RU2461037C1 - Adaptive control system - Google Patents
Adaptive control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461037C1 RU2461037C1 RU2011123678/08A RU2011123678A RU2461037C1 RU 2461037 C1 RU2461037 C1 RU 2461037C1 RU 2011123678/08 A RU2011123678/08 A RU 2011123678/08A RU 2011123678 A RU2011123678 A RU 2011123678A RU 2461037 C1 RU2461037 C1 RU 2461037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- key
- whereof
- control system
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим самонастраивающимся системам управления, а именно к области адаптивных систем управления с пробным гармоническим сигналом, и предназначено для управления химическими, энергетическими, электромеханическими и другими объектами с переменными или нестационарными параметрами.The invention relates to electrical self-adjusting control systems, and in particular to the field of adaptive control systems with a test harmonic signal, and is intended to control chemical, energy, electromechanical and other objects with variable or non-stationary parameters.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является адаптивная система управления, включающая схему сравнения, первый вход которой подключен к входу адаптивной системы управления, а выход через последовательно соединенные регулятор, сумматор, объект управления к второму входу схемы сравнения, первый измеритель амплитуды и фазы, блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к первому входу вычислительного блока и входу генератора, выход которого подключен к второму входу сумматора и второму входу первого измерителя амплитуды и фазы, первый вход которого подключен к выходу объекта управления, а выход вычислительного блока подключен к входу подстройки регулятора, второй измеритель амплитуды и фазы, первый и второй входы которого подключены к выходу сумматора и выходу генератора, соответственно, и вычислитель амплитудно-частотной характеристики, выход амплитуды которого подключен к второму входу вычислительного блока, а первый, второй, третий и четвертый входы подключены к первому и второму выходам второго измерителя амплитуды и фазы, и первому и второму выходам первого измерителя амплитуды и фазы, соответственно, выход фазы вычислителя амплитудно-частотной характеристики подключен к входу блока фазовой автоподстройки частоты (см. RU(11) 2 339 988 C1 G05B 13/02 (2006.01)).The closest in technical essence to the proposed solution is an adaptive control system, including a comparison circuit, the first input of which is connected to the input of the adaptive control system, and the output through a series-connected controller, adder, control object to the second input of the comparison circuit, the first amplitude and phase meter, phase-locked loop, the output of which is connected to the first input of the computing unit and the input of the generator, the output of which is connected to the second input of the adder and the second input the first amplitude and phase meter, the first input of which is connected to the output of the control object, and the output of the computing unit is connected to the adjustment input of the controller, the second amplitude and phase meter, the first and second inputs of which are connected to the output of the adder and the output of the generator, respectively, and the amplitude frequency response, the amplitude output of which is connected to the second input of the computing unit, and the first, second, third and fourth inputs are connected to the first and second outputs of the second amplitude meter and phase, and the first and second outputs of the first amplitude and phase meter, respectively, the phase output of the amplitude-frequency characteristic computer is connected to the input of the phase-locked loop (see RU (11) 2 339 988 C1 G05B 13/02 (2006.01)).
Недостатком известной системы является недостаточно высокое быстродействие, проявляющееся в том, что при отсутствии достаточной априорной информации о структуре и инерционности объекта, начальная частота генератора пробных колебаний, задаваемая произвольно, может значительно отличаться от частоты, искомой в процессе адаптации «характерной» точки амплитудно-фазовой характеристики объекта управления, что приводит к увеличению времени самонастройки, т.е. к увеличению времени вычисления коэффициентов ПИД-регулятора, или даже к срыву самонастройки, если начальная частота находится вне полосы пропускания объекта.A disadvantage of the known system is the insufficiently high speed, which is manifested in the fact that in the absence of sufficient a priori information about the structure and inertia of the object, the initial frequency of the probe oscillation generator, set arbitrarily, can significantly differ from the frequency sought in the process of adapting the "characteristic" amplitude-phase point characteristics of the control object, which leads to an increase in the self-tuning time, i.e. to an increase in the time for calculating the PID controller coefficients, or even to a failure of self-tuning if the initial frequency is outside the bandwidth of the object.
Задачей изобретения и обусловленным ею техническим результатом является повышение быстродействия, за счет снижения времени самонастройки системы, улучшение сходимости процесса адаптивного ПИД-управления.The objective of the invention and the technical result caused by it is to increase speed by reducing the time it takes to configure the system, improving the convergence of the adaptive PID control process.
