Синтез инвариантных систем автоматического регулирования с внутренней моделью

Статья посвящена модернизации типовых каскадных систем автоматического регулирования со стабилизирующим и корректирующим ПИ-регуляторами. Такие системы автоматического регулирования кроме основного сигнала (регулируемой величины) используют дополнительный опережающий сигнал, который реагирует на возмущение быстрее, чем основной. Опережающий сигнал достаточно эффективно компенсирует возникающие в системе внутренние возмущения за счет настройки стабилизирующего регулятора. Примером может служить система регулирования температуры перегретого пара котельных агрегатов тепловых электрических станций. Задача определения параметров настройки таких двухконтурных систем довольно сложна. При относительно малой инерционности внутреннего контура быстродействие стабилизирующего регулятора достаточно высоко, и переходные процессы в нем не оказывают влияния на качество регулирования во внешнем контуре с корректирующим регулятором. Это позволяет рассчитывать оптимальные параметры настройки последнего только по динамическим характеристикам инерционного участка обычными методами, разрабатываемыми для одноконтурных систем. Главный недостаток таких систем автоматического регулирования состоит в том, что они не позволяют при близких инерционностях контуров существенно улучшить качество отработки основных воздействий при скачке задания, внутреннего и внешнего возмущения. Для устранения этого недостатка предложена инвариантная каскадная система автоматического регулирования с внутренней моделью, учитывающей при выборе структуры и настройке корректирующего регулятора динамику как внутреннего, так и внешнего контура с инерционным участком объекта. При этом внутренняя модель используется для полной компенсации главной обратной связи системы при отработке сигнала задания, а также выделения эквивалентного внешнего возмущения, для компенсации которого применяется дифференциатор инвариантности. Инвариантная каскадная система автоматического регулирования позволяет существенно повысить быстродействие и точность по сравнению с типовой.

1. Клюев, А. С. Наладка систем автоматического регулирования паровых котлов / А. С. Клюев, А. Т. Лебедев, С. И. Новоселов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 280 с.

2. Стефани, Е. П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов / Е. П. Стефани. 2-е изд. перераб. М.: Энергия, 1972. 376 с.

3. Солодовников, В. В. Расчет и проектирование аналитических самонастраивающихся систем с эталонными моделями / В. В. Солодовников, Л. С. Шрамко. М.: Машиностроение, 1972. 270 с.

4. Ротач, В. Я. Теория автоматического управления / В. Я. Ротач. М.: МЭИ, 2004. 396 с.

5. Широкий, Д. К. Расчет настроек промышленных систем регулирования / Д. К. Широкий, О. Д. Куриленко. Киев: Техника, 1972. 232 с.

6. Рубашкин, А. С. Методы определения параметров настройки регуляторов топлива прямоточных котлов / А. С. Рубашкин. М. – Л.: Энергия, 1964. 112 с.

7. Aidan, O`Dwyer. Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules / O`Dwyer Aidan. 3rd ed. Dublin: Institute of Technology; Ireland, Imperial College Press, 2006. 599 p. https://doi.org/10.1142/p424.

8. Кулаков, Г. Т. Инженерные экспресс-методы расчета промышленных систем регулирования: справ. пособие / Г. Т. Кулаков. Минск: Выш. шк., 1984. 192 с.

9. Кулаков, Г. Т. Теоретические основы экспресс-методов структурно-параметрической оптимизации систем автоматического управления для повышения эффективности использования теплоэлектростанций в переменных режимах: автореф. дис. … докт. техн. наук: 05.13.07 и 05.14.14. Киев: КПИ, 1992. 36 с.

10. Кузьмицкий, И. Ф. Теория автоматического управления / И. Ф. Кузьмицкий, Г. Т. Кулаков. Минск: БГТУ, 2010. 574 с.

11. Фрер, Ф. Введение в электронную технику регулирования / Ф. Фрер, Ф. Орттенбургер; пер. с нем. М.: Энергия, 1973. 192 с.

12. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами / Г. Т. Кулаков [и др.]; под ред. Г. Т. Кулакова. Минск: Выш. шк., 2017. 238 с.

13. Кулаков, Г. Т. Теория автоматического управления / Г. Т. Кулаков. Минск: БНТУ, 2017. 135 с.

14. Хутский, Г. И. Система автоматического регулирования температуры перегретого пара с устройством коррекции параметров динамической настройки / Г. И. Хутский, Г. Т. Кулаков // Теплоэнергетика. 1968. № 3. С. 64–67.

15. Кулаков, Г. Т. Параметрическая оптимизация системы автоматического управления мощностью энергоблоков 300 МВт в режиме постоянного давления пара перед турбиной / Г. Т. Кулаков, А. Т. Кулаков, К. И. Артёменко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018 Т. 61, № 5. С. 451–462. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-5-451-462.

16. Кулаков, Г. Т. Параметрическая оптимизация системы автоматического управления мощностью энергоблоков 300 МВт в режиме переменного давления пара перед турбиной / Г. Т. Кулаков, А. Т. Кулаков, К. И. Артёменко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 6. С. 539–551. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-6-539-551.