Н Н Чернышев - Синтез компенсаторов для комбинированных систем автоматического регулирования - страница 1

Страницы:
1  2 


осуществляют вычисления с помощью процесса обучения. В процессе декодирования принятых кодовых слов с ошибками C* в исходные кодовые слова C нейронные сети могут выполнять задачи идентификации систем и инверсных систем.

C* у вихідні кодові слова C нейронні мережі мо­жуть виконувати завдання ідентифікації систем та інверсних систем.

In given article the analysis of opportunities of application of the device of neural networks with the purpose of decoding of telecommunication signals is resulted. The important parameter of efficiency of telecommunication systems is the noise stability of transfer of discrete messages. The most effective means of increase of a noise stability of transfer of discrete messages are methods of channel coding. Neural networks represent the machine which is carry­ing out processing of the information for performance of a specific target. Neural networks carry out calcula­tions by means of process of training. During decod­ing the accepted code words with errors C* in initial code words C neural networks can carry out of a task of identification of systems and inverse systems.УДК 681.5

 

ЧЕРНЫШЕВ Н.Н. (ДонНТУ)

 

Синтез компенсаторов для комбинированных систем автоматического регулированияВведение

 

Удовлетворительное качество регу­лирования в одноконтурных системах с использованием ПИ(Д) - закона управ­ления можно обеспечить лишь при хо­роших динамических характеристиках объекта. На практике большинству про­мышленных объектов свойственны зна­чительные возмущающие воздействия. В таких случаях даже при оптимальных настройках регуляторов одноконтурные системы регулирования характеризуют­ся неудовлетворительными показателя­ми качества переходных процессов и ра­ботой регулятора, исполнительных ме­ханизмов в режиме интегрального на­сыщения. Более эффективным способом управления является комбинированное управление на основании компенсации и обратной связи по регулируемой коор­динате, что позволяет объединить дос­тоинства обоих принципов: быструю ре­акцию на возмущение и точность регу­лирования независимо от природы воз­мущений [1,2,3].Цель работы

 

Улучшение динамических свойств одноконтурных систем управления за счет применения компенсирующих устройств по измеряемым возмущающим воздейст­виям.

 

Постановка задачи

 

Нахождение структуры, параметров динамических компенсаторов и анализа их реализуемости.

 

Принцип инвариантности

 

Для повышения качества управле­ния необходим переход от одноконтурных систем к комбинированным системам (рис. 1), использующим корректирующие сигналы dui, dun по измеряемым воз­мущениям fi,      fn. Если внешние возму­щения, воздействующие на объект управ­ления, можно измерять до того, как они пройдут на выход системы, то их влияние можно существенно ослабить с помощью прямой связи. Прямая связь позволяет скомпенсировать погрешность быстрее, чем обратная связь обнаружит ошибку как разность между управляемой величиной и управляющим воздействием. Уравнение выходной переменной Y(s) в изображени­ях Лапласа можно записать в виде:

 

Y (s) = P(s)u\s) + Pf i (s)Fi (s) +... + Pjn (s)Fn (1)

 

где P (s) - передаточная функция

по каналу «управляющие воздействие -регулируемая переменная»;

Pf і (s) , ..., Pfn (s) - передаточные

функции по каналам «возмущающие воз­действие - регулируемая переменная».

 

 

 

 

 

 

--- ^(S^*\ Регулятор


 

 

 

 

 

 

 

Объект


 

 

 

 

 

 

УРис. 1. Структурная схема комбинированной системы регулирования

 

Одним из вариантов компенсации   действиях [1]. Обозначим передаточные слагаемых по возмущениям в (1) является   функции компенсаторов и регулятора че-

r (s)-

использование принципа инвариантности, который заключается в том, что отклоне­ние выходного параметра от заданного значения должно быть равно нулю при любых задающих или возмущающих воз-

R(s)P(s)

R(s) P(s)         Pf 1(s) + P(s)C1(s)

