Алгоритм подстройки параметров эталонной модели нелинейного модифицированного USWO-регулятора

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Доклады ТУСУРа. 2004 г. Автоматизированные системы обработки информации, управления и проектирования УДК 681. 513
АЛГОРИТМ ПОДСТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛИ НЕЛИНЕЙНОГО МОДИФИЦИРОВАННОГО USWO-РЕГУЛЯТОРА
А.А. Шилин
Предложен алгоритм подстройки параметров эталонной модели нелинейного регулятора. Регулятор разработан на базе нелинейного USWO-метода. Представлены результаты исследования функционирования алгоритма на базе регулятора «ВЭСТ-01. 2» для двух типов объекта управления.
Рассмотрим нелинейный регулятор с эталонной моделью основного контура, построенный по принципу USWO-метода регулирования, который представлен в [1]. В рассматриваемой модели регулятора не используются вычисления производных от измеренных сигналов и введена нелинейная эталонная модель основного контура. Модель формируется на усредненных и интегрированных величинах значений сигналов управлений и значений управляющих воздействий. В модели выделены два параметра: Tv — время воздействия на объект, которое обратно пропорционально связано с коэффициентом усиления замкнутой системы автоматического регулирования- Tp — постоянная времени регулятора, которая пропорционально связана с постоянной времени объекта. В результате обобщенная модель регулятора описывается уравнениями:
Xm (u, x) = F mod (, Tp, x, u,? x,? u, J x, J u) — mod (u) = kxF mod (x, u, Xm, Xm'-) — sgn (u) = F sgn (x, Xm, Xm'-) — u = mod (u)sgn (u).
где kj, k2, k3 — параметры регулятора-
F — положительная функция для определения модуля значения сигнала управления-
sgn — функция, определяющая знак значения сигнала управления.
Модель (1) применена в регуляторах «РТ-22а» и «ВЭСТ-01. 2″ в системах управления те-плопотреблением жилых и производственных помещений. Эти объекты управления (ОУ) можно описать уравнением
) = k exp (-pT). (2) ^ p (1 + pTo) ()
Регулятор может работать также и с другими ОУ, которые описываются следующим уравнением:
p) = k exp (-pTz). (3)
p
В процессе эксплуатации проведены исследования работы регулятора. Результаты исследований подтвердили, что эта модель отвечает определению адаптивного регулятора с ненастраиваемой эталонной моделью основного контура. На рис. 1 представлена кривая переходного процесса и сигнала управления оптимально настроенной системы регулирования.
Модель О У описывается уравнением (3) со следующими параметрами объекта:
к =, где Т = 360 с, Т = 50 с- Т = 0.
гр гр '- ^ о '- т
о т
Параметры оптимально настроенного регулятора (1) следующие:
Т = 51,75 с- Тр = 98,87.
Регулятор имеет еще другие параметры, которые не зависят от параметров ОУ и определяются качеством измерения сигналов от ОУ. Таким образом, для достижения оптимального регулирования необходимо настроить эти два параметра.
0 1С
Рис. 1 — Переходный процесс настроенной системы регулирования
В статье рассматривается возможность подстройки модели основного контура. Задача состоит в следующем.
Имеется информация о поведении измеряемых и управляющих сигналов в течение переходного процесса замкнутой системы регулирования из возмущенного состояния. Из этой информации можно вычислить некоторые численные характеристики, которые определяют качество переходного процесса системы управления.
Требуется найти такие характеристики, которые можно сопоставить с целью оптимального регулирования, и связать с параметрами регулирования.
Если существуют такие численные характеристики, то можно будет косвенно судить об оптимальности системы регулирования и направлении оптимальной подстройки параметров регулирования.
Следует отметить, что рассматривается весь переходный процесс системы регулирования из достаточно возмущенного состояния. Поэтому время одной итерации подстройки параметров соответствует одному переходному процессу. В этом случае имеет место косвенный метод идентификации ОУ путем подстройки модели основного контура.
В процессе моделирования системы регулирования были получены переходные характеристики для следующих характерных случаев: с расстроенным параметром Тр и с расстроенным параметром Т.
Переходные процессы с расстроенными параметрами регулятора показаны на рис. 2.
Рис. 2 — Переходные процессы с расстроенными параметрами регулятора
При проведении анализа переходных процессов сделаны следующие выводы.
1. В начале процесса адаптации следует выбирать малое время воздействия регулятора и большую постоянную времени регулятора. Это обеспечивает устойчивость переходного процесса, но увеличивается время установления системы.
2. Имеется ряд показателей сенсоров, которые можно вычислить. При этом показатели имеют такие известные значения, которые соответствуют оптимальной настройке системы регулирования, а также обеспечивают монотонную, пропорциональную связь с параметрами регулятора.
3. По вычисленным значениям показателей этих сенсоров можно определить оптимальное значение параметров регулятора или направление приращения параметров к оптимальному значению.
Вычисленные показатели работы системы автоматического регулирования приведены в таблице: Ж, = Г2/1,, Ж0 = (Б3 + Б4)/(Б, + Б2), Ж1 = Б,/Г2, Ж2 =, Ж3 = Б3/ 1Ъ, Ж4 = Б4/Г4 ,
К = V.