Указанный результат достигается тем, что в адаптивную систему управления, включающую схему сравнения, первый вход которой подключен к входу адаптивной системы управления, а выход через последовательно соединенные регулятор, сумматор к входу объекта управления, блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к входу генератора гармонических колебаний, а также через вычислительный блок к второму входу регулятора, выход генератора гармонических колебаний подключен к первым входам первого и второго фильтров Фурье, первые и вторые выходы которых подключены к соответствующим входам вычислителя АФХ, введены блок вычисления стартовой частоты, первый вход которого подключен через пятый ключ к выходу объекта регулирования, а выход через третий ключ к второму входу генератора гармонических колебаний, первый вход которого объединен с вторым входом вычислительного блока, а выход через первый ключ подключен к второму входу сумматора, генератор ступенчатого сигнала, выход которого подключен к второму входу блока вычисления стартовой частоты, а также через четвертый ключ к третьему входу сумматора, первый избирательный фильтр, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход к второму входу первого фильтра Фурье, второй избирательный фильтр, вход которого подключен к выходу объекта регулирования, а выход к второму входу второго фильтра Фурье, выход объекта регулирования подключен через второй ключ к второму входу схемы сравнения.This result is achieved by the fact that in an adaptive control system, including a comparison circuit, the first input of which is connected to the input of the adaptive control system, and the output through a series-connected controller, an adder to the input of the control object, a phase-locked loop, the output of which is connected to the input of the harmonic generator oscillations, and also through the computing unit to the second input of the regulator, the output of the harmonic oscillator is connected to the first inputs of the first and second Fourier filters, the first and the second outputs of which are connected to the corresponding inputs of the AFX calculator, a starting frequency calculation unit is introduced, the first input of which is connected through the fifth key to the output of the control object, and the output through the third key to the second input of the harmonic oscillator, the first input of which is combined with the second input of the computing unit, and the output through the first key is connected to the second input of the adder, a step signal generator, the output of which is connected to the second input of the starting frequency calculation unit, and also through the fourth th key to the third input of the adder, the first selective filter, the input of which is connected to the output of the adder, and the output to the second input of the first Fourier filter, the second selective filter, the input of which is connected to the output of the control object, and the output to the second input of the second Fourier filter, the output of the object regulation is connected through a second key to the second input of the comparison circuit.
Кроме того, блок вычисления стартовой частоты содержит вычислитель разгонной характеристики, первый и второй входы которого подключены к первому и второму входам блока вычисления стартовой частоты, а выход через последовательно включенные сглаживающий фильтр, вычислитель КЧХ, вычислитель нормированного периода колебаний к выходу блока вычисления стартовой частоты.In addition, the starting frequency calculating unit contains an acceleration characteristic calculator, the first and second inputs of which are connected to the first and second inputs of the starting frequency calculating unit, and the output through a series-smoothing filter, CFC calculator, and the normalized oscillation period calculator to the output of the starting frequency calculating unit.
Изобретение поясняется с помощью чертежей, где на Фиг.1. показана структурная схема адаптивной системы управления, на Фиг.2. - график работы адаптивной системы управления без предварительного расчета исходной частоты пробных колебаний, начало автонастройки; на Фиг.3 - график работы адаптивной системы управления без предварительного расчета исходной частоты пробных колебаний, окончание автонастройки, на Фиг.4 - график работы адаптивной системы управления с предварительным расчетом исходной частоты пробных колебаний, начало автонастройки; на Фиг.5 - график работы адаптивной системы управления с предварительным расчетом исходной частоты пробных колебаний, окончание настройки.The invention is illustrated using the drawings, where in Fig.1. shows a structural diagram of an adaptive control system, Fig.2. - schedule of the adaptive control system without preliminary calculation of the initial frequency of test oscillations, the beginning of auto-tuning; figure 3 - schedule of the adaptive control system without preliminary calculation of the initial frequency of test oscillations, the end of auto-tuning, Figure 4 - schedule of the adaptive control system with preliminary calculation of the initial frequency of test oscillations, the beginning of auto-tuning; figure 5 is a graph of the adaptive control system with a preliminary calculation of the initial frequency of test oscillations, the end of the setting.
На чертежах сделаны следующие обозначения.The following notation is made in the drawings.
