ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ РЕГУЛЯТОРОВ В КАСКАДНЫХ СИСТЕМАХ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ НАСТРОЙКЕ ЧЕТЫРЕХ ПАРАМЕТРОВ

УДК 681.53

  • Гринюк Дмитрий Анатольевич – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: hryniuk@tut.by

  • Сухорукова Ирина Геннадьевна – старший преподаватель кафедры программной инженерии. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: irina_x@rambler.ru

  • Олиферович Надежда Михайловна – ассистент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: oliferovich@belstu.by

  • Оробей Игорь Олегович – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: orobei@tut.by

Ключевые слова: нелинейный ПИД-регулятор, каскадные системы управления.

Для цитирования: Использование нелинейных регуляторов в каскадных системах регулирования при одновременной настройке четырех параметров / Д. А. Гринюк [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. - Минск : БГТУ, 2020. - № 2 (236). - С. 61-68. - Библиогр.: 12 назв. - ил., табл.

Аннотация

В статье рассмотрены проблемы синтеза каскадных систем регулирования с применением нелинейных ПИД-регуляторов.

Ввиду увеличения вычислительной мощности микропроцессорных систем и совершенствования методик настройки появилась возможность повсеместно использовать нелинейные регуляторы. Нелинейные ПИД-регуляторы показали свою эффективность и уже применяются в отдельных прикладных решениях. Одной из популярных модификаций данных регуляторов является вариант, основанный на нелинейных преобразованиях сигнала ошибки и сигнала управления. Несмотря на использование различных математических функций для нелинейных преобразований, они имеют подобные зависимости, которые могут быть близко аппроксимированы друг другом. Зависимости с использованием логарифмической функции реализуются и настраиваются проще в технических системах, чем с использованием степенной или гиперболической.

После предварительного анализа для шести способов построения регуляторов была произведена настройка для пяти вариантов динамических характеристик каскадной системы регулирования. Настройка выполнялась численным методом с применением интегрального критерия. Далее были определены некоторые показатели качества и проведен их сравнительный анализ. Также проанализировано поведение систем при ограничении управляющего воздействия. Из всех вариантов для промышленных технических систем может быть рекомендован вариант использования регулятора с нелинейным преобразованием ошибки для всех его составляющих. Итоговые таблицы и графики показывают, что использование нелинейных функций преобразования ошибки и сигнала управления для внутреннего регулятора является нецелесообразным, по крайней мере, для рассмотренного класса динамических объектов. При наличии в объекте нелинейных свойств предлагается использовать антинелинейные преобразования для улучшения качества работы каскадных систем регулирования.

Скачать

Список литературы

  1. Гринюк Д. А., Оробей И. О., Кузьмицкий И. Ф. Численное исследование алгоритмов уменьшения интегрального насыщения // Труды БГТУ. 2005. № 6: Физ.-мат. науки и информатика. С. 140–143.
  2. Hryniuk D., Suhorukova I., Orobei I. Non-linear PID controller and methods of its setting // Open Conference of Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream). Vilnius, 2017. Р. 1–4. DOI: 10.1109/eStream.2017.7950327.
  3. Сухорукова И. Г., Гринюк Д. А., Оробей И. О. Применение в ПИД-законе регулирования нелинейных функций преобразования ошибки // Труды БГТУ. 2013. № 6: Физ.-мат. науки и информатика. С. 95–98.
  4. Анализ эффективности ПИД-регуляторов с двумя степенями свободы с помощью интегральных критериев / Д. А. Гринюк [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 3, Физ.-мат. науки и информатика. 2018. № 2. С. 82–88.
  5. Lisauskas S., Udris D., Uznys D. Direct torque control of induction drive using fuzzy controller // Elektronika Ir Elektrotechnika. 2013. Vol. 19, no. 5. P. 13–16.
  6. Complex tuning of the PID controller according to integral criteria / D. Hryniuk [et al.] // Open Conference of Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream). Vilnius, 2018. Р. 1–4. DOI: 10.1109/eStream.2018.8394117.
  7. Гринюк Д. А., Оробей И. О., Сухорукова И. Г. Оптимизация каскадной системы регулирования для распределенных объектов на основе интегральных критериев // Труды БГТУ. 2007. № 6: Физ.-мат. науки и информатика. С. 97–100.
  8. Armstrong B., Neevel D., Kusik T. New Results in NPID Control: Tracking, Integral Control, Friction Compensation and Experimental Results // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2001. Vol. 9, issue 2. P. 399–406. DOI: 10.1109/87.911392.
  9. Atherton D. P., Benouartes M., Nanka-Bruce O. Design of nonlinear PID controllers for nonlinear plants // 12th Triennal Wold Congress of the International Federation of Automatic Control. Sydney, Australia, 1993. Vol. 26, issue 2. Part 1. P. 125–128.
  10. Zheng C., Su Y., Mercorelli P. A simple nonlinear PD control for faster and high-precision positioning of servomechanisms with actuator saturation // Mechanical Systems and Signal Processing. 2019. P. 215–226. DOI: 10.1016/j.ymssp.2018.11.017.
  11. Huang H. Nonlinear PID controller and its applications in power plants // International Conference on Power System Technology Proceedings. IEEE. Kunming, China, 2002. Vol. 3. P. 1513–1517. DOI: 10.1109/ICPST.2002.1067784.
  12. Wameedh A., Ibraheem K. I. From PID to nonlinear state error feedback controller // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2017. Vol. 8, no. 1. Р. 312–322. DOI: 10.14569/IJACSA.2017.080140.
Поступила 15.04.2020