Вопрос 16. Дискретное представление уравнений непрерывных типовых регуляторов. Позиционный и скоростной алгоритмы.
Структурная схема системы регулирования с цифровым контроллером
Рассмотрим
дискретное представление закона работы
непрерывного регулятора
Если
время подвергнуть процедуре квантования,
а ошибкой округления в АЦП пренебречь,
то исходное уравнение регулятора можно
преобразовать в разностное.
.
Такой алгоритм реализации ПИД- регулятора называют позиционным или нерекурсивным. В любой момент вр. положение ИМ (позиция) должно соответствовать числу на выходе цифрового фильтра, а в памяти регулятора запоминаются все предыдущие значения сигнала рассогласования. Т.к. цифровой регулятор это устр-во реал. вр., то при программной реализации алгоритма могут возникнуть явления, связанные с переполнением разрядной сетки («залипание»). В связи с этим алгоритмы реальных контроллеров строятся по другой сх.
Значения вых. сигнала регулятора в предыдущий момент времени
,
тогда
,
или
,
.
Получаем разностный (скоростной) алгоритм, использующий рекурсию, так как на текущем шаге вычисляется приращение к предыдущему. Z-передаточная функция такого алгоритма ПИД регулятора равна
Схема
виртуального фильтра алгоритма приведена
на рис. 2. Такие фильтры
принято
называть БИХ фильтры (фильтры с бесконечной
импульсной характеристикой). В алгоритмах
с БИХ снимается проблема инициирования
и «залипания».
Разностные алгоритмы-фильтры с бесконечной импульсной характеристикой.
Вопрос 17. Модификация дискретных алгоритмов типовых регуляторов.
В составе ПО контроллеров примен. модифицированные стандартные алгоритмы. Характерный недостаток ПИД алгоритма-этот алгоритм обладает большой чувствительностью к высокочастотным помехам. Для того, чтобы структурно уменьшить чувствительность ПИД алгоритма к помехам применяют следующие сх:
По прямому каналу
срабатывает ошибка, т.е.
ПФ
- предфильтр
Реал.сис использ модифицированные алгоритмы. Наиболее распространенная сх:
В этом случаи закон
работы регулятора
Модифицированный алгоритм в цифровой форме
В контроллерах при реализации типовых алгоритмов учитываются св-ва исполнительного механизма. Делят на 2 группы: ИМ пропорционального действия; ИМ постоянной скорости (необходим ШИМ).
В ремиконтах ПИД
алгоритм реализ как РАН.
Тд=kд Ти
Дифференциальная составляющая реализуется после операции фильтрации
Если используется ИМ постоянной скорости, то конструкция называется РИМ. При цифровой реализации с применен. ШИМ передаточная ф-я регулятора, реализуемая в контроллере имеет вид:
-постоянный
коэффициент;
)-
ПДД2
pv- переменная процесса
p-пропорциональный диапазон
мw- управляющее воздействие
st- setpoint variable
e- deviation
Ti – integral time
Td – derivative time
m - derivative gain
Вопрос 19. Задача синтеза су на стадии тз. Классификация методов параметрического синтеза аср
Задача синтеза СУ ТОУ на стадии ТЗ сводится к расчету одноконтурных систем. По рез-там расчета проводится оценка качества работы проектируемых систем с целью определен пригодности этих систем в соответствии с технологическим регламентом. Если качество их работы не удовлетворяет проектировщика, то переходят к более сложным алгоритмам или используют схемные методы улучшения качества.
Современные производства насчитывают сотни контуров, что порождает необходимость проведения работ по их наладке, а поскольку большинство систем настраивается интуитивно, то имеются большие скрытые резервы по дальнейшей оптимизации процессов.
Современные АСР являются более сложными (каскадные, комбинированные, многосвязные). В таких системах, имеющих не менее трех параметров настройки, применение интуитивных и простейших методов настройки регуляторов является нецелесообразным и неэффективным.
В теории управления разработаны различные методы расчета АСР при заданных критериях качества, а также методы оценки качества переходных процессов при заданных параметрах объекта и регулятора. Исторически разработка инженерных методов расчета настройки промышленных регуляторов началась до появления ЭВМ и поэтому методы были ориентированы на ведение расчетов человеком. Основнымиьдостоинствами методов при этом считалась простота идентификации объектов, достаточная для практики точность и низкая трудоемкость расчетов.
С широким распространением ЭВМ и разработкой новых принципов построения АСР и их машинного проектирования, с широким созданием АСУ ТП требования к инженерным методам расчета существенно меняются. Во-первых, методы переориентируются на возможность их применения на ЭВМ, во-вторых, наряду с точностью расчетов, существенными становятся: необходимое машинное время и объем памяти ЭВМ для проведения расчетов.
под оптимальными методами выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов понимают методы, которые доведены до определенных рекомендаций (в виде формул, номограмм, графиков), предписывающих использование той или иной информации об объекте с целью выбора типового закона регулирования и получения оптимальных настроек регулятора с этим законом.
Инженерные методы базируются на расчете одноконтурной линейной АСР, так как последняя лежит в основе структур каскадных, инвариантных и др. классов АСР, как аналогового, так и цифрового и импульсного действия.
Методы также различают по структуре цепей настройки, по наличию поиска и по влиянию на работу системы.
В основу деления на классы положен признак предназначения метода.
1) упрощенные (прикидочные, экспрессные, приближенные, экспериментальные) методы;
2) аналитические, рассчитанные на ведение расчетов человеком;
3) аналитические для ведения расчетов с применением ЭВМ;
4) итерационные методы и методы самонастройки.
В основу деления на группы положен тип применяемых для расчета динамических характеристик объекта.
а) группа «точных» методов, основанных на использовании при расчете всей временной или частотной характеристики объекта, либо наиболее существенного ее участка;
б) группа грубых методов, основанных на использовании хар-ки некоторой модели объекта (или разомкнутой АСР), полученной путем той или иной аппроксимации исходной хар-ки. В качестве такой аппроксимации принимается модель не выше второго порядка с запаздыванием или без запаздывания.
При делении методов по структуре цепей настройки различают методы с замкнутой и разомкнутой структурой. Под замкнутыми понимают структуры настройки с замкнутыми цепями оптимизации. Обычно это структуры с обратной связью по настраиваемым параметрам.
под разомкнутыми – структуры с разомкнутыми цепями оптимизации.
По влиянию на работу АСР различают методы без изменения структуры исходной АСР и с изменением структуры(в процессе настройки меняется структура и режим работы АСР).
По наличию поиска различают поисковые и беспоисковые методы. Поисковые методы, при которых оптимальные параметры находятся при помощи пробных шагов по всем или некоторым параметрам настройки. Беспоисковые методы, при которых движение к оптимуму определяется при фиксированных параметрах настройки без пробных шагов. Среди других характеристик методов можно отметить:
1) используемые критерии оптимизации;
2) вид возмущающих воздействий, при которых находятся оптимальные настройки, и место их приложения в АСР;
3) исходная информация, на которой базируется метод и подход к получению результата;
4) трудоемкость метода
Упрощенные методы, позволяют сравнительно быстро оценить рабочие параметры регулятора или качество переходных процессов. Обычно приближенные методы применяют для выбора начальных значений переменных в итеративных методах расчета сложных систем или на начальной стадии проектной разработки систем автоматизации.
После расчета системы, производится выбор элементов системы.