One of the main peculiar properties of a control object, which an engineer should consider is its non-linearity. How can we compensate negative impact of this non-linearity and improve automatic control system? Why is there necessity to compensate non-linearity

Бояринова, А. С.

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

 XII Всероссийская научно-практическая конференция«Технологии Microsoft в теории и практике программирования» 54 3. Самоорганизующаяся карта Кохонена [Электронный ресурс] / Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/Самоорганизующаяся_карта_Кохонена#.D0.90.D0.BB.D0.B3.D0.BE.D1.80.D0.B8.D1.82.D0.BC, свободный. Загл. с экрана. – Дата обращения: 01.03.2015 г. 4. Методы автоматического обнаружения и сопровождения объектов. Обработка изо-бражений и управление / Б.А. Алпатов, П.В. Бабаян, О.Е. Балашов, А.И. Степашкин. – М., Радиотехника, 2008 г. – 176 с.    УДК 004 КОМПЕНСАЦИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОДОГРЕВА НЕФТИ, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ АЛГОРИТМ ПИД-РЕГУЛИРОВАНИЯ А.С. Бояринова  Научный руководитель: В.А. Рудницкий, к.т.н., доцент каф. ИКСУ ИК ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет E-mail: pafnytikASB@yandex.ru  Abstracts. One of the main peculiar properties of a control object, which an engineer should consider is its non-linearity. How can we compensate negative impact of this non-linearity and improve automatic control system? Why is there necessity to compensate non-linearity?  Key words: PID-controller, non-linearity, temperature control, feedback. Ключевые слова: компенсация, ПИД-регулирование, дополнительная местная обратная связь, нели-нейность «насыщение», регулирование температуры, печь подогрева нефти.   Закон ПИД-регулирования, изобретенный еще в 1910 г., приобрел широкое применение в синтезировании алгоритма управления для промышленных котроллеров. Порядка 90 % всех использующихся сейчас на производстве регуляторов составляют ПИД-регуляторы [1]. Основным применением, которых является регулирование: расхода, уровня, давления, тем-пературы и других неэлектрических величин, преобразованных в электрические сигналы. Стоит отметить, что данные физические величины, являются основными характеристиками нефтепродуктов, объем производства и качество переработки которых в значительной степе-ни влияют на величину ВВП России и другие важные макроэкономические показатели. Реальные объекты управления достаточно разнообразны, а также могут иметь опреде-ленные особенности, которые необходимо учитывать при проектировании для них систем автоматического управления (САУ). Поэтому достаточно часто к синтезу САУ необходим индивидуальный подход, особенно, при выборе алгоритма управления, параметров и струк-туры одного из основных ее элементов – управляющего устройства. В первую очередь к осо-бенностям реальных объектов можно отнести типовые нелинейности, наличие которых обу-словлено конструкторско-техническими причинами. Это могут быть ограничения по выдаваемой мощности и скорости вращения вала двигателя, ограничения на перемещении клапана, на угол поворота задвижки, на диапазон измерений и т. д. Все эти нелинейности в значительной степени влияют на показатели качества переходных процессов в системе. Поэтому бывает недостаточным только подобрать параметры ПИД-регулятора, но приходит-ся еще и применять какие-либо схемотехнические решения для компенсации нелинейностей, с целью обеспечить в системе качественный переходный процесс, удовлетворяющий требо-вания технического задания на САУ.  На примере реального объекта нефтеперерабатывающей промышленности – домен-ной печи подогрева нефти, рассмотрим проявление нелинейности типа «насыщение» и один из способов коррекции САУ печи, в основе которой лежит принцип ПИД-Секция № 1  «Автоматизированные системы управления и мехатроника»  55 регулирования. Основным негативным эффектом, происходящим из-за нелинейности типа «насыщение», является эффект «интегрального насыщения», суть которого заключается в следующем: как известно, интегральная составляющая алгоритма ПИД-регулирования формируется как интеграл по времени от ошибки (рассогласования между заданным значе-ние регулируемой величины и тем ее значением, которое имеется на выходе системы с об-ратной связью). При вхождении регулируемой величины в зону «насыщения», сигнал рас-согласования остается постоянным при любых управляющих воздействиях, формируемых