RU2777432C2 - Method for diagnosing non-stationarity of object with operating closed control system - Google Patents
Method for diagnosing non-stationarity of object with operating closed control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777432C2 RU2777432C2 RU2020111249A RU2020111249A RU2777432C2 RU 2777432 C2 RU2777432 C2 RU 2777432C2 RU 2020111249 A RU2020111249 A RU 2020111249A RU 2020111249 A RU2020111249 A RU 2020111249A RU 2777432 C2 RU2777432 C2 RU 2777432C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- controller
- stationarity
- output signal
- control
- changes
- Prior art date
Links
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 9
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001052 transient Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000087 stabilizing Effects 0.000 description 4
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000005039 chemical industry Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области инженерной кибернетики и может быть использовано в системах автоматического управления нестационарными динамическими объектами.The invention relates to the field of engineering cybernetics and can be used in automatic control systems for non-stationary dynamic objects.
Известен способ «Способ автоматического контроля на основе обратной связи с отклонением значения и фазовой задержки выходного сигнала» [патент UA103548 (С2)-2013-10-25. G05B11/-1, G05B1302].There is a method "Method of automatic control based on feedback with a deviation of the value and phase delay of the output signal" [patent UA103548 (C2) -2013-10-25. G05B11/-1, G05B1302].
Способ основан на определении выходного сигнала устройства управления на основе расчета разности между установленным значением выходного сигнала объекта управления и выходным сигналом объекта управления с учетом отклонения фазовой задержки, возникающего при стабильных эксплуатационных проблемах. Чтобы определить отклонение фазовой задержки между случайными сигналами заданного значения и выходным сигналом объекта управления, используется преобразование Гильберта, это позволяет представить его как аналитический сигнал. Использование метода позволяет учитывать изменения состояний элементов инерции, являющихся частью объекта управления, и для достижения качественных характеристик метода автоматического управления при недостаточной информации для построения точной математической модели объекта.The method is based on determining the output signal of the control device based on the calculation of the difference between the set value of the output signal of the control object and the output signal of the control object, taking into account the deviation of the phase delay that occurs with stable operational problems. The Hilbert transform is used to determine the phase delay deviation between the random setpoint signals and the control object output signal, this allows it to be represented as an analytical signal. Using the method makes it possible to take into account changes in the states of inertia elements that are part of the control object, and to achieve the qualitative characteristics of the automatic control method with insufficient information to build an accurate mathematical model of the object.
Недостаток данного способа состоит в том, что в данном способе большой объем сложных вычислений, что требует достаточно сложного дорогостоящего оборудования.The disadvantage of this method is that this method involves a large amount of complex calculations, which requires rather complex expensive equipment.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ реализации адаптивной системы автоматического регулирования, описанный в статье «Адаптивная система автоматического регулирования» [М.В. Скороспешкин, В.Н. Скороспешкин. Интернет-журнал «Науковедение» ИГУПИТ. Выпуск-2, март-апрель 2014 г., г. Томск. [Электронный ресурс]; Режим доступа: http/naukovedenit/ru. Идентификационный номер статьи в журнале: 83TVN214, УДК 681.511.4 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации].Closest to the proposed invention is a method for implementing an adaptive automatic control system, described in the article "Adaptive automatic control system" [M.V. Skorospeshkin, V.N. Skorospeshkin. Internet journal "Science" IGUPIT. Issue-2, March-April 2014, Tomsk. [Electronic resource]; Access mode: http/naukovedenit/ru. Identification number of the article in the journal: 83TVN214, UDC 681.511.4 05.13.01 System analysis, management and information processing].
В работе описан способ реализации адаптивной системы автоматического регулирования, основанный на использовании подстраиваемого псевдолинейного двухканального корректирующего устройства динамических характеристик систем автоматического регулирования. Данный способ характеризуется тем, что в процессе работы системы параметры регулятора не меняются и соответствуют настройке, предшествующей запуску системы в работу. В процессе работы системы регулирования, в зависимости от изменения параметров объекта управления, меняется коэффициент передачи корректора или создаваемый им фазовый сдвиг. Существенной особенностью данной системы является то, что значение фазового сдвига разомкнутой системы на фиксированной частоте определяется по значению коэффициента передачи по амплитуде, разомкнутой и замкнутой систем после подачи в систему синусоидального поискового сигнала.The paper describes a method for implementing an adaptive automatic control system based on the use of an adjustable pseudo-linear two-channel corrective device for the dynamic characteristics of automatic control systems. This method is characterized by the fact that during the operation of the system the parameters of the controller do not change and correspond to the setting prior to the start of the system into operation. During the operation of the control system, depending on the change in the parameters of the control object, the corrector transfer coefficient or the phase shift created by it changes. An essential feature of this system is that the value of the phase shift of an open system at a fixed frequency is determined by the value of the gain in amplitude, open and closed systems after a sinusoidal search signal is applied to the system.
