The Dynamics of Continuous Control Systems with Delay Elements as Part of Correction Filters
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-1-76-85Keywords:
delay element, interference, frequency responses, correction filter, controller, control systemAbstract
Matters concerned with the application of correction devices containing delay elements are addressed. Such filters are proposed as an alternative to the high-pass filters and low-pass first-order filters that are widely used in control systems.
It is shown that by using filters containing delay elements, the power of high-frequency interference in the controller output signal can be reduced by up to 30% in comparison with the conventional filters. It should be noted that these results are obtained in using the proposed filters in closed-loop continuous systems. Two filter configuration versions used in control applications were analyzed. In the first version, the filters are connected in series in the control loop (as applied to astatic systems with a proportional-differentiating controller in both linear and relay modes of operation). In the second version, a correction filter connected in the local feedback is used (taking a generalized representation of the instrument-assisted position tracking system as an example).
The article proposes a fairly simple method for determining the parameters of filters with a delay element that make it possible to use conventional techniques for synthesizing controllers in the frequency domain and estimating their dynamic properties.
References
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).
Downloads
Published
2020-03-22
Issue
Section
System Analysis, Management and Information Processing (05.13.01)
