Extensive use of control systems with variable structure prevents ignoring effects of real systems

Тутов, Иван Андреевич

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University

 XII Всероссийская научно-практическая конференция«Технологии Microsoft в теории и практике программирования» 14 предлагаемого метода определяется динамикой технологических процессов. Так для медлен-но-изменяющихся во времени технологических параметрах процессов нефтегазодобычи применение спорадической передачи данных позволяет существенно сократить объем пере-даваемого трафика по каналам связи и увеличить быстродействие системы. Список литературы 1. Промышленные программно-аппаратные средства на отечественном рынке АСУ ТП: Практическое пособие для специалистов, занимающихся разработкой и модернизацией СУ на промышленных предприятиях. – М.: Научтехлитиздат, 2001. 402 с. 2. ГОСТ 26.005-82. Телемеханика. Термины и определения (с Изменением N 1) // Мо-сква. Стандартинфом. 2005. 10 с. 3. Дудников В., Газизов М., Набиев Д., Нугманов Т. Управление объектами нефтяно-го месторождения с использованием комбинированных каналов связи // Современные техно-логии автоматизации. – 2000. – № 2. – С. 18–27. 4. Журавлев Д.В., Зебзеев А.Г. Оптимизация сетевых трафиков распределенных сис-тем управления с использованием генетических алгоритмов. Сборник трудов IX Всероссий-ской научно-практической конференции «Технологии Microsoft в теории и практике про-граммирования», – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – [C. 49–51]. Режим доступа: http://elibrary.ru/item.asp?id=20314361. 5. ГОСТ Р МЭК 870-6-1-98 «Устройства и системы телемеханики. Часть 6. Протоко-лы телемеханики, совместимые со стандартами ИСО и рекомендациями ITU-T. Раздел 1. Среда пользователя и организация стандартов». – М.: Госстандарт России, 1998. – 31 с.    УДК 004 ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ И.А. Тутов Аспирант Института кибернетики Научный руководитель: И.А. Тутов, ассистент каф. ИКСУ ИК ТПУ Томский политехнический университет E-mail: ivantutov@tpu.ru  Extensive use of control systems with variable structure prevents ignoring effects of real systems.  Keywords: PID controller, optimal control strategy, system of variable structure. Ключевые слова: ПИД-регулятор, оптимальное управление, система с перестраиваемой структурой.  Изобретённый в 1910 году ПИД-регулятор уже более века является основным регуля-тором используемом в промышленности. В 2000 г. только на одном семинаре IFAC (International Federation of Automatic Control) было представлено около 90 докладов, посвя-щенных ПИД регуляторам. При этом отмечается, что «… вопреки распространённому пред-ставлению, ПИД регуляторы являются далеко не простыми в настройке»[1]. И действитель-но, несмотря на более чем вековую историю применения, актуальным по-прежнему является вопрос оптимального подбора коэффициентов регулятора. Выходит огромное количество работ, посвященных настройке коэффициентов в ПИД-регуляторе и семействе его модифи-каций. Например, во втором издании «Настольной книги правил настройки ПИ и ПИД регу-ляторов» [2] количество методов составляло 443, а в третьей редакции было уже 1731 [3]. Другим направлением за достижением качества САР является модификация ПИД-Секция № 1  «Автоматизированные системы управления и мехатроника»  15 регуляторов, особой популярностью в последнее время (благодаря достижениям в вычисли-тельной технике) пользуются построение на базе ПИД-регулятора адаптивных регуляторов [4]. Но, несмотря на прилагаемые усилия, ПИД регуляторы и его модификации не могут обеспечить управляемость для систем выше второго порядка. ПИД регуляторы так же не мо-гут обеспечить оптимальность по быстродействию от теоретически возможной. Учёт огра-ничений на выходные физические величины при настройке регуляторов требует специаль-ных сложных методов или специализированных программ, как правило решающих данную проблему перебором коэффициентов. Данное явление объясняется тем, что ПИД-регулятор и его модификации «… были получены чисто эвристическим путём» и что «… достаточно убедительное формальное доказательство целесообразности их применения … до сих пор получить не удалось» [5].  