Аналіз впливу технічних особливостей реалізації ПІД-регулятора на динаміку системи автоматичного керування

Автор(и)

  • Oleksandr Stepanets Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-4444-0705
  • Yurii Mariiash Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0002-0812-8960

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.132229

Ключові слова:

ПІД-регулятор, інтегральне насичення, фільтрація шумів, диференціатор, безударна передача

Анотація

В умовах інтенсифікації, максимізації рентабельності та забезпечення технологічної безпеки виробництва виникає проблема регулювання, оптимізації, вдосконалення структури систем автоматичного управління. Незважаючи на довгу історію розвитку та наявність великої кількості патентів, розробок, публікацій, на сьогоднішній день залишається багато актуальних проблем, пов'язаних з практичною реалізацією ПІД-регулятора: уніфікація структури ПІД-регулятора, реалізація диференціальної складової, інтегральне насичення та безударна передача параметрів і режимів роботи.

У статті досліджується вплив нелінійностей, шуму, перешкод, функцій та особливостей ПІД-регулятора на динаміку системи автоматичного керування. Показано, що для максимальної ефективності реалізації ПІД-регулятора для керування інерційними об’єктами з транспортним запізнюванням потрібно застосовувати комплексний підхід: обмеження швидкості зростання збурення по завданню та умовного інтегрування для усунення інтегрального насичення; одночасне застосування експоненціального фільтра виміряної величини та диференціатора з фільтром високих частот для мінімізації впливу шумів та завад на перехідні процеси; відслідковування поточного стану системи дозволяє запобігти "удару" при зміні режимів роботи ПІД-регулятора; введення зони нечутливості регулятора потенційно забезпечить триваліший період експлуатації виконавчого механізму.

Здійснено математичне моделювання системи автоматичного регулювання розрідження у топці котлоагрегату з врахуванням запропонованого комплексу рішень. Наведені рекомендації дозволяють реалізувати ПІД-регулятор, придатний для практичного застосування з врахуванням стохастичності, нелінійності, квазістаціонарності та обмежень технологічних процесів.

Комплексна оцінка та врахування даних проблем сприятимуть підвищенню ефективності та надійності роботи обладнання, зменшенню споживання енергії та часу досягнення заданої цілі в процесі автоматичного регулювання, без зміни структури системи управління

Біографії авторів

Oleksandr Stepanets, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автоматизації теплоенергетичних процесів

Yurii Mariiash, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кафедра автоматизації теплоенергетичних процесів