Y (s) =

1 + R(s) P( s)


 

 

F1(s) + •


R (s) P(s)


 

 

Pfn (s) + P(s)Cn (s)


 

Fn (s)


 

(2)Отсюда   следует,   что   уменьшить    двумя  способами:  увеличивая петлевое влияние   внешних   возмущений   можно    усиление   контура   с   обратной связьюили

выбрав

P(s)R(s)

Pfi (s) + P( s)C, (s) = 0, то есть

C (s) = -P~\s)Pfl (s), і = \n

(3)

 

Повышение коэффициента передачи контура P(s)R(s) приведет к снижению

запасов устойчивости и ухудшению каче­ства переходных процессов. Таким обра­зом, для обеспечения инвариантности системы регулирования по отношению к какому-либо   возмущению необходимо

найти P 1 (s). Достижение полной инва­риантности в реальных системах управле­ния практически недостижимо, например, из-за неточности математического описа­ния объекта, возможности измерения воз­мущения или физической реализуемости компенсатора. Кроме того так же «иде­альные» компенсаторы физически нереа-лизуемы если:

-   время чистого запаздывания по ка­налу управления больше, чем по каналу возмущения;

-   степень полинома числителя пере­даточной функции компенсатора больше степени полинома знаменателя.

По этим причинам обычно ограни­чиваются частичной инвариантностью или принимают P-1 (s) = P~1 (0), что суще­ственно упрощает задачу нахождению об­ратной модели объекта управления.

Если передаточная функция компен­сатора не удовлетворяет условиям физи­ческой реализуемости, возникает необхо­димость подобрать «реальный» компенса­тор более простой структуры. Для этого нужно [1]:

1)    определить рабочую частоту cop замкнутой системы;

2)    выбрать «реальный» компенсатор и определить параметры из условия при­ближенной инвариантности в наиболее существенном для системы диапазоне частот.

Рабочую частоту c p обычно принима­ют равной критической частоте, при которой замкнутая система регулирования будет на­ходиться на границе устойчивости.

 

Синтез компенсатора в комбинирован­ной системе управления температурой сернистого ангидрида

 

Рассмотрим методику синтеза ком­пенсатора на примере системы управле­ния температурой газов Тпг1 на выходе печь-котла в технологической схеме про­изводства серной кислоты из сероводо­родного газа [4]. Рассмотрим условия ин­вариантности по каналу возмущения -расход сероводородного газа Отоп для сис­темы, представленной на рис. 2.
Переходя к изображениям по Лапла-    воздействие с регулируемой координатой

су Gmon(s), ТпгЛ(s) сигналов Gmon(t)    Уравнение для температуры ггерттыьге

продуктов горения

и іпг1), запишем условие инвариант­ности с учетом передаточных функций, по каналам,    связывающим возмущающиегде


Ws) = Gmon(s)Wt1gP(s) + Rk1Wngvod(s)W3p1(s)] ° 0, (4) W 1(s)W (s)

W 1(s) =------ p1----- —----         - эквивалентная передаточная функция замкну-

эр1У)   1 + Wp1( s)Wnp (s)

той системы управления расходом воды;W 1(s) - передаточная функция ре­гулятора расхода воды;

Wnp (s) - передаточная функция ре­гулирующего органа;

Wt1gP (s) - передаточная функция

по каналу возмущения «расход сероводо­родного газа - температура первичных продуктов горения»;

Wt1gvod (s) - передаточная функция

по каналу управления «расход воды -температура первичных продуктов горе­ния».

На основании уравнения (4) полу­чим передаточную функцию для «идеаль­ного» компенсатора

(5)

Wflgp (s)

Rk1( s)

Wt1gvod (s)Wp1(s)

Контур регулирования температуры газа Тпг1 за счет изменения расхода воды Овод имеет критическую частоту равную 23,6 рад/с. Эта частота определена с помощью средств пакета MATLAB&SIMULINK, а именно блока PID Controller входящего в состав библиотеки Continuous пакета SIMULINK [6].

