RU2589163C2

RU2589163C2 - Способ автоматического управления температурным режимом теплицы

Info

Publication number: RU2589163C2
Application number: RU2014140224/13A
Authority: RU
Inventors: Михаил Леонидович Лазаренко; Леонид Михайлович Лазаренко; Юрий Александрович Судник
Original assignee: Михаил Леонидович Лазаренко
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2016-07-10
Also published as: RU2014140224A

Abstract

Изобретение относится к методам и средствам автоматического управления сельскохозяйственными технологическими процессами и может быть использовано для автоматизации управления температурным режимом теплиц. Способ включает измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган. Дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия. Регулятор повышенного быстродействия содержит два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени. Передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости

W_рег(s)=W_ПИД(s)+W_{ДП 1}(s)+W_{ДП 2}(s),

где s - комплексная переменная,

W_ПИД(s) - передаточная функция ПИД-регулятора,

и

, а

Q₁ и Q₂ - параметры настройки регулятора.

Способ позволит повысить быстродействие и помехоустойчивость систем автоматического управления.

Description

Изобретение относится к методам и средствам автоматического управления сельскохозяйственными технологическими процессами и может быть использовано для автоматизации управления температурным режимом теплиц.

Известны (Патент РФ №2128425, МПК: A01G 9/24, G05D 23/00, 1994 г. ) способы автоматического управления температурным режимом теплиц, включающие измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, реализуя тем самым пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон управления (кн. И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. Автоматизация технологических процессов. М.: КолосС, 2003, с. 58-59).

Недостатками ПИД-регуляторов являются низкие быстродействие и помехоустойчивость, связанные с наличием единственной производной по времени в законе управления. Использование производных выше первого порядка приводит к резкому возрастанию влияния шумов и помех, что существенно снижает качество автоматического управления.

Дробное дифференцирование (Самко С.Г., Калбас А.А., Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. Минск: Наука и техника, 1987. - 688 с.) позволяет усилить присущий операциям дифференцирования по времени эффект предсказания дальнейшего изменения сигналов управляемых технологических процессов и благодаря этому повысить быстродействие управляющих ими систем. При этом не повышаются в выходных сигналах регулятора уровни шумов и помех, по сравнению с традиционным ПИД-регулятором, т.к. в предлагаемом техническом решении максимальный порядок дифференцирования меньше (производные дробных порядков меньше единицы), чем у известного ПИД-регулятора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества управления, в частности быстродействия и помехоустойчивости систем автоматического управления.

Такой технический результат достигается тем, что способ автоматического управления температурным режимом теплицы, включающий измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, причем дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия, содержащего два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени, при этом передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости

W_рег(s)=W_ПИД(s)+W_{ДП 1}(s)+W_{ДП 2}(s),

где s - комплексная переменная,

и

, а

Q₁ и Q₂ - параметры настройки регулятора.

Суть способа заключается в следующем. Известная передаточная функция ПИД-регулятора W_ПИД(s) имеет следующий вид:

где s - комплексная переменная; K_p - коэффициент передачи регулятора; Т_Д и Т_И - постоянные времени дифференцирования и интегрирования по времени соответственно.

Поскольку в (1) первой производной по времени d(…)/dt отвечает комплексная переменная s, то дробным производным по времени ниже первого порядка будут отвечать комплексные переменные вида

, n и m - целые положительные числа, причем m<n.

При этом передаточная функция регулятора с дробными производными по времени может быть представлена в виде

где

причем N - целое положительное число, при этом N≥1; Q₁ и Q₂ - параметры настройки, принимающие вещественные значения.

Таким образом, как видно из (2) и (3), введение дробных производных по времени ниже первого порядка позволяет использовать дополнительные параметры настройки Q₁ и Q₂ для повышения быстродействия, т.к. благодаря их наличию улучшается управляемость системы, что позволяет добиться, к тому же, значительного повышения запаса устойчивости системы. Качество управления автоматической системы при замене известного ПИД-регулятора на регулятор нового вида (2), (3), повышается в той же мере, как при замене пропорционально-интегрального регулятора на ПИД-регулятор.

Способ реализуется следующим образом. Регулятор повышенного быстродействия содержит два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени (различных порядков меньших единицы).

Способ позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость систем автоматического управления.

Claims

Способ автоматического управления температурным режимом теплицы, включающий измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, отличающийся тем, что дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия, содержащего два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени, при этом передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости
W_рег(s)=W_ПИД(s)+W_{ДП 1}(s)+W_{ДП 2}(s),
где s - комплексная переменная,
W_ПИД(s) - передаточная функция ПИД-регулятора,

и
, а
Q₁ и Q₂ - параметры настройки регулятора.