1 - схема сравнения,1 is a comparison diagram,
2 - регулятор,2 - regulator,
3 - сумматор,3 - adder
4 - объект управления,4 - control object,
5 - блок фазовой автоподстройки частоты (БФАЧ),5 - block phase-locked loop (BFACH),
6 - вычислительный блок,6 - computing unit,
7 - генератор гармонических колебаний (ГГК),7 - generator of harmonic oscillations (GGK),
8 - вычислитель амплитудно-частотной характеристики (АЧХ),8 - calculator amplitude-frequency characteristics (AFC),
9 и 10 - первый и второй фильтры Фурье, соответственно,9 and 10 - the first and second Fourier filters, respectively,
11 и 12 - первый и второй избирательные фильтры, соответственно,11 and 12 are the first and second selective filters, respectively,
13 - блок формирования разгонной характеристики (вычислитель разгонной характеристики),13 - block forming the overclocking characteristics (calculator overclocking characteristics),
14 - сглаживающий фильтр,14 - smoothing filter,
15 - вычислитель комплексной частотной характеристики (КЧХ),15 - computer integrated frequency response (CFC),
16 - вычислитель нормированного периода колебаний nf (блок интерполяции),16 - calculator of the normalized period of oscillations n f (block interpolation),
17 - генератор ступенчатого сигнала (ГСС),17 - step signal generator (GSS),
18, 19, 20, 21 и 22 - первый, второй, третий, четвертый и пятый ключи соответственно,18, 19, 20, 21 and 22 - the first, second, third, fourth and fifth keys, respectively,
23 и 24 - вход и выход системы соответственно,23 and 24 - input and output of the system, respectively,
25 - блок вычисления стартовой частоты.25 - block calculating the starting frequency.
Адаптивная система управления, содержит схему сравнения, первый вход которой подключен к входу адаптивной системы управления, а выход через последовательно соединенные регулятор, сумматор к входу объекта управления, блок фазовой автоподстройки частоты, выход которого подключен к входу генератора гармонических колебаний, а также через вычислительный блок к второму входу регулятора, выход генератора гармонических колебаний подключен к первым входам первого и второго фильтров Фурье, первые и вторые выходы которых подключены к соответствующим входам вычислителя АЧХ, блок вычисления стартовой частоты, первый вход которого подключен через пятый ключ к выходу объекта регулирования, а выход через третий ключ к второму входу генератора гармонических колебаний, первый вход которого объединен с вторым входом вычислительного блока, а выход через первый ключ подключен к второму входу сумматора, генератор ступенчатого сигнала, выход которого подключен к второму входу блока вычисления стартовой частоты, а также через четвертый ключ к третьему входу сумматора, первый избирательный фильтр, вход которого подключен к выходу сумматора, а выход к второму входу первого фильтра Фурье, второй избирательный фильтр, вход которого подключен к выходу объекта регулирования, а выход к второму входу второго фильтра Фурье, выход объекта регулирования подключен через второй ключ к второму входу схемы сравнения.The adaptive control system contains a comparison circuit, the first input of which is connected to the input of the adaptive control system, and the output is through a series-connected controller, an adder to the input of the control object, a phase-locked loop, the output of which is connected to the input of the harmonic oscillator, and also through the computing unit to the second input of the regulator, the output of the harmonic oscillation generator is connected to the first inputs of the first and second Fourier filters, the first and second outputs of which are connected to the corresponding to the incoming inputs of the frequency response calculator, the starting frequency calculation unit, the first input of which is connected through the fifth key to the output of the control object, and the output through the third key to the second input of the harmonic oscillator, the first input of which is combined with the second input of the computing unit, and the output through the first key is connected to the second input of the adder, a step signal generator, the output of which is connected to the second input of the starting frequency calculation unit, and also through the fourth key to the third input of the adder, the first selector the second filter, the input of which is connected to the output of the adder, and the output to the second input of the first Fourier filter, the second selective filter, the input of which is connected to the output of the control object, and the output to the second input of the second Fourier filter, the output of the control object is connected through the second key to the second input comparison schemes.
Блок вычисления стартовой частоты содержит вычислитель разгонной характеристики, первый и второй входы которого подключены к первому и второму входам блока вычисления стартовой частоты, а выход через последовательно включенные сглаживающий фильтр, вычислитель комплексной частотной характеристики, вычислитель нормированного периода колебаний к выходу блока вычисления стартовой частоты.The starting frequency calculation unit contains an acceleration characteristic calculator, the first and second inputs of which are connected to the first and second inputs of the starting frequency calculation unit, and the output through a series-connected smoothing filter, a complex frequency response calculator, a normalized oscillation period calculator to the output of the starting frequency calculation unit.
Адаптивная система управления работает следующим образом.Adaptive control system operates as follows.
Адаптивная система управления реализует двухэтапную процедуру настройки, которая, как и прототип, представляющий собой адаптивный ПИД-регулятор, предполагает безыдентификационный подход к формированию алгоритма адаптации, т.е. без построения явной модели объекта.The adaptive control system implements a two-stage tuning procedure, which, like the prototype, which is an adaptive PID controller, involves a non-identification approach to the formation of the adaptation algorithm, i.e. without building an explicit model of the object.
