Сравнение качества переходных процессов систем автоматического управления с классическим ПИД-алгоритмом и оптимальным регулятором

В настоящее время около 90–95 % типовых регуляторов используют ПИД-алгоритм формирования управляющих воздействий, при этом среди ПИД-регуляторов 64 % используется в одноконтурных системах. Большинство отраслей промышленности, в том числе энергетика, содержат сотни систем автоматического управления, качество работы которых является основой экономической эффективности технических процессов, обеспечивая безопасность, надежность, долговечность и экологичность работы как технологического оборудования, так и самих технических средств автоматизации. Существуют разные модификации реализации структуры ПИД-регуляторов. На практике чаще всего применяют идеальные ПИД-регуляторы с фильтром, а также классические ПИД-регуляторы как последовательное соединение идеального и реального ПД-регуляторов в виде звеньев быстрого реагирования. Актуальной становится задача выбора рациональной структуры и метода параметрической оптимизации ПИД-регуляторов, которые обеспечивают лучшие прямые показатели качества при отработке основных воздействий в одноконтурных системах автоматического управления. Вместе с тем только для классических ПИД-регуляторов, широко используемых в настоящее время, существует более трехсот методов настройки трех параметров оптимальной динамической настройки, а также балластной постоянной времени. Из-за этого возникает проблема обоснования лучшей структуры и метода параметрической оптимизации классических ПИД-регуляторов. В качестве базового варианта выбран один из самых простых и наглядных – метод автоматизированной настройки регулятора в среде Simulink MatLab, который сравнивался с методом полной компенсации в общем виде для объектов с передаточной функцией в виде инерционного звена с условным запаздыванием. Также предложены два варианта реализации управляющего воздействия на базе структурной схемы оптимального регулятора, разработанного Белорусским национальным техническим университетом. В отличие от классического ПИД-регулятора оптимальный регулятор имеет один параметр динамической настройки. Результаты моделирования переходных процессов при основных возмущениях подтверждают, что лучшие прямые показатели качества обеспечивает оптимальный регулятор. Это позволяет рекомендовать его для широкого внедрения вместо классических ПИД-регуляторов.

1. Panferov S. V., Panferov V. I. (2012) About one Automatic Controller Synthesis Problem Solution in Automatic Adaptive Control Heating Systems. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya “Komp'yuternye Tekhnologii, Upravlenie, Radioelektronika” = Bulletin of the South Ural State University. Series”Computer Technologies, Control, Radio Electronics”, (23), 142–149 (in Russian).

2. Aidan O’Dwyer (2009) Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules. 3rd еd. Dublin, Institute of Technology; Ireland, Imperial College Press. 529. https://doi.org/10.1142/9781848162433.

3. Gorecki H. (1974) Analysis and Synthesis of Control Systems with Time Delays. Moscow, Mashinostroenie Publ. 328 (in Russian).

4. Stefani E. P. (1972) Calculation Basis of Thermal Power Process Control Setting. Moscow, Energiya Publ. 372 (in Russian).

5. Rotach V. Ya. (2008) Automatic Control Theory of Thermal Power Process. Moscow, MEI Publ. 396 (in Russian).

6. Bertocco M., Cappellazzo S., Flammini A., Parvis M. (2002) A Multi-Layer Architecture for Distributed Data Acquisition. IMTC/2002. Proceedings of the 19th IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference (IEEE Cat. No 00CH37276), 1261–1264. https://doi.org/10.1109/imtc.2002.1007138.

7. PID Controller. Mathworks Inc. (2018) Available at: http://www.mathworks.com/help/simulink/slref/pidcontroller.html. (Accessed: 22.10.2018).

8. Kulakov G. T. (1984) Engineering Proximate Methods of Design Calculation for Industrial Regulating Systems. Minsk, Vysheishaya Shkola Publ. 192 (in Russian).

9. Kulakov G. T. (2003) Analysis and Synthesis of Automatic Regulation System. Minsk, Tekhnoprint Publ. 134 (in Russian).

10. Kulakov G. T., Kulakov A. T., Kravchenko V. V., Kuchorenko A. N., Artsiomenka K. I., Kovrigo Yu. M., Golinko I. M., Bagan T. G., Bunke A. S. (2017) Automatic Control Theory for Thermal Power Activities. Minsk, Vysheishaya Shkola Publ. 238 (in Russian).