ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

98 СТА 1/2008 www.cta.ru Качество регулирования задаётся в виде понятий «сильно демпфированная» переходная характеристика, «слабо демпфи- рованная» и «быстрая» (с коэффициентом затухания 1/0,38). Protuner даёт разные коэффициенты регулятора для реакции на изменение уставки и нагрузки. Имеются средства для моделирования системы до записи па- раметров в ПИДконтроллер. Могут быть также построены час- тотные характеристики замкнутой системы, которые позволяют оценить полученный запас по фазе и усилению. З АКЛЮЧЕНИЕ Дифференциальный член в ПИДрегуляторах всегда реализу- ется совместно с фильтром, иначе вместо производной на выхо- де дифференциатора получаются только шумы. Интегральное насыщение является одной из причин ухудшения качества пе- реходного процесса, сильно отличающегося от расчёта по ли- нейной модели регулятора. Запас устойчивости и робастность являются параметрами, о которых часто забывают, однако по- строение регулятора для ответственных применений невозмож- но без детального анализа этих параметров, что можно выпол- нить с помощью коммерческих программных пакетов для на- стройки ПИДрегуляторов. При формулировании критериев настройки ПИДрегулятора необходимо принимать во внимание реакцию не только на изме- нение уставки, но и на внешние возмущения. Выбор критериев качества регулирования должен исходить из смысла решаемой задачи. Несмотря на давность разработки, множество недостат- ков и наличие большого количества новых методов настройки, попрежнему наиболее популярным является метод Зигле- раНикольса. Однако часто он используется только для генера- ции начальных приближений параметров, которые затем уточ- няются методами оптимизации и с помощью нечётких правил. Автоматическая настройка и адаптация являются самыми ак- туальными задачами при построении ПИДрегуляторов. Не- смотря на большое количество коммерческих продуктов, ос- таётся много нерешённых проблем, связанных с качеством на- стройки, влиянием нелинейностей объекта управления и внешних возмущений в процессе идентификации. При автома- тической настройке и адаптации используются те же методы идентификации и расчёта параметров регулятора, что и при ручной настройке, однако они выполняются в автоматическом режиме. Наиболее эффективны методы автоматической на- стройки с применением компьютера, временно включённого в контур регулирования. Благодаря большой мощности процес- сора и отсутствию ограничений на объём программы появляет- ся возможность создания программного средства с широкими сервисными свойствами и качественной математической обра- боткой. Обзор публикаций Методы оценки запаса устойчивости и робастности для не- скольких наиболее популярных методик настройки ПИДрегу- ляторов с объектом первого порядка с задержкой описаны в ра- боте [14]; в [15, 16] предложен метод расчёта параметров для объекта произвольного порядка при заданной робастности сис- темы; в [17] использованы генетические алгоритмы для расчёта параметров ПИДрегулятора при заданных робастности и запа- се устойчивости. В [18] дан обзор методов, а в [19] – новый ме- тод предотвращения интегрального насыщения; в работе [20] исследована причина плохой робастности предиктора Смита к разбросу транспортной задержки и предложены методы её улуч- шения. Методика настройки ПИДрегулятора для системы второго по- рядка с помощью методов оптимизации и с учётом ограничений в виде заданной робастности и полосы пропускания системы пред- ложена в работе [21]. В [22] предложен метод расчёта параметров ПИДрегулятора как для устойчивых, так и для неустойчивых объ- ектов после идентификации в разомкнутом контуре, а в [23] – для регулятора с внутренней моделью. В [18] также дана классифика- ция методов настройки и получен новый метод для систем с транспортной задержкой. В [24] изложен новый метод настройки ПИДрегулятора, в котором вместо модели объекта управления используется интеграл Боде, при настройке учитывается запас по фазе и усилению. Большинство методов настройки ПИДрегуляторов описаны в работах по адаптивным и самонастраивающимся регуляторам. Программные средства настройки ПИДрегуляторов с помо- щью компьютера описаны в следующих работах: в [25] – про- грамма для идентификации линейных систем, которая включа- ет в себя обработку сигналов, построение графиков и идентифи- кацию; в [26, 27] – системы для идентификации моделей и на- стройки параметров ПИДрегулятора, включающие устройства вводавывода и компьютер; в [13] дан обзор коммерческих про- граммных продуктов. На упомянутом в статье сайте www.protuner.com в Application manual описана система для ав- томатической настройки ПИДрегуляторов. Большое число публикаций посвящено методам автоматичес- кой настройки ПИДрегуляторов. В работе [28] предложен про- цесс автоматической настройки, нацеленный на получение эф- фективного ослабления внешних возмущений; в [29] – метод автонастройки для нелинейных систем, основанный на запоми- нании истории процесса и построении локальных моделей на основе накопленных данных о сигналах на входе и выходе сис- темы. Некоторые методы используют автоматическую настройку с идентификацией в замкнутом контуре регулирования в процес- се нормального функционирования системы [30, 31]. В [32] предложен итерационный метод для автоматической настройки ПИДрегулятора, не требующий идентификации модели. В ра- ботах [33, 34] для автоматической настройки используются ме- тоды оптимизации. Адаптивная настройка предиктора Смита описана в работе [35]; с применением базы нечётких правил – в [36], а для систем с неизвестной транспортной задержкой – в [37]. Большое коли- чество методов автоматической настройки использует нечёткую логику, нейронные сети и генетические алгоритмы, они пред- ставлены в [38, 35, 39]. ● Л ИТЕРАТУРА 8. Ziegler J.G., Nichols N.B. Optimum settings for automatic controllers // Trans. ASME. 1942. Vol. 64. P. 759768. 9. Chien K.L., Hrones J.A., Reswick J.B. On automatic control of gene- ralized passive systems // Trans. ASME. 1952. Vol. 74. P. 175185. 10. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского. – М. : Наука, 1987. – 712 с. 11. O’Dwyer A. PID compensation of time delayed processes 19982002: a survey // Proceedings of the American Control Conference, 46 Ju- ne 2003. Vol. 2. P. 14941499. 12. Li Y., Ang K.H., Chong G.C.Y. Patents, Software, and Hardware for PID control: an overview and analysis of the current art // IEEE Control Systems Magazine. Feb. 2006. P. 4254. 13. Ang K.H., Chong G., Li Y. PID control system analysis, design, and technology // IEEE Trans. on Control Systems Technology. July 2005. Vol. 13. No. 4. P. 559576. В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е РА