ЖУРНАЛ «СТА» №4/2007

88 СТА 4/2007 www.cta.ru в этом случае становится эквивалентной разомкнутой систе- ме, сигнал на входе которой равен уровню насыщения управляющего сигнала u ( t ). Для тепловых систем ограничением снизу обычно являет- ся нулевая мощность нагрева, в то время как ПИДрегулятор требует подачи на объект «отрицательной мощности нагре- ва», то есть охлаждения объекта. Эффект интегрального насыщения известен давно. В ана- логовых регуляторах его устранение было достаточно слож- ным, поскольку в них проблема не могла быть решена алго- ритмически, а решалась только аппаратными средствами. С появлением микропроцессоров проблему удаётся решить го- раздо эффективнее. Методы устранения интегрального на- сыщения обычно являются предметом изобретений, отно- сятся к коммерческой тайне фирмпроизводителей и защи- щаются патентами. Далее рассмотрено несколько таких идей, описанных в литературе [2]. Ограничение скорости нарастания входного воздействия Поскольку максимальное значение входного воздействия на объект управления u ( t ) снижается с уменьшением разно- сти r ( t ) – y ( t ), то для устранения эффекта ограничения мож- но просто снизить скорость нарастания сигнала уставки r ( t ), например с помощью фильтра. Недостатком такого способа является снижение быстродействия системы, а также невозможность устранить интегральное насыщение, вызванное внешними возмущениями, а не сигналом устав- ки. Алгоритмический запрет интегрирования Когда управляющее воздействие на объект достигает на- сыщения, обратная связь разрывается и интегральная со- ставляющая продолжает расти, даже если при отсутствии на- сыщения она должна была бы падать. Поэтому один из мето- дов устранения интегрального насыщения состоит в том, что контроллер следит за величиной управляющего воздействия на объект, и как только оно достигает насыщения, контрол- лер вводит программный запрет интегрирования для инте- гральной составляющей. Компенсация насыщения с помощью дополнительной обратной связи Эффект интегрального насыщения можно ослабить, от- слеживая состояние исполнительного устройства, входящего в насыщение, и компенсируя сигнал, подаваемый на вход интегратора [2]. Структура системы с таким компенсатором показана на рис. 6. Принцип её работы состоит в следующем. В системе выра- батывается сигнал рассогласования между входом и выходом исполнительного устройства e s = u – v . Сигнал на выходе ис- полнительного устройства либо измеряют, либо вычисляют, используя математическую модель (рис. 6). Если e s = 0, это эквивалентно отсутствию компенсатора и получаем обыч- ный ПИДрегулятор. Если же исполнительное устройство входит в насыщение, то v > u и e s < 0. При этом сигнал на вхо- В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА ч н в с в в л н з н т т н д т р в н с щ н л щ г н л пл в т р н ч н е з н л е л в н г в м г л т б е д ч е р ц т н н с г л жд н е т ф т г н г с щ н в т н г в г л т р р н н л т т н с к б м л ш н г м ч с ш л к п р н м с в м я л н е р п ц с р б м ш д ф т н т д р н н т г н г щ н н л ю с м т б т н н с м ч с н и в д т л щ ю с т т м л с р н с к к с н т р т р р н ч н р с р т н н г д с в с к с м н ч н н г д с в е л н ж е с ш н е н р н н ф т р н ч н с з р р т н н л т к п м м щ р д т к к г с б л е с ж н с р д с в т м ж в м н р н т г н с щ н з н н м м щ н м н л т г р м ч с п т р р в н г л щ д с в е т г е щ н р н р в е с т г н л щ д ж е т ж л с с в р н н т г н г с щ н с и т л д л ч н л щ г д с в е к т г е с щ н т д г н п т р р в н т н с л щ п с ц с щ н м щ п н т н р н з ф т г н г с щ н н л б ж в с н п н т н г р с в д щ г с щ н п с р н д в м т г т р т р т м к п с т р к з н ц б т с и д щ т м р т в е с н с г с в н жд д х д п н т н г р с в н т н г р с в б м р ю б ч л ю п з т м т ч с д л в в л н с с в п с т р л ч е г л т л п н т н р с в д с щ н У КНИЖК У ИНЖЕ Н Е РА Рис. 6. Компенсация эффекта интегрального насыщения с помощью дополнительной обратной связи для передачи сигнала ошибки e s на вход интегратора а б Рис. 7. Отклик системы, показанной на рис. 6: а — на единичный скачок r ( t ) при различных значениях постоянной времени T s , б — на сигнал рассогласования e s (объект второго порядка, T 1 = 0,1 с, T 2 = 0,05 с, L = 0,01 с; параметры регулятора: K = 7, T i = 0,01 с, T d = 0,1 с) © 2007, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru т ч с гнала о ибки e s на вход , ,1 с, ; т г т а: K 7, T i = 0,01 с, T d = 0,1 с)