Дополнительный этап заключается в предварительном определении искомой «характерной» точки частотной характеристики объекта (или ее малой окрестности). Данная задача решается путем подачи на вход объекта прямоугольного скачка (ступенчатого сигнала) при размыкании обратной связи в системе. Снятая с выхода объекта разгонная характеристика пересчитывается в комплексную частотную характеристику, из массива значений которой находится искомая «характерная» точка АФХ. Полученное значение частоты принимается за начальное. Далее выполняется второй этап самонастройки, который заключается собственно в поиске «характерной» точки АФХ объекта и расчете настроек ПИД-регулятора.An additional step is the preliminary determination of the desired "characteristic" point of the frequency response of the object (or its small neighborhood). This problem is solved by applying a rectangular jump (step signal) to the input of the object when the feedback in the system is opened. The acceleration characteristic taken from the output of the object is converted into a complex frequency response, from the array of values of which the desired “characteristic” AFX point is found. The obtained frequency value is taken as the initial one. Next, the second stage of self-tuning is performed, which consists in actually finding the “characteristic” point of the AFC of the object and calculating the settings of the PID controller.
Настройка системы осуществляется по одной точке АФХ объекта. В качестве характерной точки АФХ объекта управления используется точка с фазовым сдвигом - 2.11 рад. Вычисление параметров регулятора по вектору АФХ с аргументом - 2.11 рад позволяет получать настройки, близкие к оптимальным в смысле минимума СКО регулирования, причем даже для объектов с большим запаздыванием.System tuning is carried out on one point of the AFC of the object. As a characteristic point of the AFC of the control object, a point with a phase shift of 2.11 rad is used. Calculation of the controller parameters by the AFX vector with an argument of - 2.11 rad allows you to get settings that are close to optimal in terms of the minimum standard deviation of the control, even for objects with a large delay.
Процедура автонастройки запускается по достижении рабочего режима, т.е. когда управляемая величина достигла установившегося значения; при этом разомкнуты все ключи, изображенные на рисунке, а блок регулятора (2, фиг.1) передает входной сигнал на выход без изменений, т.е. работает по П-закону с KP=1. В этот момент на вход объекта управления (4, фиг.1), помимо задания, подается прямоугольный ступенчатый сигнал: замыкается ключ К4 на выходе генератора ступенчатого сигнала (ГСС - 17, фиг.1), также замыкаются ключи К3 и К5 в контуре вычисления начальной частоты пробных колебаний. Величина скачка Uп может варьироваться оператором; по умолчанию она составляет 20% от максимального значения управляющего воздействия. С выхода объекта снимается его разгонная характеристика, а именно ее дискретная реализация с временным интервалом, кратным периоду квантования. Накопление точек разгонной характеристики прекращается, когда величина отклонения выходного сигнала от установившегося значения превысит заданный уровень (целесообразно задать его равным величине подаваемого ступенчатого сигнала - в этом случае с выхода объекта будет полностью снят переходный процесс). Число точек кривой разгона ограничивается за счет децимации - n=500…1000. Для устранения влияния шумов в канале управления на достоверность полученных данных выполняется операция сглаживания - кривая разгона аппроксимируется полиномом 9-го порядка (14, фиг.1).The auto-tuning procedure starts when the operating mode is reached, i.e. when the controlled value has reached a steady-state value; in this case, all the keys shown in the figure are open, and the controller block (2, Fig. 1) transmits the input signal to the output without changes, i.e. works according to the P-law with K P = 1. At this moment, in addition to the task, a rectangular step signal is applied to the input of the control object (4, Fig. 1): the key K4 is closed at the output of the step signal generator (GSS - 17, Fig. 1), the keys K3 and K5 are also closed in the calculation loop initial frequency of test oscillations. The magnitude of the jump U p may vary by the operator; by default, it is 20% of the maximum value of the control action. The accelerating characteristic, namely its discrete implementation with a time interval that is a multiple of the quantization period, is removed from the output of the object. The accumulation of acceleration characteristic points stops when the deviation of the output signal from the steady-state value exceeds a predetermined level (it is advisable to set it equal to the value of the supplied step signal - in this case, the transient will be completely removed from the output of the object). The number of points of the acceleration curve is limited due to decimation - n = 500 ... 1000. To eliminate the influence of noise in the control channel on the reliability of the obtained data, a smoothing operation is performed - the acceleration curve is approximated by a 9th order polynomial (14, Fig. 1).
