
6. Besekerskiy V.A., Popov E.P. Teoriya Sistem Avtomaticheskogo Regulirovaniya. M.: Nauka, 1972. (in Russian).
7. Netushil A.V. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Vysshaya Shkola, 1976. (in Russian).
8. Lem G. Analogovye i Tsifrovye Fil'try. Raschet i Realizatsiya. M.: Mir, 1982. (in Russian).
9. Kobernichenko V.G. Raschet i Proektirovanie Tsifrovykh Fil'trov. Ekaterinburg: Izd-vo Ural'skogo Un-ta, 2015. (in Russian).
10. Babochkin M.A., Kolosov O.S., Kuznetsova A.A. Snizhenie Moshchnosti Vysokochastotnykh Pomekh v Signale Upravleniya Avtomaticheskikh Sistem Grebenchatymi Fil't-rami. Vestnik MEI. 2020;6:91—100. (in Russian).
11. Li Y., Ang K.H, Chong G.C.Y. Patents, Software, and Hardware for PID Control. An Overview and Analysis of the Current Art. IEEE Control Syst. Magazine. 2006;2: 41—54.
12. Denisenko V.V. PID-regulyatory: Printsipy Postroeniya i Modifikatsii. Sovremennye Tekhnologii Avtomatizatsii. 2006;4:66—74; 2007;1:78—88. (in Russian).
13. Quevedo J., Escobet T. Digital Control: Past, Present and Future of PID Control. Proc. IFAC Workshop. Terrassa, 2000:5—7.
14. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID Control. ISA, 2006.
15. Dzhuri E. Impul'snye Sistemy Avtomaticheskogo Regulirovaniya. M.: Fizmatgiz, 1963. (in Russian).
16. Tsypkin Ya.Z. Teoriya Lineynykh Impul'snykh Sistem. M.: Fizmatgiz, 1963. (in Russian).
17. Turchak L.I. Osnovy Chislennykh Metodov. M.: Nauka, 1990. (in Russian).
18. Ango A. Matematika dlya Elektro- i Radioinzhenerov. M.: Nauka, 1967. (in Russian).
19. Korn G., Korn T. Spravochnik po Matematike dlya Nauchnykh Rabotnikov i Inzhenerov. M.: Nauka, 1984. (in Russian).
20. Veytsel' V.A. Teoriya i Proektirovanie Radiosistem Radioupravleniya i Peredachi Informatsii. M.: Goryachaya Liniya – Telekom, 2018. (in Russian).
---
For citation: Babochkin M.A., Kolosov O.S., Kuznetsova A.A. The Dynamics of Continuous Control Systems with Delay Elements as Part of Correction Filters. Bulletin of MPEI. 2021;1:76—85. (in Russian).
2. Ротач В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. М.: Энергия, 1973.
3. Кулаков Г.Т. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования. М.: Высшая школа, 1984.
4. Колосов О.С., Кошоева Б.Б. Алгоритмы численного дифференцирования реального времени для задач автоматизации и управления. Новые технологии. // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 2. С. 10—15.
5. Колосов О.С., Подольская И.Е., Кульмамиров С.А., Фон Чжаньлинь. Алгоритмы численного дифференцирования в задачах управления. М.: Издат. дом МЭИ, 2009.
6. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972.
7. Нетушил А.В. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 1976.
8. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация. М.: Мир, 1982.
9. Коберниченко В.Г. Расчет и проектирование цифровых фильтров. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2015.
10. Бабочкин М.А., Колосов О.С., Кузнецова А.А. Снижение мощности высокочастотных помех в сигнале управления автоматических систем гребенчатыми фильтрами // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 91—100.
11. Li Y., Ang K.H, Chong G.C.Y. Patents, Software, and Hardware for PID Control. An Overview and Analysis of the Current art // IEEE Control Systems Magazine. 2006. No. 2. Pp. 41—54.
12. Денисенко В.В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации // Современные технологии автоматизации. 2006. № 4. С. 66—74; 2007. № 1. С. 78—88.
13. Quevedo J., Escobet T. Digital Control: Past, Present and Future of PID Control // Proc. IFAC Workshop. Terrassa, 2000. Рp. 5—7.
14. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID Сontrol. ISA, 2006.
15. Джури Э. Импульсные системы автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1963.
16. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. М.: Физматгиз, 1963.