Недостатком данного способа является то, что в систему периодически запускается синусоидальный поисковый сигнал, который будет влиять на управляемость объекта управления и на характеристики системы управления. Кроме того, указанный способ требует введение в систему управления дополнительного оборудования, которое будет создавать этот синусоидальный поисковый сигнал.The disadvantage of this method is that a sinusoidal search signal is periodically launched into the system, which will affect the controllability of the control object and the characteristics of the control system. In addition, this method requires the introduction of additional equipment into the control system, which will create this sinusoidal search signal.
Задача изобретения - создание более простого способа определения изменения параметров объекта регулирования с целью диагностирования нестационарности объекта. Определение изменения нестационарности объекта необходимо для принятия решения о перенастройке параметров регулятора системы управления.The objective of the invention is to create a simpler way to determine the change in the parameters of the regulated object in order to diagnose the non-stationarity of the object. Determining the change in the non-stationarity of the object is necessary to make a decision on reconfiguring the parameters of the controller of the control system.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что предлагается способ диагностирования нестационарности объекта с действующей замкнутой системой регулирования выходного сигнала объекта.The solution of the problem is provided by the fact that a method is proposed for diagnosing the non-stationarity of an object with an operating closed system for regulating the object's output signal.
Отличающимися особенностями предлагаемого изобретения является то, что в действующей системе регулирования определяются устойчивые тенденции изменения выходного сигнала регулятора и устойчивые тенденции изменения выходной величины объекта управления, а факт нестационарности объекта управления определяют по наличию угла между тенденциями изменения выходного сигнала и выходной величины объекта управления.The distinguishing features of the proposed invention are that in the current control system, stable trends in the controller output signal and stable trends in the output value of the control object are determined, and the fact of non-stationarity of the control object is determined by the presence of an angle between the trends in the output signal and the output value of the control object.
Если угол между указанными тенденциями (трендами) равен нулю, то свойства объекта не изменяются.If the angle between the specified tendencies (trends) is equal to zero, then the properties of the object do not change.
Если выявляется угол между указанными тенденциями (трендами), то это является доказательством того, что в объекте есть соответствующая (определяемая устойчивой тенденцией выходного сигнала регулятора) нестационарность (тренд) объекта управления, т.е. свойства объекта управления меняются.If the angle between the specified tendencies (trends) is detected, then this is proof that the object has a corresponding (determined by a steady trend in the output signal of the controller) non-stationarity (trend) of the control object, i.e. properties of the control object are changed.
На фиг. 1 представлена система стабилизации выходного сигнала объекта управления, в которой во время функционирования системы автоматического регулирования вычислительное устройство выделяет и сравнивает между собой устойчивые тенденции изменения выходного сигнала регулятора и устойчивые тенденции изменения выходной величины объекта управления и, где 1- объект управления, 2 - регулятор, 3 - вычислительное устройство.In FIG. 1 shows a system for stabilizing the output signal of the control object, in which, during the operation of the automatic control system, the computing device identifies and compares stable trends in the output signal of the controller and stable trends in the output value of the control object and, where 1 is the control object, 2 is the controller, 3 - computing device.
На фиг. 2 представлены переходные процессы в системе стабилизации выходного параметра объекта управления, где 4 - выходной сигнал на выходе объекта, 5 - сигнал задания, который определяет тенденцию изменения (тренд) сигнала на выходе объекта управления, 6 - изменение свойств объекта управления (нестационарность), 7 - сигнал на выходе регулятора, 8 - устойчивая тенденция изменения сигнала на выходе регулятора.In FIG. 2 shows the transient processes in the system for stabilizing the output parameter of the control object, where 4 is the output signal at the output of the object, 5 is the reference signal that determines the trend of the signal at the output of the control object, 6 is the change in the properties of the control object (non-stationarity), 7 - signal at the output of the regulator, 8 - stable trend of signal change at the output of the regulator.
Предлагаемый способ автоматического управления объектами заключается в следующем.The proposed method for automatic control of objects is as follows.