Далее, по массиву значений разгонной характеристики вычисляется набор значений комплексной частотной характеристики (КЧХ) объекта управления. Как известно, КЧХ и разгонная характеристика связаны следующим соотношением:Next, using the array of values of the overclocking characteristic, a set of values of the complex frequency response (CFC) of the control object is calculated. As is known, the CFC and the overclocking characteristic are related by the following relationship:
При вычислении данное выражение заменяется приближенным соотношением, путем перехода от производной к разности соседних значений разгонной характеристики. Число вычисляемых значений КЧХ равно числу снятых значений кривой разгона. Для большинства объектов диапазон существенных частот лежит ниже частоты, которая в 4 раза больше величины, обратной времени переходного процесса, т.е. верхнюю границу диапазона частот, для которых вычисляются значения КЧХ, можно определить какIn the calculation, this expression is replaced by an approximate relation, by passing from the derivative to the difference of adjacent values of the overclocking characteristic. The number of calculated CFC values is equal to the number of taken values of the acceleration curve. For most objects, the range of significant frequencies lies below the frequency, which is 4 times larger than the reciprocal of the transition process, i.e. the upper limit of the frequency range for which the CFC values are calculated can be defined as
где tпп - время переходного процесса; n - число точек снятой разгонной характеристики; Т0 - период квантования. Таким образом, значения КЧХ вычисляются вычислителем КЧХ (15, фиг.1) для массива частот 
где h[k], k=0…n - массив снятых значений разгонной характеристики объекта.where h [k], k = 0 ... n is the array of measured values of the acceleration characteristic of the object.
Вычислителем nf (16, фиг.1) из массива значений КЧХ объекта управления выбирается ближайшее к «характерной» точке АФХ с фазовым сдвигом - 2.11 рад. Соответствующая частота принимается за начальную частоту пробного гармонического сигнала nf.Calculator n f (16, Fig. 1) from the array of CFC values of the control object selects the closest to the “characteristic” AFX point with a phase shift of 2.11 rad. The corresponding frequency is taken as the initial frequency of the probe harmonic signal n f .
Следующий этап - определение настроек регулятора. Однократная автонастройка регулятора, как и определение начальной частоты пробных колебаний, осуществляется в разомкнутом контуре. После вычисления начальной частоты размыкается ключ К4 на выходе ГСС, также размыкаются ключи К3 и К5, и замыкается ключ К1 на выходе генератора гармонических колебаний (ГГК); данный генератор формирует синусоидальный сигнал с заданной амплитудой и частотой. Его значение на k-ом шаге работы вычисляется по формуле:The next step is to determine the controller settings. One-time auto-tuning of the controller, as well as determining the initial frequency of test oscillations, is carried out in an open loop. After calculating the initial frequency, the key K4 is opened at the output of the GSS, the keys K3 and K5 are also opened, and the key K1 is closed at the output of the harmonic oscillation generator (GGK); This generator generates a sinusoidal signal with a given amplitude and frequency. Its value at the k-th operation step is calculated by the formula:
где А - амплитуда сигнала; nf - нормированный период колебаний, т.е. число тактов пересчета, за которое завершается один период колебаний.where A is the signal amplitude; n f is the normalized oscillation period, i.e. the number of clock cycles for which one oscillation period ends.
Избирательный фильтр ИФ1 выделяет из входного сигнала объекта гармонику с частотой пробного сигнала, фильтр ИФ2 осуществляет аналогичную операцию над выходом объекта. Разностное уравнение избирательного фильтра имеет вид:The selective filter IF1 extracts harmonic from the input signal of the object with the frequency of the test signal, filter IF2 performs a similar operation on the output of the object. The difference equation of the selective filter has the form:
где xf, yf - входной и выходной сигналы ИФ соответственно (для ИФ1 xf=U, yf=Uф; для ИФ2 xf=Y, yf=Yф); коэффициенты AF, BF и CF рассчитываются по формулам:where x f , y f are the input and output IF signals, respectively (for IF1 x f = U, y f = U f ; for IF2 x f = Y, y f = Y f ); the coefficients AF, BF and CF are calculated by the formulas:
где 
Фильтр Фурье 1 оценивает значения амплитуды Rвх и фазы φвх пробных колебаний в отфильтрованном сигнале управления Uф. Фильтр Фурье 2 оценивает Rвых и φвых в отфильтрованном выходном сигнале Yф объекта. Вычисление оценок амплитуды и фазы фильтр Фурье осуществляет по формулам:The
гдеWhere
где x - входной сигнал фильтра Фурье (для ФФ1 x=Uф, для ФФ2 x=Yф).where x is the input signal of the Fourier filter (for ФФ1 x = U ф , for ФФ2 x = Y ф ).