17. Турчак Л.И. Основы численных методов. М.: Наука, 1990.
18. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука,1967.
19. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984.
20. Вейцель В.А. Теория и проектирование радиосистем радиоуправления и передачи информации. М.: Горячая линия – Телеком, 2018.
---
Для цитирования: Бабочкин М.А., Колосов О.С., Кузнецова А.А. Динамика непрерывных систем управления с элементами запаздывания в составе корректирующих фильтров // Вестник МЭИ. 2021. № 1.
#
1. Guretskiy Kh. Analiz i Sintez Sistem Upravleniya s Zapazdyvaniem. M.: Mashinostroenie, 1974. (in Russian).
2. Rotach V.Ya. Raschet Dinamiki Promyshlennykh Avtomaticheskikh Sistem Regulirovaniya. M.: Energiya, 1973. (in Russian).
3. Kulakov G.T. Inzhenernye Ekspress-metody Rascheta Promyshlennykh Sistem Regulirovaniya. M.: Vysshaya Shkola, 1984. (in Russian).
4. Kolosov O.S., Koshoeva B.B. Algoritmy Chislennogo Differentsirovaniya Real'nogo Vremeni dlya Zadach Avtomatizatsii i Upravleniya. Novye Tekhnologii. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2012;2:10—15. (in Russian).
5. Kolosov O.S., Podol'skaya I.E., Kul'mamirov S.A., Fon Chzhan'lin'. Algoritmy Chislennogo Differentsirovaniya v Zadachakh Upravleniya. M.: Izd. Dom MEI, 2009. (in Russian).
6. Besekerskiy V.A., Popov E.P. Teoriya Sistem Avtomaticheskogo Regulirovaniya. M.: Nauka, 1972. (in Russian).
7. Netushil A.V. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Vysshaya Shkola, 1976. (in Russian).
8. Lem G. Analogovye i Tsifrovye Fil'try. Raschet i Realizatsiya. M.: Mir, 1982. (in Russian).
9. Kobernichenko V.G. Raschet i Proektirovanie Tsifrovykh Fil'trov. Ekaterinburg: Izd-vo Ural'skogo Un-ta, 2015. (in Russian).
10. Babochkin M.A., Kolosov O.S., Kuznetsova A.A. Snizhenie Moshchnosti Vysokochastotnykh Pomekh v Signale Upravleniya Avtomaticheskikh Sistem Grebenchatymi Fil't-rami. Vestnik MEI. 2020;6:91—100. (in Russian).
11. Li Y., Ang K.H, Chong G.C.Y. Patents, Software, and Hardware for PID Control. An Overview and Analysis of the Current Art. IEEE Control Syst. Magazine. 2006;2: 41—54.
12. Denisenko V.V. PID-regulyatory: Printsipy Postroeniya i Modifikatsii. Sovremennye Tekhnologii Avtomatizatsii. 2006;4:66—74; 2007;1:78—88. (in Russian).
13. Quevedo J., Escobet T. Digital Control: Past, Present and Future of PID Control. Proc. IFAC Workshop. Terrassa, 2000:5—7.
14. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID Control. ISA, 2006.
15. Dzhuri E. Impul'snye Sistemy Avtomaticheskogo Regulirovaniya. M.: Fizmatgiz, 1963. (in Russian).
16. Tsypkin Ya.Z. Teoriya Lineynykh Impul'snykh Sistem. M.: Fizmatgiz, 1963. (in Russian).
17. Turchak L.I. Osnovy Chislennykh Metodov. M.: Nauka, 1990. (in Russian).
18. Ango A. Matematika dlya Elektro- i Radioinzhenerov. M.: Nauka, 1967. (in Russian).
19. Korn G., Korn T. Spravochnik po Matematike dlya Nauchnykh Rabotnikov i Inzhenerov. M.: Nauka, 1984. (in Russian).
20. Veytsel' V.A. Teoriya i Proektirovanie Radiosistem Radioupravleniya i Peredachi Informatsii. M.: Goryachaya Liniya – Telekom, 2018. (in Russian).
---
For citation: Babochkin M.A., Kolosov O.S., Kuznetsova A.A. The Dynamics of Continuous Control Systems with Delay Elements as Part of Correction Filters. Bulletin of MPEI. 2021;1:76—85. (in Russian).
Опубликован
2020-03-22
Выпуск
Раздел
Системный анализ, управление и обработка информации (05.13.01)