Посилання

  1. Bertocco, M., Cappellazzo, S., Flammini, A., Parvis, M. (2002). A multi-layer architecture for distributed data acquisition. IMTC/2002. Proceedings of the 19th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IEEE Cat. No.00CH37276). doi: 10.1109/imtc.2002.1007138
  2. Leva, A., Cox, C., Ruano, A. (2002). Hands-on PID autotuning: a guide to better utilization. IFAC Professional Brief, 84.
  3. Li, Y., Ang, K. H., Chong, G. C. Y. (2006). Patents, software, and hardware for PID control: an overview and analysis of the current art. IEEE Control Systems Magazine, 26 (1), 42–54. doi: 10.1109/mcs.2006.1580153
  4. Blevins, T., Nixon, M. (2011). Control Loop Foundation: batch and continuous processe. International Society of Automation, 406.
  5. Åstrøm, K. J., Hägglund’s, T. (2006). Advanced PID control. The Instrumentation, Systems, and Automation Society, 406.
  6. O'Dwyer, A. (2009). Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules. Imperial College Press, 624. doi: 10.1142/9781848162433
  7. Guzmán, J. L., García, P., Hägglund, T., Dormido, S., Albertos, P., Berenguel, M. (2008). Interactive tool for analysis of time-delay systems with dead-time compensators. Control Engineering Practice, 16 (7), 824–835. doi: 10.1016/j.conengprac.2007.09.002
  8. Seborg, D. E., Edgar, T. F.,‎ Mellichamp, D. A.,‎ Doyle, F. J. (2017). Process Dynamics and Control. Wiley, 515.
  9. Abd El-Hamid, A. S., H. Eissa, A., Abouel-Fotouh, A. M., Abdel-Fatah, M. A. (2015). Comparison Study of Different Structures of PID Controllers. Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 11 (6), 645–652. doi: 10.19026/rjaset.11.2026
  10. Smuts, F. J. (2011). Process Control for Practitioners USA: OptiControls, 315. Available at: http://www.opticontrols.com/pcfp-book
  11. Denisenko, V. V. (2007). PID-regulyatory: principy postroeniya i modifikacii. Sovremennye tekhnologii avtomatizacii, 2, 90–98.
  12. Aleksandrov, A. G., Palenov, M. V. (2012). Sostoyanie i perspektivy razvitiya adaptivnyh PID-regulyatorov v tekhnicheskih sistemah. Tekhnicheskie i programmnye sredstva sistem upravleniya, kontrolya i izmereniya: 3-y vserossiyskaya konferenciya s mezhdunarodnym uchastiem: mat. konf. IPU RAN, 1577–1587.
  13. Terrence, L. B. (2012). PID Advances in Industrial Control. IFAC Conference on Advances in PID Control PID'12. Brescia, Italy, 28–30.
  14. Segovia, V. R., Hägglund, T., Åström, K. J. (2014). Measurement noise filtering for common PID tuning rules. Control Engineering Practice, 32, 43–63. doi: 10.1016/j.conengprac.2014.07.005
  15. Hägglund, T. (2013). A unified discussion on signal filtering in PID control. Control Engineering Practice, 21 (8), 994–1006. doi: 10.1016/j.conengprac.2013.03.012
  16. Denisenko, V. V. (2009). Komp'yuternoe upravleniya tekhnologicheskim processom, eksperimentom, oborudovaniem. Moscow: Goryachaya liniya, 608.
  17. Kovrigo, Yu. M., Fomenko, B. V., Polishchuk, I. A. (2007). Matematicheskoe modelirovanie sistem avtomaticheskogo regulirovaniya s uchetom ogranicheniy na upravlenie v pakete Matlab. Avtomatika. Avtomatizacіya. Elektrotekhnіchnі kompleksi ta sistemi, 2, 21–28.
  18. Kovrigo, Y. M., Fomenko, B. V., Bunke, A. S. (2012). Achieving more efficient control of boilers by taking technological constraints into account. Thermal Engineering, 59 (2), 147–153. doi: 10.1134/s0040601512020097
  19. Laskawski, M., Wcislik, M. (2016). Sampling Rate Impact on the Tuning of PID Controller Parameters. International Journal of Electronics and Telecommunications, 62 (1). doi: 10.1515/eletel-2016-0005
  20. Kovrigo, Yu. M., Bagan, T. G., Bunke, A. S. (2014). Obespechenie robastnogo upravleniya v sistemah regulirovaniya inercionnymi teploenergeticheskimi ob'ektami. Teploenergetika, 3, 9–14.
  21. Stepanets, O. V., Movchan, A. P. (2011). Control of boiler heat load based on assessment of object model. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (52)), 42–45. Available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/1463/1361
  22. Kovryho, Yu. M., Bahan, T. H., Ushchapovskyi, A. L. (2014). Designing control systems with controller based on internal model with two degrees of freedom. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (11 (70)), 4–8. doi: 10.15587/1729-4061.2014.26307
  23. Pletnev, G. P. (1981). Avtomatizirovannoe upravlenie ob’ektami teplovyh elektrostanciy. Moscow: Energoatomizdat, 368.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-05-25

Як цитувати

Stepanets, O., & Mariiash, Y. (2018). Аналіз впливу технічних особливостей реалізації ПІД-регулятора на динаміку системи автоматичного керування. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(2 (93), 60–69. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.132229

Номер

Том 3 № 2 (93) (2018): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Oleksandr Stepanets, Yurii Mariiash

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.