ПИД-регулятором, т. е. интегратор в составе ПИД-регулятора, стремясь уменьшить ошиб-ку, продолжает ее интегрировать и, соответственно, увеличивать значение сигнала управ-ления на входе САУ, который в результате негативного влияния «насыщение» никак не влияет на изменение регулируемой величины на выходе объекта управления. «Интеграль-ное насыщение» приводит к затягиванию переходного процесса, что может быть недопус-тимым для некоторых САУ. Говоря про регулирование температуры печи подогрева нефти, эффект «интегрального насыщения» необходимо устранить, когда требования к темпера-турным выходным характеристикам нефти, а так же требования к точному времени ее по-дачи в устройства следующего этапа переработки, являются достаточно высокими [2]. Регулирование температуры печи подогрева нефти осуществляется по следующему прин-ципу: топливный газ подается к печи по трубопроводу, на котором установлен регулирующий клапан, который является исполнительным устройством, обладающим ограничением типа «на-сыщение», накладываемым на максимальное перемещение клапана. Теплота, выделяемая при сжигании топливного газа, передается заведенным в печь трубопроводам с протекающей по ним нефтью [2]. Датчик (термопара) фиксирует значение температуры в печи и через усилитель по каналу отрицательной обратной связи(ООС) передает его на вход сравнивающего устройства, сигнал рассогласования с которого идет на вход ПИД-регулятора, формирующего управляющее воздействие на двигатель, который в свою очередь открывает либо закрывает клапан. Компенсация насыщения, вносимого клапаном, происходит за счет введения дополни-тельной местной ООС, которая отслеживает состояние исполнительного устройства. Если насыщения нет, то сигнал на входе клапана и на его выходе равны между собой, и, следова-тельно, их разность принимает значение ноль. В этом случае нулевой сигнал рассогласова-ния не вносит никаких изменений в алгоритм управления САУ, и местная ООС не работает. Когда клапан входит в режим «насыщение», и сигнал на его входе превышает допустимые пределы, накладываемые насыщением, сигнал рассогласования подается на вход интегратора через усилитель, что приводит к замедлению роста сигнала на выходе интегратора [3]. Эф-фективность данного метода для компенсации насыщения иллюстрируют полученные пере-ходные процессы (рис. 1).   Рис. 1. Переходный процесс в исходной нелинейной системе и переходный процесс  при использовании дополнительной ОС Нелинейная системаСистема с компенсацией XII Всероссийская научно-практическая конференция«Технологии Microsoft в теории и практике программирования» 56 Список литературы 1. ПИД-регуляторы [Электронный ресурс] // энциклопедия АСУТП URL: http://www.bookasutp.ru/Chapter5_1.aspx. 2. Подогрев нефти. Печи и установки подогрева нефти [Электронный ресурс] // URL: URL: http://www.intech-gmbh.ru/oil_preheaters.php. 3. Денисенко В. ПИД-регуляторы: вопросы реализации // В записную книжку инженера.    УДК 004 РЕАЛИЗАЦИЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ЖЕСТОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ А.В. Бауэр  Научный руководитель: Ю.А. Болотова, к.т.н., доцент каф. ВТ ИК ТПУ Национальный исследовательский Томский политехнический университет  634000 г. Томск, пр. Ленина, 30 E-mail: anton.bauer@inbox.ru  Abstracts. This paper describes a realization of method of Human-Computer interaction based on using video-stream. Described method applies Viola-Jones algorithm and Hidden Markov models for gestures cap-turing and recognition.  Keywords: HCI, gestures, Viola-Jones, Hog-descriptors, HMM, gestures database. Ключевые слова: Человеко-машинное взаимодействие, жесты, алгоритм Виолы-Джонса, HOG-дескрипторы, база жестов.  Ведется разработка прототипа программы, которая позволяет управлять компьютером с помощью жестов. Проект состоит из 3-х модулей: • Захват жеста • Преобразование последовательности изображений • Обработка жеста (обучение либо классификация). Для захвата жеста используется алгоритм Виолы-Джонса [1]. Началом жеста считается появление в кадре раскрытой ладони.   Рис. 1. Ладонь в кадре Жест считается законченным в тот момент, когда на текущем кадре не будет обнаруже-но раскрытой ладони. Для представления изображения в виде последовательности чисел используются HOG-дескрипторы [2]. 

Компенсация нелинейности в системе автоматического подогрева нефти, использующей алгоритм ПИД-регулирования

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University