Адаптивные импульсные регуляторы для нестационарных объектов с преобладающим запаздыванием

УДК681 515

А.М. ШУБЛАДЗЕ д-р техн. наук, С.В. ГУЛЯЕВ канд. техн. наук

Адаптивные импульсные регуляторы для нестационарных объектов с преобладающим запаздыванием

Приводятся результаты моделирования систем управления с обычным ПИ регулятором и разработан­ным в Институте проблем управления РАН адаптивным импульсным регулятором (АИР). Эти результаты пока­зывают существенное преимущество созданного регуля­тора в сравнении с известным при управлении объекта­ми с преобладающим запаздыванием (ПЗ).

Some simulation results for the systems with conventional PI controller and with adaptive pulse controller developed in the Institute of Control Sciences of the Russian Academy of Sciences are presented Those results expose the considerable advantage of the developed controller in comparison with conventional one while controlling the systems with prevalent delay.

К часто встречающимся проблемам автоматизации промышленных объектов относится управление неста­ционарными апериодическими объектами с ПЗ Поведе­ние таких объектов описывается дифференциальным уравнением вида

1=2

гае a,, kg и т- переменные параметры, причем а, удов­летворяют уравнению

1=2              i=l

Здесь все \, - действительные положительные числа, часть из которых (не исключено, что и все) может сов­падать

В уравнении (1)

п

^^'<Т; 0<^komm<^ko<l<•om^<'^:o^ О < Т^п < ^т < Ч^ах < °°> 1=1

x(t) - регулируемая координата; u(t) - управляющее воз­действие,^^ - неконтролируемое внешнее возмущение, т - время запаздывания; ky — коэффициент передачи объекта.

Предполагается, что имеется информация только о регулируемой координате x(t)

К подобного рода объектам относятся, например, технологические процессы (ТП) в теплоэнергетике, где требуется стабилизировать температуру горячей воды на ее входе в городскую теплоцентраль.

Структурная схема рассматриваемого  контура управления показана на рис. 1.

Температура воды, поступающей в теплоцентраль, регулируется подачей в нее перегретого пара. Таким или близким к этому способом регулируется температу­ра горячей воды во всех городских теплоцентралях. Ре­гулирование происходит с помощью датчика темпера­туры, задающего устройства и регулятора с выходными сигналами соответственно xft), g(t) и u(t), а также ис­полнительного механизма, осуществляющего посредст­вом регулирующего клапана дозированную подачу пе­регретого пара в теплоноситель (воду)

Полное перемешивание воды и пара наступает на расстоянии около 40. 60 м от места подачи перегретого пара в магистральный трубопровод Поэтому чувстви­тельный элемент датчика температуры устанавливается на расстоянии s, примерно равном 50 м от места ввода перегретого пара

Количество горячей воды, перекачиваемой по тепло­трассе, изменяется в зависимости как от времени года, так и от времени суток. Поэтому скорость потока горя­чей пароводяной смеси максимальна в зимние дневные часы, а в ночные летние минимальна В связи с этим нетрудно заметить, что в изучаемом ТП присутствует существенное запаздывание между моментами подачи перегретого пара в магистральный трубопровод и обна­ружения реакции на эту подачу с помощью датчика температуры При этом время реакции на изменение подачи перепетого пара определяется отмеченным временем запаздывания т = s/v^ (где v^ - скорость потока смеси) и практически не зависит от времени пе­реходного процесса в датчике температуры, те рас­сматриваемый ТП относится к апериодическим объек­там управления с ПЗ

Проблема управления таким объектом усложняется тем, что, во-первых, время ПЗ, как отмечалось, в тече­ние года многократно меняется и, во-вторых, сущест­венным образом (в ~ 5 7 раз) изменяется значение ко­эффициента передачи объекта ko Это изменение опре­деляется нестабильностью параметров перегретого пара и существенной нелинейностью характеристик клапана в зависимости от положения его регулирующего органа

Из сказанного следует что процесс стабилизации температуры теплоносителя на входе в теплоцентраль отно­сится к не­стационар­ным ТП с ПЗ  Управ­ление таки­ми процес­сами с по­мощью тра­диционных

ПИ пегулято- ^^ис ^ Структурная схема ТП стабилиза-пов с 111ИМ ^^ии температуры теплоносителя тепло-

преобразова-  Ч^грали

РК — регулирующий клапан, ИП — инте-

^г-' гральный электропривод, ЗУ - задающее гих   извест- устройство, ДТ - датчик температуры, ТЗ -Hbix способов транспортное устройство, ПП - перегретый управления,   пар, v, - скорость воды, v„ - скорость пере­описанных,   гретого пара, Vc - скорость смеси

буемую, доста­точно высокую степень стаби­лизации темпе ратуры горячей воды в тепло­централи при суточных    и сезонных  из­менениях ре­жимов ее ра боты

В статье предлагается эффективный метод управления рас сматриваемым процессом в классе разрывных (им­пульсных) систем управления с идентификаторами параметров 777 и соответствующей им коррекцией настраиваемых параметров регулятора

Предлагаемое управление обеспечит близкую к оп­тимальной в смысле критерия

— отработку низкочастотных возмущающих               f(t) [см

формулу (1)] и задающих g(t) воздействий (е ошибка регулирования)

Импульсное управление объектом, представляющим собой "чистое" запаздывание, когда а, = 0 (< = 2 3, , п+1) [см выражение (1)], - оптимальное в смысле (2) управление при отработке, например, ступенчатых воз мущающего f(t) и задающего g(t) воздействий Время переходного процесса при таком импульсном управле нии равно времени запаздывания При наличии динами­ческих параметров (а > 0) эффективность импульсного управления снижается, однако в случае ПЗ продолжает оставаться сравнительно высокой