Альтернативным и более прогрессивным направлением, начавшим развиваться в 70-е года прошлого века, является «Теория оптимального управления». Интересными с практиче-ской точки зрения, благодаря простоте реализации исполнительных механизмов (преобразо-вателей) являются системы с перестраиваемой структурой (СПС), дающие лучшие качества переходных процессов в сравнении с ПИД регуляторами. Особенно это проявляется в систе-мах управления нейтральными или неустойчивыми объектами. Так же СПС позволяют реа-лизовывать системы управления объектами n-го порядка, позволяют без значительных слож-ностей учитывать ограничения величин. Однако в количественном соотношении только единицы являются примерами применения таких систем в промышленности. Вызвано это академизмом при проектировании таковых регуляторов. Основными проблемами, с которы-ми сталкиваются, при практическом применении регуляторов СПС являются: 1) Наличие шумов и помех в цепях измерения (цепи обратной связи). Введение фильтров приводит к искажению информации о состоянии системы; 2) Параметрические возмущения; 3) Ошибочно полагается, что для измерения доступен весь вектор состояния или что возмущение действует только в одной точке (для большинства систем управления техноло-гическими процессами это не так). В качестве примера рассмотрим классический пример системы с перестраиваемой структурой – систему управления спутником Земли, обеспечивающей оптимальное быстро-действие [6].   Рис. 1. Сопоставление работы двух реализаций системы  при наличии шумов в канале измерения  XII Всероссийская научно-практическая конференция«Технологии Microsoft в теории и практике программирования» 16 Установившимся значением управляемой величины является её нахождение в некото-ром допустимом коридоре значений, тогда в качестве одного из вариантов решения первой проблемы предлагается следующий алгоритм: 1) В ситуации выхода регулируемой переменной за допустимый коридор, определя-ются (или восстанавливаются по динамике предыстории) значения внутренних переменных системы. 2) Расчёт временных интервалов действия и противодействия исполнительного меха-низма на объект управления. 3) Передача этих значений на таймеры и отработка действия исполнительным меха-низмом. Результат работы системы, описанной в [6], при наличии шума в канале измерения представлен на рисунке. Переходный процесс системы, работающей по предложенному алгоритму, совпадает с эталонным. В классической же САР [6] наблюдаются колебания и высокочастотные пере-ключения исполнительного механизма на противоход, что приводит к значительному износу и его быстрому выходу из строя. Список литературы 1. Ротач В.Я. К расчёту оптимальных параметров ПИД регуляторов по экспертным критериям / В.Я. Ротач // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2005. – № 11. – С. 5–9. 2. Aidan O’Dwyer. Hendbook of PI and PID controller tuning rules, 2nd Edition. London: Imperial College Press, 2006. 3. Aidan O’Dwyer. Hendbook of PI and PID controller tuning rules, 2nd Edition. London: Imperial College Press, 2009. 4. Александров А.Г., Паленов М.В. Состояние и перспективы развития адаптивных ПИД-регуляторов // Автоматика и телемеханика. – № 2. – 2014. 5. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учеб. для вузов / В.Я. Ротач. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. – 400 с. 6. Александровский Н.М. Элементы теории оптимальных систем автоматического управления – М.: «Энергия», 1969. – 128 с.    УДК 004 ПЛАТА РАСШИРЕНИЯ МОНИТОРИНГА ИСТОЧНИКОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ПИТАНИЯ И.Р. Валишев, И.А. Тутов  Научный руководитель: И.А. Тутов, ассистент каф. ИКСУ ИК ТПУ Томский политехнический университет E-mail: ivantutov@tpu.ru  Quality power supply – it is a components of a secure and proper operation of industrial complex. Uninter-ruptible power supplies are an integral part of these systems.  Key words: Uninterruptible power supplies, extension board, ModBus, RS-485, UART, Smart. Ключевые слова: Источник бесперебойного питания, плата расширения, ModBus, RS-485, UART, Smart-протокол.  Любое промышленное предприятие всегда старается свести к минимуму материальные убытки, связанные с разного рода внештатными ситуациями, время от времени неизбежно происходящими на промышленном объекте. Так, качественное электроснабжение – одна из составляющих гарантированной и правильной работы промышленного комплекса. 

Проблемы применения систем управления с переменной структурой

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Tomsk Polytechnic University