Допустим, что система управления является системой стабилизации выходного сигнала 4 объекта управления 1, она настроена оптимально с учетом конкретных значений параметров объекта на момент расчета настроечных параметров регулятора 2. Система справляется с возникающими возмущениями с точки зрения стабильности поддержания заданного статического режима, при этом сигнал задания совпадает с я тенденцией сигнала на выходе объекта управления.Let us assume that the control system is a system for stabilizing the
Рассмотрим широко распространенный случай, когда в системе отсутствуют внешние интегрирующие (линейно нарастающие или убывающие) возмущения. Характерной особенностью таких систем является случайное (или вызванное третьими неуправляемыми причинами) относительно быстрое возникновение и за счет работы системы регулирования быстрая компенсация последствий этих возмущений.Let us consider the widespread case when there are no external integrating (linearly increasing or decreasing) perturbations in the system. A characteristic feature of such systems is the accidental (or caused by third uncontrollable causes) relatively rapid occurrence and, due to the operation of the control system, the rapid compensation of the consequences of these disturbances.
Считаем, что изменение свойств 6 объекта управления 1, относящееся к нестационарности, является стабильным за определенное время работы системы, а не является случайным процессом. Чаще всего это изменение свойств 6 объекта управления 1 и носит линейно нарастающий или убывающий характер. Например, это может быть любой объект, параметры которого меняются во времени: многочисленные в промышленности теплообменные аппараты, у которых с течением времени трубы «закоксовываются» и уменьшается их пропускная способность, или реакторные процессы в химической промышленности, где постепенно падает активность катализатора или ингибитора.We believe that the change in the
Предлагаемый способ позволит системе управления выявлять эти изменения свойств объекта следующим образом.The proposed method will allow the control system to detect these changes in the properties of the object in the following way.
В функционирующей системе стабилизации выходного сигнала 4 объекта управления 1, вычислительное устройство 3, не включенное в контур регулирования и поэтому не ухудшающее качество работы системы стабилизации выходного параметра объекта управления 1, выделяет (путем сглаживания и аппроксимации линейной функцией) устойчивую тенденцию (линейный тренд) 8 сигнала 7 на выходе регулятора 2, и сравнивает его с сигналом задания 5 или линейной тенденцией выходной величины 4 объекта управления 1 (вычисленной таким же образом любыми известными алгоритмами сглаживания и выделения тренда).In the functioning stabilization system of the
Если появился угол между указанными тенденциями 5 и 8 выходными сигналов регулятора 2 и объекта управления 1, то выполнение этого условия позволяет считать, что устойчивая тенденция (линейный тренд) 8 выходной величины 7 регулятора 2 вызван изменением свойств объекта управления 1.If there is an angle between the
Это значит, что в объекте есть соответствующая (выявляемая устойчивой тенденцией 8 выходного сигнала регулятора 2) тенденция (тренд) нестационарности 6 объекта управления 1.This means that the object has a corresponding (revealed by a
Результат вычисления может выводиться на индикатор, встроенный в вычислительное устройство или работать в режиме «советчика» по информированию оператора.The calculation result can be displayed on an indicator built into the computing device or work in the "advisor" mode to inform the operator.
В силу того, что изменение свойств 6 объекта управления 1 всегда значительно медленнее любого внешнего возмущения, регулятор 2 в системе стабилизации режимов функционирования объекта управления 1 справится с этими изменениями и обеспечит малое отклонение регулируемой выходной величины объекта управления 1 от сигнала задания 5. Но при этом настройки регулятора 2 уже будут не оптимальными для обеспечения исходных заданных динамических оценок качества регулирования выходной величины (в частотной области - запасы устойчивости системы по модулю и фазе, на плоскости корней характеристического уравнения замкнутой системы - степень устойчивости, во временной области - перерегулирование, степень затухания, интегральная оценка).Due to the fact that the change in the
Данная информация может быть использована для принятия решения о необходимости коррекции настроечных параметров регулятора с целью обеспечения нужного качества динамики переходных процессов регулирования. Такая коррекция может применяться периодически или при заданном уровне изменения свойств объекта за период, в течение которого это изменение еще не вызывает существенного ухудшения динамических характеристик качества стабилизации выходной величины объекта.This information can be used to make a decision on the need to correct the controller's tuning parameters in order to provide the required quality of the dynamics of transient control processes. Such a correction can be applied periodically or at a given level of change in the properties of the object for a period during which this change does not yet cause a significant deterioration in the dynamic characteristics of the stabilization quality of the output value of the object.
Указанные преимущества предлагаемого способа по сравнению с известными способами, обеспечиваются новой методикой определения нестационарности объектов управления.These advantages of the proposed method in comparison with known methods are provided by a new method for determining the non-stationarity of control objects.