Вычислитель АФХ (6, фиг.1) определяет вектор комплексной характеристики объекта Ro, φо на частоте тестового сигнала:The AFC calculator (6, Fig. 1) determines the vector of the complex characteristic of the object R o , φ о at the frequency of the test signal:
Поиск и дальнейшее отслеживание частоты, на которой фазовый сдвиг равен φЗ=-2.11 рад, осуществляет блок фазовой автоподстройки частоты 5 (фиг.1), который по прошествии заданного числа периодов изменяет частоту пробных колебаний (нормированный период nf) в зависимости от полученного значения φo следующим образом:Search and further tracking of the frequency at which the phase shift is equal to φ З = -2.11 rad is carried out by the phase-locked loop 5 (Fig. 1), which, after a specified number of periods, changes the frequency of the test oscillations (normalized period n f ) depending on the received values of φ o as follows:
где nf - текущее значение нормированного периода колебаний; nf.кор - новое (скорректированное) значение периода; Knf - заданный коэффициент (выбирается из диапазона 0.5÷1).where n f is the current value of the normalized period of oscillation; n f.cor - the new (adjusted) value of the period; K nf is the given coefficient (selected from the range 0.5 ÷ 1).
Вычислительный блок (6, фиг.1) производит расчет настроек ПИД-регулятора при захвате БФАЧ фазы - 2.11 рад (используется цифровой ПИД-регулятор с независимыми настройками):The computing unit (6, Fig. 1) calculates the settings of the PID controller when capturing the phase-to-phase converter - 2.11 rad (a digital PID controller with independent settings is used):
После вычисления настроек регулятора процесс управления можно продолжить в замкнутом контуре. При этом все вышеперечисленные действия (но уже без предварительного этапа) будут осуществляться далее непрерывно, при работе системы в замкнутом режиме. Таким образом, будет обеспечен постоянный пересчет настроек регулятора, что необходимо при управлении объектом с переменными параметрами.After calculating the settings of the controller, the control process can be continued in a closed loop. Moreover, all of the above actions (but without the preliminary stage) will be carried out further continuously, when the system is in closed mode. Thus, a constant recount of the controller settings will be ensured, which is necessary when controlling an object with variable parameters.
Для оценки качества предлагаемого алгоритма адаптивного регулятора была разработана модель на ЭВМ в виде программы на языке высокого уровня (среда программирования Borland C++ Builder). Для получения трендов переходных процессов разработан соответствующий графический интерфейс. Задача моделирования заключалась в том, чтобы оценить влияние дополнительного этапа (определение начальной частоты пробных колебаний) на длительность и сходимость процесса автонастройки. С этой целью были получены графики переходного процесса до и после модификации алгоритма адаптивного регулятора.To assess the quality of the proposed adaptive controller algorithm, a computer model was developed in the form of a program in a high-level language (Borland C ++ Builder programming environment). To obtain transient trends, an appropriate graphical interface has been developed. The modeling task was to evaluate the influence of an additional stage (determining the initial frequency of test oscillations) on the duration and convergence of the auto-tuning process. To this end, transient graphs were obtained before and after the modification of the adaptive controller algorithm.
Исследования проводились на модели объекта третьего порядка с запаздыванием; параметры модели: K=1; T1=0.001 с; Т2=3 с; Т3=10 с; h=0.6 с; период квантования Т0=0.165 с. «Характерной» точке АФХ данной модели соответствует период nf=134. Для исследования влияния шумов на точность получаемых результатов к выходу объекта добавлялся случайный сигнал со средней амплитудой 1.5% от максимального значения выхода объекта. Частота пробных колебаний пересчитывалась, если выполнялись следующие условия: прошло 2 периода колебаний и разница между фазовыми сдвигами, рассчитанными на каждом из этих периодов, не превышает заданного значения (т.е. завершились переходные процессы в фильтрах Фурье, и величина фазового сдвига достигла установившегося значения).The studies were carried out on a model of a third-order object with delay; model parameters: K = 1; T 1 = 0.001 s; T 2 = 3 s; T 3 = 10 s; h = 0.6 s; quantization period T 0 = 0.165 s. The “characteristic" AFX point of this model corresponds to the period n f = 134. To study the effect of noise on the accuracy of the results obtained, a random signal with an average amplitude of 1.5% of the maximum value of the object output was added to the output of the object. The frequency of test oscillations was recalculated if the following conditions were met: 2 periods of oscillations passed and the difference between the phase shifts calculated for each of these periods does not exceed the set value (i.e., the transient processes in the Fourier filters are completed, and the phase shift value reaches a steady-state value )
При отсутствии дополнительного этапа идентификации процесс автонастройки происходит следующим образом. Начальное значение периода nf было выбрано равным 60. На Фиг.2 и 3 приведены графики переходных процессов в системе. На графике показаны следующие стадии процесса: А - процесс выхода на рабочий режим; В - процесс самонастройки.In the absence of an additional identification step, the auto-tuning process proceeds as follows. The initial value of the period n f was chosen equal to 60. Figures 2 and 3 show graphs of transients in the system. The graph shows the following stages of the process: A - the process of entering the operating mode; B - the process of self-tuning.
