Моделювання системи керування з регулятором на підставі внутрішньої моделі

Г. Б. Крих; Г. Ф. Матіко; Б. А. Кріль

doi:10.36930/40290928

Г. Б. Крих Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів https://orcid.org/0000-0002-6539-400X
Г. Ф. Матіко Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів https://orcid.org/0000-0001-5482-2307
Б. А. Кріль Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів

Ключові слова: об'єкт керування; структурна схема; структура регулятора; перехідні процеси; показники якості

Анотація

Засобами імітаційного моделювання проаналізовано функціонування замкнутих систем керування в умовах зміни властивостей інерційного об'єкта керування. Порівняли роботу таких систем: одноконтурної з ПІД регулятором, багатоконтурних з ПІ-ПД керуванням та систем із зовнішнім регулятором на підставі внутрішньої моделі. Серед систем керування із внутрішньою моделлю одна побудована на підставі моделі об'єкта керування. Ми запропонували іншу система, в якій структура зовнішнього регулятора реалізована на базі внутрішньої моделі замкнутого внутрішнього контуру з ПД регулятором. Для спрощення процедури налаштування зовнішнього регулятора вибрано наближену модель об'єкта керування у вигляді послідовно з'єднаних аперіодичної ланки першого порядку та ланки запізнення. Знайдено наближену внутрішню модель зустрічного паралельного з'єднання об'єкта керування та ПД регулятора та отримано наближену обернену модель. Встановлено, що в умовах зміни властивостей об'єкта керування запропонована система зберігає достатній запас стійкості і порівняно з іншими досліджуваними системами має переваги. Так, зі збільшенням коефіцієнта передачі об'єкта керування у 2 рази та збільшенням інерційності на 30 % перехідні процеси каналом заданого значення мають найменший час регулювання. Окрім цього, каналом збурення така система забезпечує найменше динамічне відхилення для всіх варіантів дослідження.

Біографії авторів

Г. Б. Крих, Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів

канд. техн. наук, доцент, кафедра автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Г. Ф. Матіко, Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів

канд. техн. наук, доцент, кафедра теплоенергетики, теплових та атомних електричних станцій

Б. А. Кріль, Національний університет "Львівська політехніка", м. Львів

канд. техн. наук, ст. наук. співробітник, доцент, кафедра автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій

Посилання

Astrom, K. J., & Hagglund, T. (2005). Advanced PID Control. ISA – The Instrumentation, Systems, and Automation Society, Research Triangle Park, 457 p.

Denysenko, V. (2009). Kompiuternoye upravleniye tekhnolohicheskim protsessom, eksperimentom, oborudovaniyem. Moscow: Horyachaya liniya – Telekom, 608 p. [In Russian].

Kovryho, Yu., Stepanets, O., Bahan, T., & Bunke, O. (2017). Suchasna teoriia upravlinnia. (Part 2. Prykladni aspekty suchasnoi teorii upravlinnia). Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 155 p. [In Ukrainian].

Movchan, A., & Stepanets, O. (2011). Adaptyvni ta parametrychno-optymalni systemy upravlinnia. Kyiv: NTUU "KPI", 108 p. [In Ukrainian].

Zhukov, S., & Vazhynskyi, A. (2017). Adaptive control system of electrical equipment. (Ser. Energetics: reliability and energy efficiency). Bulletin of NTU "KhPI", 5(1235), 35–39. [In Ukrainian].

Karakawa, K., Abe, N., & Ichihara, H. (2002). Joint design method of closed-loop identification and IMC structure for temperature control system with time delay. Proceedings of the 41st SICE Annual Conference, 3, 1592–1595.

Wang, R., Watanabe, K., Muramatsu, E., Ariga, Yu., & Endo, Sh. (2006). Robust control via internal model principle. Proceedings of the 17th Internstional Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems, Kyoto, Japan, (pp. 2587–2589).

Remizova, O., & Fokin, A. (2016). Robust control over sustainable technical object with time delay in control with disturbance compensation. Izv. vuzov. Priborostroenie, 59/12, 1010–1017. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2016-59-12-1010-1017

Vilanova, R., Arrieta, O., & Ponsa, P. (2018). Robust PI/PID controllers for load disturbance based on direct synthesis. ISA Transactions, 81, 177–196. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2018.07.040

Kovryho, Yu., & Bahan, T. (2015). Design of robust controller for objects with variable parameters. Doklady BHUIR, 2(88), 168–171. [In Russian].

Kovryho, Yu., Bahan, T., & Ushchapovskyi, A. (2014). Designing control systems with controller based on internal model with two degrees of freedom. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4/11(70), 4–8. [In Ukrainian].

Stepanets, O. (2012). Control adaptive complex based on cascade system with object model. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2/10(56), 14–7. [In Russian].

Kovryho, Yu., Bahan, T., & Bunke, O. (2013). Methods to ensure stability of control systems based on PI and PID controllers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3/3(63), 58–63. [In Ukrainian].

Kovryho, Yu., Bunke, O., & Novikov, P. (2016). Dynamic correction application in control systems of inertial technological objects. Scientific Journal "ScienceRise", 1/2(18), 21–27. https://doi.org/10.15587/2313-8416.2016.58815

Onat, C. (2019). A new design method for PI-PD control of unstable processes with dead time. ISA Transactions, 84, 69–81.

Kaya, I. (2003). A PI-PD controller design for control of unstable and integrating processes. ISA Transactions, 42/1, 111–121.

Hassaan, A. G. (2014). Tuning of a PI-PD Controller used with a Highly Oscillating Second-Order Process. International Journal of Research and Innovative Technology, 1/3, 42–45.

Ali, H. I., & Saeed, A. H. (2016). Robust PI-PD Controller Design for Systems with Parametric Uncertainties. Eng. & Tech. Journal, 34, Part (A), 11, 2167–2173.

Dogruer, T., & Tan, N. (2018). PI-PD Controllers Design Using Bode's Ideal Transfer Function. SSRN Electronic Journal, 1–6. https://doi.org/10.2139/ssrn.3271384