Простота предлагаемого способа по сравнению с известными способами обеспечивается тем, что нет необходимости запускать в систему управления какой-либо дополнительный сигнал, с целью последующего анализа его изменения. Процедура выделения тенденции (тренда) известна и достаточно проста. Процедура сравнения линейных трендов равной длины двух сигналов также хорошо известна. А вот совокупность применения этих процедур совместно с выбором точек мест сравнения сигналов (сравнение устойчивой тенденции изменения выходного сигнала регулятора с устойчивой тенденцией изменения выходной величины объекта) для диагностики нестационарного объекта управления неизвестна и дает указанный положительный результат.The simplicity of the proposed method in comparison with known methods is ensured by the fact that there is no need to launch any additional signal into the control system in order to subsequently analyze its change. The procedure for identifying a trend (trend) is known and quite simple. The procedure for comparing linear trends of equal length of two signals is also well known. But the set of application of these procedures together with the choice of points of places for comparing signals (comparison of a stable trend in the output signal of the controller with a stable trend in the output value of the object) for diagnosing a non-stationary control object is unknown and gives the indicated positive result.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111249A RU2777432C2 (en) | 2020-03-17 | Method for diagnosing non-stationarity of object with operating closed control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020111249A RU2777432C2 (en) | 2020-03-17 | Method for diagnosing non-stationarity of object with operating closed control system |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020111249A RU2020111249A (en) | 2021-09-17 |
| RU2020111249A3 RU2020111249A3 (en) | 2021-09-17 |
| RU2777432C2 true RU2777432C2 (en) | 2022-08-03 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1388826A2 (en) * | 1986-09-15 | 1988-04-15 | Организация П/Я В-8413 | Self-adjusting system for combined control |
| RU2267147C1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-12-27 | Гольцов Анатолий Сергеевич | Automatic control adaptive non-linear system |
| RU2486563C1 (en) * | 2012-05-22 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | System of control objects identification |
| RU2647157C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Method for complex express diagnostics of periodic nonstationary vortex flow and device for its implementation |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1388826A2 (en) * | 1986-09-15 | 1988-04-15 | Организация П/Я В-8413 | Self-adjusting system for combined control |
| RU2267147C1 (en) * | 2004-03-29 | 2005-12-27 | Гольцов Анатолий Сергеевич | Automatic control adaptive non-linear system |
| RU2486563C1 (en) * | 2012-05-22 | 2013-06-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | System of control objects identification |
| RU2647157C1 (en) * | 2016-12-14 | 2018-03-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук (ИТ СО РАН) | Method for complex express diagnostics of periodic nonstationary vortex flow and device for its implementation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Диссертация: "Метод синтеза систем стабилизации с параметрическим управлением", Новосибирск, 2013. Учебное пособие для вузов: "Теория автоматического управления", Издательский центр ЮУрГУ, 2010. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3370673B2 (en) | Pattern recognition adaptive controller | |
| KR900005546B1 (en) | Adaptive process control system | |
| US6937909B2 (en) | Pattern recognition adaptive controller | |
| US5909370A (en) | Method of predicting overshoot in a control system response | |
| Ingimundarson et al. | Robust tuning procedures of dead-time compensating controllers | |
| US7317953B2 (en) | Adaptive multivariable process controller using model switching and attribute interpolation | |
| US6631299B1 (en) | System and method for self-tuning feedback control of a system | |
| EP0710901A1 (en) | Multivariable nonlinear process controller | |
| Han et al. | Simple PID parameter tuning method based on outputs of the closed loop system | |
| Panda et al. | Shape factor of relay response curves and its use in autotuning | |
| Gao et al. | A novel approach to monitoring and maintenance of industrial PID controllers | |
| RU2777432C2 (en) | Method for diagnosing non-stationarity of object with operating closed control system | |
| CN108646553A (en) | A method of statistics on-line monitoring closed-loop control system model quality | |
| Gerov et al. | Parameter estimation method for the unstable time delay process | |
| Seki et al. | Retuning oscillatory PID control loops based on plant operation data | |
| Gude et al. | Simple tuning rules for fractional PI controllers | |
| Laskawski et al. | New optimal settings of PI and PID controllers for the first-order inertia and dead time plant | |
| EP2860594A1 (en) | PID control system tuning based on relay-feedback test data | |
| Mellichamp et al. | Identification and adaptation in control loops with time varying gain | |
| WO2012048734A1 (en) | Method for controlling an industrial process | |
| O'Connor et al. | Control loop performance assessment: a classification of methods | |
| Castaño et al. | Model identification for control of a distillation column | |
| Shamsuzzoha et al. | On-line PI controller tuning using closed-loop setpoint response | |
| Scali et al. | Modeling disturbance dynamics to improve controller performance in industrial loops | |
| Assani et al. | Evaluating the Performance of the Well-Known Controller Tuning Methods for the Flow Control Using the Process Model |