Как видно из Фиг.2, время автонастройки составило около 2950 тактов (по окончании автонастройки подача на вход пробных колебаний прекращается). Значение нормированного периода колебаний, при котором завершилась автонастройка: nf=133. Полученные настройки регулятора: КP=2.74; КI=0.0995; КD=15.6.As can be seen from Figure 2, the auto-tuning time was about 2950 cycles (at the end of the auto-tuning, the supply of test oscillations to the input is stopped). The value of the normalized oscillation period at which the auto-tuning is completed: n f = 133. Received controller settings: K P = 2.74; K I = 0.0995; K D = 15.6.
Аналогичные исследования были проведены при наличии в алгоритме автонастройки дополнительного этапа, результаты которых представлены на Фиг.4 и 5. На чертежах стадии процесса обозначены следующим образом: А - процесс выхода на рабочий режим; В - предварительный этап снятия разгонной характеристики и расчета начальной частоты колебаний; С - процесс самонастройки.Similar studies were carried out if there was an additional stage in the auto-tuning algorithm, the results of which are presented in Figs. 4 and 5. In the drawings, the process stages are indicated as follows: A - process of entering the operating mode; B is the preliminary stage of taking the acceleration characteristic and calculating the initial oscillation frequency; C is the process of self-tuning.
Как видно из Фиг.3, время автонастройки составило около 1140 тактов, т.е. процесс вычисления параметров регулятора по сравнению с адаптивной системой-прототипом ускорился в 2.5 раза. Значение нормированного периода колебаний, полученное после предварительного этапа: nf=136. При этом же значении nf завершилась автонастройка. Полученные настройки регулятора: КP=2.74; KI=0.0973; КD=16. Соответственно настройки ПИД-регулятора исходной и предлагаемой системы близки, т.е. дополнительный этап не повлиял на оптимизацию настроек ПИД-регулятора.As can be seen from Figure 3, the auto-tuning time was about 1140 cycles, i.e. the process of calculating the parameters of the controller compared to the adaptive prototype system accelerated 2.5 times. The value of the normalized oscillation period obtained after the preliminary stage: n f = 136. At the same value of n f , auto tuning has completed. Received controller settings: K P = 2.74; K I = 0.0973; K D = 16. Accordingly, the settings of the PID controller of the initial and proposed systems are close, i.e. an additional step did not affect the optimization of the PID controller settings.
Заявленная система, реализующая алгоритм адаптивного ПИД-регулятора, может быть внедрена на промышленных предприятиях. Один из возможных путей реализации адаптивной системы регулирования - электронный микропроцессорный модуль управления с встроенным адаптивным регулятором, способным интегрироваться в управляющий микропроцессорный контроллер и расширять его функциональные возможности. Преимущество такой реализации заключается в том, что микропроцессорный контроллер в этом случае достаточно оснастить микропроцессором, не обладающим достаточным объемом оперативной памяти и быстродействием. В приложении к заявке приведена программа для ЭВМ, которая может быть использована в случае такой микропроцессорной реализации заявленного решения.The claimed system that implements the adaptive PID controller algorithm can be implemented at industrial enterprises. One of the possible ways to implement an adaptive regulation system is an electronic microprocessor control module with a built-in adaptive regulator that can integrate into the controlling microprocessor controller and expand its functionality. The advantage of this implementation is that in this case the microprocessor controller is enough to equip with a microprocessor that does not have sufficient RAM and speed. The annex to the application contains a computer program that can be used in the case of such a microprocessor implementation of the claimed solution.
Представленные графики подтверждают работоспособность адаптивной системы управления, а также повышение ее быстродействия, за счет снижения времени самонастройки системы.The presented graphs confirm the operability of the adaptive control system, as well as increasing its speed, by reducing the time it takes to configure the system.