Для выбора типа реального компен­сатора необходимо построить частотные характеристики «идеального» компенса­тора в диапазоне частот ш=[0 cop], выпол­нить это можно при помощи функции nichols(), bode() или nyquist() входящих в состав Control system Toolbox пакета MATLAB [7].

В результате определены значения АЧХ и ФЧХ «идеального» компенсатора (6) на частотах 0 и c p = 23,6 рад/с:

Для нахождения матричной переда­точной функции по каналам управления и возмущения использовалась линеаризо­ванная модель [5]. В результате переда­точная функция «идеального» компенса­тора имеет вид:

Rk(s) = b0sm + b1sm~X + -. + bm-1s + bm , (6)

aosn + a1sn-1 +... + an    + an

 

где n = 5 и m = 7 .

Передаточная функция (6) не удов­летворяет условиям физической реали­зуемости, поэтому найдем «реальный» компенсатор  более  простой структуры.

и

[Ak1(«p) = 0,009; ljH(wp ) = 5,80.

Поскольку АФЧХ «идеального» компенсатора в интервале [0 c p] проходит через первый квадрант, в качестве ком­пенсатора можно выбрать звено с переда­точной функцией

(7)

 

W (s) = kT1s±i T2s +1

Для нахождения параметров переда­точной функции (7) необходимо найти решение системыг


V(t4 )2+1


Ak1(wp);


В  результате  получим   k =0,0036,

(8) T1=0,55 и T2 =0,25 с.

На рис. 3 построены частотные ха­рактеристики «идеального» и «реального» компенсаторов.где k = Ak(0) = 0,0036.

0


0


0.010


5


10 15

w,рад/с


20


25Рис. 3. Частотные характеристики «идеального» и «реального» компенсатора Rk1Из графиков на рис. 3 видно, что частотные характеристики «идеального» и «реального» компенсаторов совпадают с достаточной степенью точности.

 

Выводы

1.    Рассмотрены условия нечувстви­тельности регулируемой переменной при действии внешних возмущающих воздей­ствий, заключающиеся в увеличении ко­эффициента передачи разомкнутого кон­тура или нахождении обратной модели по каналу «управляющие воздействие - ре­гулируемая переменная».

2.    Представлена методика выбора структуры и расчета параметров компен­сатора при невыполнении условия физи­ческой реализуемости из условия при­ближенной инвариантности в наиболее существенном для системы диапазоне частот.

3.    Показано, что в области рабочих частот динамические свойства «идеально­го» и «реального» компенсатора совпада­ют с достаточной степенью точности

Список литературы

1.   Автоматическое управление в хи­мической промышленности: [ученик для вузов] // Под. ред. Е.Г. Дудникова. - М.: Химия, 1987. - 368 с.

2.   Денисенко В.В. ПИД - регулято­ры: вопросы реализации. Часть 1 / В.В. Денисенко // СТА. - 2007. - №4. - С. 86­97.

3.    Шувалов В.В. Автоматизация
производственных процессов в химиче-
ской промышленности / В.В. Шувалов,
Г.А. Огаджанов, В.А. Голубятников - М.:

Химия, 1991. - 480 с.

4.   Чернышев Н.Н. Системная деком­позиция процесса производства серной кислоты как объекта автоматизации. / Н.Н. Чернышев // Наукові праці Донець­кого національного технічного університету. Сер. обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк: ДонНТУ. -2010. - Вип. 19 (153). - С. 27-33.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

Н Н Чернышев - Модель процесса получения сернистого ангидрида в пространстве состояний

Н Н Чернышев - Оптимальное управление системой электромагнитного подвеса

Н Н Чернышев - Синтез компенсаторов для комбинированных систем автоматического регулирования

Н Н Чернышев - Синтез математической модели системы автоматического регулирования уровнем металла в кристаллизаторе

Н Н Чернышев - Модель процесса получения сернистого ангидрида в пространстве состояний