Введение к работе
Актуальности работщ ПИД регулятор остается основным регулятором, на котором базируются подсистемы автоматического регулирования современных АСУ ТП в различных отраслях промышленности, в том числе и теплоэнергетике. Соответственно и методов расчета настройки таких регуляторов предложено довольно много. Тем не менее, проблема не может еще считаться решенной с практической точки зрения. Дело п том. что. несмотря на указанную распространенность та кого регулятора, фундаментальная теория автоматического управления длительное время его практически не замечала, сосредоточив все свое внимание на синтеэе формально безупречных оптимальных регуляторов как линейных, так и нелинейных. Так как полученные алгоритмы оказались довольно сложными, ожидалось, то практическое их применение произойдет тогда, когда в АСУ ТП появится достаточно мощная вычислительная техника. В настоящее время такая техника появилась, однако ситуация с алгоритмами регулирования практически не изменилась - базовым алгоритмом систем регулирования всех фирм по-прежнему остался ПИД алгоритм. Не останавливаясь на причинах неудач оптимальных алгоритмов, отметим только, что, несмотря на свое давнее эвристическое происхождение, ПИД алгоритм, как в последнее время выяснилось, казался достаточно близким к истинно оптимальным (в смысле оптимальной фильтрации и прогноза Колмогорова-Винера) алгоритмам, если только учесть ограничения, которые обычно существуют на практике (например, ограничения на порядок производной в алгоритме регулирования) .
Отсутствие внимания со стороны фундаментальной теории не могло не оказать влияния на качество предложенных к настоящему времени многочисленных методов расчета настройки ПИД регуляторов - эти методы в большинстве своем предлагались прежде всего, как " инженерные", что на практике понималось как " упрощенные". Но так как подобное упрощение обычно приводит к недопустимо большим ошибкам в результатах, то на практике наладчики и эксплуатационники чаще всего предпочитают вообще не иметь дела с ПИД регуляторами, пере-
- 4 -водя их в релим работы ПИ регуляторов (настройку которых сравнительно просто можно найти простым подбором). Между тем подобное мероприятие сопряжено с очень большими потерями, поскольку анализ свидетельствует, что переход от ПИ к ГОД регуляторам позволяет весьма сильно повысить качество работы систем регулирования и общую эффективность АСУ ТП.
Таким образом, тема диссертации, результат которой позволит внрсти в работу предусмотренные проектами АСУ ТП ПИЛ регуляторы, с оптимальной настройкой, полученной на баае современной теории управления и вычислительной техники, представляется достаточно актуальной.
Цохь работы: Общая цель работы может быть разделена на несколько вваимосвязанных направлений:
Автоматизация разработанных к настоящему времени многошаговых диалоговых алгоритмов и прикладных программ расчета на ПЭВМ ро-бастной настройки идеальных ПИЛ регуляторов по априорной математической модели объекта.
Разработка метода, алгоритма программ расчета оптимальных параметров настройки ІОД регуляторов для случал, когда начальная настройка многошаговой процедуры поиска решения попадает в область, недопустимую по Бапасу устойчивости.
Разработка метода расчета настройки реальных ПИД регуляторов, в частности, с учетом невозможности реализации идеального дифференцирования.
Разработка метода робастной настройки ПИД регуляторов при относительно больших вариациях параметров системы.
Сравнительный анализ предложенного метода расчета с одним из универсальных поисковым методом математического программирования, для проверки корректности разработанного метода.
Проверка работоспособности метода на экспериментальном физическом стенде с реальным серийным микропроцессорным контроллером.
Разработка метода, алгоритмов и программ оптимизации настройки ПИД регуляторов по переходной характеристике замкнутой системы автоматического регулирования на стадии ввода АСУ ТП в действие и
во время ее эксплуатации.
Методы исследования: Теоретические исследования в диссертационной работе опираются на результаты и методы теории автоматического управления, а тагосе на прикладные ее аспекты, связанные с автоматизацией теплоэнергетических процессов. Полученные теоритичес-кие результаты иллюстрируются рядом практических примеров, выполненных как на ПГОМ. так и физической модели системы автоматического регулирования с реальным микроконтроллером ПРОТЛР.
Научная новизна: Разработаны методы многошаговой оптимизации настройки параметров 1Щ регуляторов во всем возможном диапазоне их начальных значений. Произведена автоматизация работы диалоговых алгоритмов поиска оптимума. Показано совпадение результатов с результатами классического метода математического программирования, требующего специального определения начального приближения и сравнительно более длительных и сложных процедур поиска.
Разработаны методы робастной настройки ГГИД регуляторов при относительно больших вариациях параметров системы.
Разработан новый метод автоматизированной оптимизации настройки (адаптации) ПИЛ регуляторов в действуктаем состоянии (мри пуске и в процессе эксплуатации) по переходной характеристик» замкнутой системы регулирования.
Практическая ценность работы: Результаты работы позволят получить на стадии проектирования АСУ ТП структуру и алгоритмы подсистем регулирования с практически наиболее совершенными ГОД регуляторами, действующих с максимальной эффективностью. Появится возможность снабдить микроконтроллеры и математическое обеспечение управляющих компьютеров подсистем регулирования АСУ ТП специальными сервисными программами автоматизированной настройки (адаптации), что обеспечит безотказную работу системы в процесс» эксплуа тации с использованием ПИЛ регуляторов.
.Апробаір«_ра&}тш Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры АСУ ТП МЭИ.
- б -
По результатам диссертации принята к публикации статья в журнале "Теплоэнергетика".
Мань Н.В.. Чыонг Л.С. Настройка регуляторов по переходной характеристике замкнутой системы с уточненной модель» объекта // Теплоэнергетика. 1998. No 6. (в печати).
Структура и оОгсм дассеїягешві: Диссертация состоит иэ введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 93 наименований. Общий объем диссертации составляет 156 страниц, в том числе 145 страниц текста, включашего 59 рисунков и 17 таблиц.