Таким образом, предлагаемая адаптивная система управления позволяет обеспечить высокое качество управления широким классом промышленных объектов с переменными параметрами и обладает более высоким быстродействием по сравнению с прототипом за счет снижения времени самонастройки системы и улучшения сходимости процесса адаптивного ПИД-управления.Thus, the proposed adaptive control system allows to provide high quality control of a wide class of industrial facilities with variable parameters and has a higher speed compared to the prototype by reducing the system’s self-tuning time and improving the convergence of the adaptive PID control process.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011123678/08A RU2461037C1 (en) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | Adaptive control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011123678/08A RU2461037C1 (en) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | Adaptive control system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461037C1 true RU2461037C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011123678/08A RU2461037C1 (en) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | Adaptive control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461037C1 (en) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0384437B1 (en) * | 1989-02-23 | 1995-07-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and system for changing control parameters in accordance with state of process in process control |
| RU2068196C1 (en) * | 1992-12-07 | 1996-10-20 | Акционерное общество закрытого типа "Экспериментальная лаборатория системотехники" | Self-tuning control system |
| US20030195641A1 (en) * | 2000-06-20 | 2003-10-16 | Wojsznis Wilhelm K. | State based adaptive feedback feedforward PID controller |
| RU2267147C1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-12-27 | Гольцов Анатолий Сергеевич | Automatic control adaptive non-linear system |
| US7383235B1 (en) * | 2000-03-09 | 2008-06-03 | Stmicroelectronic S.R.L. | Method and hardware architecture for controlling a process or for processing data based on quantum soft computing |
| RU2339988C1 (en) * | 2007-07-23 | 2008-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2343524C1 (en) * | 2007-11-20 | 2009-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2368934C2 (en) * | 2007-06-14 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2384872C2 (en) * | 2006-11-30 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Method for automatic optimal control system pulsed setup |
| US20110022193A1 (en) * | 2009-07-27 | 2011-01-27 | Siemens Industry, Inc. | Method and apparatus of a self-configured, model-based adaptive, predictive controller for multi-zone regulation systems |
-
2011
- 2011-06-14 RU RU2011123678/08A patent/RU2461037C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0384437B1 (en) * | 1989-02-23 | 1995-07-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Method and system for changing control parameters in accordance with state of process in process control |
| RU2068196C1 (en) * | 1992-12-07 | 1996-10-20 | Акционерное общество закрытого типа "Экспериментальная лаборатория системотехники" | Self-tuning control system |
| US7383235B1 (en) * | 2000-03-09 | 2008-06-03 | Stmicroelectronic S.R.L. | Method and hardware architecture for controlling a process or for processing data based on quantum soft computing |
| US20030195641A1 (en) * | 2000-06-20 | 2003-10-16 | Wojsznis Wilhelm K. | State based adaptive feedback feedforward PID controller |
| RU2267147C1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-12-27 | Гольцов Анатолий Сергеевич | Automatic control adaptive non-linear system |
| RU2384872C2 (en) * | 2006-11-30 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Method for automatic optimal control system pulsed setup |
| RU2368934C2 (en) * | 2007-06-14 | 2009-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2339988C1 (en) * | 2007-07-23 | 2008-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| RU2343524C1 (en) * | 2007-11-20 | 2009-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Электроспецприбор" | Adaptive control system |
| US20110022193A1 (en) * | 2009-07-27 | 2011-01-27 | Siemens Industry, Inc. | Method and apparatus of a self-configured, model-based adaptive, predictive controller for multi-zone regulation systems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Algreer et al. | Active online system identification of switch mode DC–DC power converter based on efficient recursive DCD-IIR adaptive filter | |
| Zhmud et al. | Modern key techologies in automatics: Structures and numerical optimization of regulators | |
| CN109459934A (en) | A method of depression of order automatic disturbance rejection controller parameter is adjusted based on PID controller | |
| KR102165991B1 (en) | Motor control unit | |
| Paraskevopoulos et al. | PID-type controller tuning for unstable first order plus dead time processes based on gain and phase margin specifications | |
| JP5585381B2 (en) | Auto tuning device and auto tuning method | |
| US7483931B2 (en) | Signal generator using IIR type digital filter; and method of generating, supplying, and stopping its output signal | |
| RU2461037C1 (en) | Adaptive control system | |
| RU2368934C2 (en) | Adaptive control system | |
| Visioli et al. | An automatic tuning method for cascade control systems | |
| RU2419122C2 (en) | Self-tuning pid controller | |
| Alkhafaji et al. | A novel PID robotic for speed controller using optimization based tune technique | |
| RU2413270C2 (en) | Frequency-domain adaptive control system | |
| Galdos et al. | Robust controller design by convex optimization based on finite frequency samples of spectral models | |
| RU2068196C1 (en) | Self-tuning control system | |
| di Benedetto et al. | Variable frequency repetitive-resonant combined control for grid-tied and intentional islanding operations | |
| RU2339988C1 (en) | Adaptive control system | |
| Livinus et al. | Effects of pid controller on a closed loop feedback system | |
| Pan et al. | Active noise cancellation frequency-locked loop with a notch filter | |
| RU2612340C1 (en) | Adaptive control system | |
| Natarajan et al. | Frequency response adaptation of PI controllers based on recursive least-squares process identification | |
| Anwar | Design of PID controller for high-order process via IMC scheme in frequency domain | |
| Tang | Fractional gradient descent algorithm for switching models using self-organizing maps: One set data or all the collected data | |
| RU2343524C1 (en) | Adaptive control system | |
| CN110224442B (en) | Single-phase-locked loop control method, device and equipment based on second-order generalized integrator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130615 |