УМЕНЬШЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОМЕХ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА НА ЗАМКНУТУЮ СИСТЕМУ РЕГУЛИРОВАНИЯ

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: hryniukda@gmail.com
  • Олиферович Надежда Михайловна – старший преподаватель кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: oliferovich@belstu.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
  • Дейнека атьяна Александровна – ассистент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: tdein@rambler.ru.
  • Клютко Михаил Викторович – ассистент кафедры автоматизации производственных процессов и электротехники. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). Е-mail: mkliutko@gmail.com
  •  

DOI: https://doi.org/10.52065/2520-6141-2023-272-2-10 (In Russian).

 

Ключевые слова: нелинейная фильтрация, управляемый ограничитель, ПИД-регулятор.

 

Для цитирования: Гринюк Д. А., Олиферович Н. М, Сухорукова И. Г., Дейнека Т. А., Клютко М. В. Уменьшение влияния помех измерительного канала на замкнутую систему регулирования // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2023. № 2 (272). С. 58–70. DOI: 10.52065/2520-6141-2023-272-2-10.

 

Аннотация

В статье проведено исследование по применению управляемых ограничителей для подавления помех в измерительном канале замкнутых контуров регулирования. Наличие шумов в измерительном канале при управлении технологических процессов затрудняет использование дифференцирования для улучшения динамики, а также способствует снижению срока эксплуатации исполнительных механизмов систем управления. Для уменьшения влияния шумов измерительного канала на процесс регулирования в качестве фильтра был использован управляемый ограничитель. Предложены различные точки установки и варианты рассматриваемой структуры. С целью оценки эффективности структуры для подавления помех была проведена настройка для объектов с различной динамикой. На основании анализа литературы и предварительных исследований был выбран интегральный критерий для ПИД-регулятора и найдены параметры при различном уровне шумов. Проведена оценка потенциальных возможностей управляемого ограничителя со статическим уровнем ограничения. Приведены зависимости влияния параметров ограничителя на время переходного процесса и величину дисперсии шумов на выходе регулятора. Динамическое изменение уровня ограничения обеспечило еще большее снижение шумов. Сделан вывод о более устойчивой работе ограничителя с динамическим уровнем при изменении параметров системы. Каскадное применение управляемых ограничителей позволяет повысить качество подавления шумов, но не так, как динамическое изменение уровня ограничения. Приведен алгоритм настройки системы с управляемым ограничителем для получения субоптимального подавления шумов.

 

Скачать

Список литературы

  1. Somefun O. A., Kayode A., Folasade D. The dilemma of PID tuning // Annual Reviews in Control. 2021. No. 52. P. 65–74.
  2. A review of PID control, tuning methods and applications / R. P. Borase [at al.] // International Journal of Dynamics and Control. 2021. No. 9. P. 818–827.
  3. Hu X., Hou G., Tan W. Tuning of PIDD2 controllers for oscillatory systems with time delays // Frontiers in Control Engineering. 2023. No. 3. P. 32.
  4. Feng W., O’reilly J., Balance D. J. Mimo nonlinear PID predictive controller // IEE Proceedings of Control Theory and Applications. 2002. Vol. 149, issue 3. P. 203–208. DOI: 10.1049/ip-cta:20020339.
  5. Design and implementation of high-order PID for second-order processes with time delay / W. Han [et al.] // Frontiers in Control Engineering. 2022. Vol. 149. P. 1–12. DOI: 10.3389/fcteg.2022.953477.
  6. Huba M., Vrancic D., Bistak P. PID control with higher order derivative degrees for IPDT plant models // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 2478–2495. DOI: 10.1109/ACCESS.2020.3047351.
  7. Liptak B. G. Process control and optimization. Vol. II. CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006. 2460 p.
  8. Digital self-tuning controllers: algorithms, implementation and applications / V. Bobal [et al.]. Springer, 2005. 317 p.
  9. King M. Process control: a practical approach. John Wiley & Sons, 2016. 620 p.
  10. Soltesz K., Grimholt Ch., Skogestad S. Simultaneous design of PID controller and measurement filter by optimization // IET Control Theory and Applications. 2017. Vol. 11. P. 341–348. DOI: 10.1049/ietcta.2016.0297.
  11. Vrančić D., Huba M. High-order filtered PID controller tuning based on magnitude optimum // Mathematics. Vol. 9. P. 1340. DOI: 10.3390/math9121340.
  12. Segovia V. R., Tor H., Karl J. A. Design of measurement noise filters for PID control // IFAC Proceedings. 2014. Vol. 47, no. 3. P. 8359–8364.
  13. A measurement noise rejection method in the feedback control system based on noise observer / Z. Ning [at al.] // IEEE Sensors Journal. 2021. Vol. 21, issue 2. P. 1686–1693. DOI: 10.1109/JSEN.2020.3015837.
  14. Моделирование и настройка систем с нелинейной динамикой / Д. А Гринюк [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2021. № 2 (248). С. 65–71.
  15. Гринюк Д. А., Олиферович Н. М., Сухорукова И. Г. Использование алгоритмов аппроксимации для сглаживания трендов измерительных преобразователей // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2017. № 2 (200). С. 82–87. 16. Гринюк Д. А., Олиферович Н. М., Сухорукова И. Г. Оптимизация процесса сглаживания сигналов // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2021. № 2 (248). С. 72–79.
  16. Hryniuk D., Suhorukova I., Oliferovich N. Adaptive smoothing and filtering in transducers // Open Conference of Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream). Vilnius, Lithuania, 2016. P. 1–4. DOI: 10.1109/eStream39242.2016.7485917.
  17. Hägglund T. Signal Filtering in PID Control // IFAC Proceedings Volumes (IFAC Papers-OnLine). 2012. Vol. 2, issue 3. P. 1–10. DOI: 10.3182/20120328-3-IT-3014.00002.
  18. Оптимизация параметров фильтра с управляемым ограничителем для слабых сигналов / Д. А. Гринюк [и др.] // Наука и Техника. 2003. № 5. С. 32–34. DOI: 10.21122/2227-1031-2003-0-5-32-34.
  19. Bialetski Y., Hryniuk D. Controlled Limiter in the Synchronous Detection Circuit // Science – Future of Lithuania Elektronika ir elektrotechnika Electronics and Electrical Engineering. 2017. Vol. 9, issue 3. P. 289–292.
  20. Deadbeat регулятор с прогнозируемым уровнем сигнала управления / Н. М. Олиферович [и др.] // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2018. № 2 (212). С. 89–95.
  21. Гринюк Д. А., Олиферович Н. М., Сухорукова И. Г. Метод настройки ПИД-регулятора через deadbeat-регулятор на различные интегральные критерии // Труды БГТУ. Сер. 3, Физико-математические науки и информатика. 2019. № 2 (224). С. 66–73.
  22. Hryniuk D., Oliferovich N., Suhorukova I. Approximation PID-Controllers through Deadbeat controller and its tuning // Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream): Open Conference Vilnius, Lithuania, 2019. P. 1–6. DOI: 10.1109/eStream.2019.8732172.
  23. Hryniuk D., Oliferovich N., Suhorukova I. Deadbeat controller with a prescribed controlled variable for several steps // Electrical, Electronic and Information Sciences (eStream): Open Conference Vilnius, Lithuania, 2020. P. 1–6. DOI: 10.1109/eStream50540.2020.9108878.

 

Поступила после доработки 15.05.2023