Таблица — Вычисленные показатели работы системы регулирования
Рис. 2, a Рис. 2, b Рис. 2, c Рис. 2, d Рис. 2, e
Wt 1,32 0,96 0,92 6,61 1,04
W0 0,17 0,02 0,00 0,03 0,32
W1 0,95 1,00 1,00 1,00 1,00
W2 0,73 0,89 1,00 0,14 1,00
W3 0,18 0,05 0,00 0,05 1,00
W4 0,10 0,00 0,00 0,02 0,24
Wx 0,08 0,29 0,02 0,07 0,11
Алгоритм адаптации по переходному процессу можно разделить на четыре ситуации:
1) если W0 & gt- 0,2, то Tv = Tj (1 + ВД-
2) если WX & gt- 0,1, то Tp = Tpexp ((0,1 — Wx) k2) —
i (
3) еслиWt & gt- 1,5, то Tv = Tv (1 + Wtk3) —
4) если^ & lt- 0,95, то Tp = Tp exp (k4/W1),
где k1, k2, k3, k4 — коэффициенты усиления контура адаптации.
Таким образом, структура регулятора может быть представлена, как показано на рис. 3:
Рис. 3 — Структурная схема адаптивного нелинейного регулятора
Рассмотрим переходный процесс расстроенной системы относительно обоих параметров регулирования, представленный на рис. 4. Значения параметров регулирования следующие:
Т = 10 с, Тр = 1000 с.
Рис. 4 — Расстроенный относительно параметров Т», Тр переходный процесс
Очевидно, имеют место этапы 2 и 3 алгоритма (4), они имеют одинаковый приоритет при принятии решений о настройке параметров. В остальных случаях следует выполнять настройку по одному параметру в соответствии с алгоритмом (4), начиная с первого этапа.
Ниже приведены результаты моделирования процесса адаптации по алгоритму (4). На рис. 5 представлены переходные процессы с использованием модели ОУ, описываемой уравнением (2), где первый переходный процесс соответствует условиям Т = 10 с,
Тр = 10 000 с, второй после итерации — Т = 81,9 с, Тр = 221,5 с, третий переходный процесс
соответствует оптимальным параметрам Т = 98,5 с, Т = 60,6 с.
Рис. 5 — Процесс адаптации с ОУ, описанным уравнением (2)
Как видно, установившийся параметр Tp значительно отличается от оптимального параметра, однако переходные процессы оптимальной и настроенной систем регулирования не сильно отличаются. Это связано со свойством пассивной адаптации рассматриваемого регулятора. Поэтому для настройки параметра Tp достаточно определить его порядок.
На рис. 6 представлены переходные процессы с использованием модели ОУ, описываемой уравнением (3).
Первый переходный процесс соответствует условиям Tv = 10 c, Tp = 10 000 с, второй -Tv = 293 c, Tp = 9400 с, третий — Tv = 131,7 c, Tp = 9400 с, оптимальные параметры —
Tv = 126 c, Tp = 6310 с.
Рис. 6 — Процесс адаптации с ОУ, описанным уравнением (3)
Алгоритм адаптации (4) имеет существенный недостаток — для реализации настройки параметров требуется значительное возбуждение системы.
Варианты возбуждения системы могут быть следующие.
1. Ручное задание значения объекта регулирования, отличающегося от установленного значения (предполагает участие человека).
2. Периодическая автоматическая смена задания для системы регулирования. Некоторые системы управления имеют скачкообразные смены заданного значения ОУ в технологических требованиях, например понижение температуры в ночное время суток для систем отопления производственных помещений.
Также существуют такие технологические системы, которые позволяют в определенное время изменять заданное значение ОУ. Таким образом, необходимо, по крайней мере, два переходных процесса для адаптации или проверки настроек системы управления.
Достоинства алгоритма автоматической подстройки параметров следующие.
1. Все вычисляемые показатели переходного процесса являются относительными, т. е. не связаны с конкретными физическими параметрами ОУ и системы в целом.
2. Показатели имеют строго определенные значения, которые соответствуют оптимальному режиму регулирования, и эти значения совпадают для обоих типов ОУ, описываемых уравнениями (2) и (3).
3. Достаточно вычислить порядок значения параметра Тр и с 10% погрешностью вычислить параметр Т, чтобы система регулирования была близка к оптимально настроенной. Это
связано со свойствами пассивной адаптации ненастраиваемого регулятора.
Представленный регулятор можно рассматривать как USWO-метод, расширенный возможностью включения дополнительной модели основного контура или любой другой дополнительной модели. Метод подстройки модели основного контура основан на вычисленных показателях переходного процесса. Все эти показатели интегрированные, а значит, не подвержены шумам и влиянию очень малого времени дискретизации системы регулирования.
Исследования процессов адаптации данного регулятора на реальном экземпляре ОУ проводились в автоматизированном режиме, т. е. информация о переходном процессе передавалась в персональный компьютер (ПК). Использовался регулятор «ВЭСТ-01. 2», который включает в себя архив для записи переходного процесса. Алгоритм адаптации был реализован в ПК, и вычисленные параметры регулирования передавались в регулятор.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бажанов В. USWO — новый способ формирования управления для замкнутых систем автоматического регулирования. — СТА. — 1998. — № 4. — С. 28−32.

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой