Методика синтеза адаптивных распределенных систем управления температурными полями Туннельных печей

Дискретные модели печи. Дискретная формула для уравнения (1), полученная заменой непрерывных функций их аналогами →() и (τ) → ρ, (0<ρ (4) Аналогичные формулы получены для внутреннего воздушного пространства печи, для продукта. Формула, преобразованная для использования в программах моделирования, для граничных условия раздела сред для поверхности S1 следующая: , , ρ > 0. Аналогичные формулы получены для остальных поверхностей раздела сред. Входные воздействия, определяемые через плотность теплового потока, соответственно определяются по формулам: ; , , ρ >0; Моделирование туннельной печи с разной степенью заполнения показало, что распределение температур по зонам печи происходит не одинаково. Поэтому имеется необходимость в разработке систем с распределенной системой управления. В третьей главе показаны результаты анализа объекта управления на примере модели туннельной печи различными методами и на основе этого получены матрицы комплексных передаточных коэффициентов. Комплексные передаточные коэффициенты искались, в следующем виде: ; (5) где – коэффициент усиления, - постоянные времени объекта, -постоянные времени запаздывания объекта, - оператор Лапласа, где - индекс канала в котором происходит возмущающее воздействие - индекс канала на который воздействует возмущающее воздействие. Первый метод анализа ОУ основан на классических методах исследований объекта и заключается в следующем: - после первоначального прогрева туннельной печи на один из каналов подается возмущающее воздействие =0.1(- номинальная мощность зоны нагрева) и наблюдается динамика изменения температуры во всех зонах печи; - по достижению установившегося режима во всех зонах, возмущение снимается и ожидается установившейся температурный режим в печи после остывания при снятом возмущении; - затем возмущающее воздействие подается по другому каналу. Количество опытов равно количеству каналов управления. По окончанию опытов определяются комплексные передаточные коэффициенты, согласно (5). Второй метод анализа ОУ основан на методах исследований СРП и заключается в следующем: - после первоначального прогрева туннельной печи возмущающее воздействие на каналы в виде косинусной или синусной вектор функции (в нашем случае косинусной, =1): , , ; (6) где - длина туннельной печи; - номер моды входного воздействия; - координата расположения датчиков температуры. - по достижению установившегося температурного режима возмущающее воздействие снимается и ожидается установившейся температурный режим в печи после остывания при снятом возмущении; - количество опытов определяется количеством зон нагрева и соответственно числом мод. После достижения установившегося теплового режима от возмущающего воздействия в каждом опыте, возмущающее воздействие снимается, и по достижению установившегося режима после остывания печи, подается следующее возмущающее воздействие, определяемое вектор функцией. По окончанию опытов, полученные графики переходных процессов раскладываются в ряд Фурье по пространственным модам для проверки свойства пространственной инвариантности и получения комплексных передаточных коэффициентов. Коэффициенты разложения в ряд Фурье по пространственным модам для объекта по формуле: ; (7) где - значение отсчета по соответствующей зоне, - значение функции косинуса в зависимости от моды входного воздействия и зоны теплового воздействия. Кроме того, в главе определены передаточные функции ТЭНов при разных возмущающих воздействиях. Результаты опытов показали, обе матрицы комплексных передаточных коэффициентов рассматриваемого объекта не обладает свойством диагональной доминантности, т.е. взаимосвязи между i-й входным воздействием и j-м функцией выхода достаточно существенны, и их нельзя не учитывать. Следовательно, методика синтеза регуляторов многомерных систем управления, опирающаяся на диагональную доминантность передаточной матрицы объекта управления, не может быть использована. Результаты показали, что параметры комплексных передаточных коэффициентов рассматриваемого объекта значительно отличаются друг от друга и от результатов моделирования, поэтому необходима адаптация работы регулятора в процессе работы. В четвертой главе производится сравнение частотных методов синтеза РВР двумя способами и сравниваются показатели качества регулирования для туннельной печи, полученные в результате этих методов синтеза. Первый метод основывается на анализе ОУ с использованием спектров Гершгорина и преобразовании матрицы комплексных передаточных коэффициентов, полученной по первому методу третьей главы. Как было сказано выше, полученная матрица не обладают свойством диагональной доминантности, поэтому для анализа объекта управления, переходим к иному ортогональному базису, и исследуем свойства полученной матрицы комплексных передаточных коэффициентов. Для этого перемножим матрицу комплексных передаточных коэффициентов системы, полученных опытным путем, на соответствующие вектор-функции (6), представленные, с учетом граничных условий. Затем модифицируем комплексные передаточные коэффициенты объекта, с учетом полученных спектров Гершгорина, и строим расширенные логарифмические амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики (ЛАЧХ и ЛФЧХ), рассчитанные по формулам. Формулы для первой моды приведены ниже, для остальных мод получены аналогично: ,, , . (8) где ,, - комплексные коэффициенты передаточной матрицы для первой моды. Из модифицированных логарифмических характеристик через запас устойчивости по фазе принятый равным =30°, определяем частоты среза для различных мод объекта и минимальный коэффициент усиления регулятора на определенных частотах среза. Через частоты среза на различных модах определяем постоянные времени интегрирования и дифференцирования для различных мод объекта. По полученным параметрам составляем системы уравнений (10,11,12) для определения коэффициентов РВР, передаточная функция такого регулятора записывается в виде: (9) Системы уравнений имеют вид для определения коэффициентов усилительного звена: где и ; (10) Для определения дифференцирующего звена ; (11) Для определения интегрирующего звена ; (12) Решая эти системы уравнений, получаем коэффициенты РВР. Второй метод синтеза основан на выборе двух пространственных мод (желательно максимально удаленных), определения частот среза для передаточных функций этих мод, определения коэффициентов передачи объекта на полученных частотах среза и по коэффициентам передачи объекта определение минимального коэффициента усиления регулятора в зоне Δ(G). Через соотношение коэффициентов усилений регуляторов на частотах среза определяются коэффициенты по формулам: (13); где - отношение коэффициентов усиления по соответствующим модам; - значения обобщенной координаты (моды); (14) Определяем соотношение квадратов частот среза первой и выбранной мод, определяемое по формуле: равное . Когда <1, то сначала определяются параметры ,, а затем,. Когда >1, то сначала определяются параметры ,, а затем ,. В нашем случае, определяем по формуле: ,; (15) Затем определяем параметр Δ(G), определяющий зону минимального коэффициента усиления регулятора РВР по формуле: (16). Коэффициент пропорциональности определяется по формуле: . (17) Далее определяем обобщенный коэффициент усиления по формуле: . (18) Затем определяем значение коэффициента пропорциональности по формуле: . (19) Далее определяем обобщенный коэффициент звена по формуле: , (20) и затем определяем по формуле: (21) Испытания, полученных результатов синтеза, на модели показали, что коэффициенты пропорциональности регулятора, полученные по второму методу, имеют более высокие показатели качества регулирования и легче реализуются с помощью ПЛК. Для получения более высоких показателей качества регулирования, необходимо расширять зону Δ(G) при адаптивной работе системы регулирования. Результаты испытаний показали, что расширение зоны Δ(G) (зона определяется частотами точек перегиба логарифмической амплитудно-частотной характеристики РВР относительно частот среза ОУ для первой и выбранной моды) снижает влияние параметрических возмущений и улучшает показатели качества регулирования. В пятой главе рассмотрен синтез и реализация адаптивной работы РВР, и произведены оценки параметрических возмущений в системе управления. Методика адаптивной настройки распределенных регуляторов состоит из трех этапов:- определение параметров объекта;- определение параметров (коэффициентов) распределенного регулятора; - адаптивная настройка параметров регулятора, если необходимо для достижения приемлемых показателей качества регулирования. Разработанные для ПЛК алгоритмы реализуют методику получения параметров объекта основанную на первом методе проведения испытаний третьей главы. Рассмотрено влияние погрешностей, возникающих из-за шумов системы сбора информации, на определение параметров объекта. Определены желаемые временные задержки, влияющие на определение этих параметров. Возможная погрешность в определении постоянной времени объекта для наших условий лежит в пределах от -16% до +20%, однако эта погрешность почти не влияет на определение частоты среза по соответствующей моде (не более 5%). Возможная погрешность в определении времени запаздывания составляет от +20% до+40%. Частота среза по собственной моде при этом может измениться до 35%, и до 5% по другим модам объекта, при этом допустимый коэффициент усиления регулятора уменьшится на 30% по собственной моде и также по другим модам объекта. Алгоритм определения параметров (коэффициентов) РВР регулятора, разработанные для ПЛК, основывается на методе синтеза распределенного регулятора по второму методу, рассмотренному в четвертой главе. По полученным в программе определения параметров объекта параметрам, методом итераций, определяются частоты среза. Затем через частоты среза находим коэффициенты усиления регулятора на разных модах. По выбранным модам объекта (желательно использовать моды наиболее удаленные по частоте среза или имеющие наилучшие свойства диагональной доминантности) определяются коэффициенты по формулам (13,14) затем через соотношение квадратов частот среза () и параметр G (16) определяем значение коэффициентов ,,, по формулам (17-21). Адаптивная работа регулятора состоит из двух частей: - из адаптации работы при начальном пуске системы или большом уровни рассогласования; - адаптация в зоне стабилизации температуры. Адаптация работы при начальном пуске системы или большом уровни рассогласования заключается в разбиении диапазона рассогласования на три участка, каждый диапазон имеет свой обобщенный коэффициент усиления регулятора. Диапазон рассогласования, имеющий соотношение между температурами уставки и текущей в пределах 90%-100%, имеет значение обобщенного коэффициента усиления равное номинальному значению. Если диапазон рассогласования имеет соотношение между температурами уставки и текущей в пределах 75%-90%, то обобщенный коэффициент усиления имеет значение на -6дб-10дб меньше номинального значения. Третий диапазон рассогласования, который имеет соотношение между температурами уставки и текущей в пределах 0%-75%, имеет обобщенный коэффициент усиления на -10дб-20дб меньше номинального значения. Адаптивная работа регулятора при работе в режиме стабилизации температуры заключается в последовательном приближении обобщенного коэффициента усиления регулятора и параметра к оптимальному значению. Для этого после достижения режима стабилизации Поиск оптимального соотношения между перечисленными выше параметрами предлагаю проводить по методу последовательного приближения, чтобы достигнуть требуемого результата. Алгоритм работы будет следующий: Если после прохождения двух максимальных отклонений амплитуды появляется статическая ошибка, то увеличиваем (,) на 10дб, если при этом амплитуда колебаний выше нормы, то при этом уменьшаем и на 10дб. Если после прохождения двух следующих максимальных отклонений амплитуды колебаний, ни амплитуда колебаний сигнала, ни статическая ошибка, стали меньше наложенного ограничения то уменьшаем коэффициенты и () на 10дб, а увеличиваем на 5дб Обычно для достижения наложенных требований достаточно будет выше приведенных циклов, требования более жесткие потребуется еще несколько подобных циклов. Алгоритм работы регулятора приводится ниже на рис.2. В заключение в диссертации приводится перечень основных результатов и следующих из них выводов.

Похожие:

	Отчет о научно-исследовательской работе исследование и разработка... Директор ресурсного центра информатизации образования (рцио), канд техн наук, доцент		Рабочая программа по дисциплине дс системный анализ в таможенном деле (практикум) Охватывает широкий спектр разнородных проблем – от анализа экономической ситуации до разработки методик и моделей синтеза социально-экономических...
	Рабочая программа дисциплины «теория автоматического управления» Цели и задачи дисциплины «Теория автоматического управления» (тау) – изучение общих принципов построения и функционирования автоматических...		Программа учебной дисциплинЫ «теория автоматического управления» Цели и задачи дисциплины «Теория автоматического управления» (тау) – изучение общих принципов построения и функционирования автоматических...
	Негосударственное Аккредитованное Частное Образовательное Учреждение... Распределенные объектные архитектуры программных систем. Многоуровневые приложения. Основные понятия архитектуры распределенных систем....		Исследование систем управления процесс определения организационной... Место исследований систем управления в комплексе дисциплин по теории и практке управления
	Тема 13. Тестирование в исследовании систем управления Цель освоения дисциплины «Методология и методика социологического исследования»		1 Теория свс, структурная макрокинетика, механизмы фазо- и структурообразования,... Механическое активирование реакционных порошковых смесей как эффективный способ управления кинетикой процессов горения, спекания...
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний об основах построения и функционирования адаптивных информационных...		Реферат на тему эссе на тему d. Дисциплина «Методика преподавания классического танца» Дисциплины: «Теория управления», «Исследование систем управления», «Теория организации», «Методология науки, системный подход и системный...
	Примерная тематика рефератов по курсу «Исследование систем управления» Современный менеджмент и необходимость исследования систем управления социально-экономической организацией		Исследование систем управления Целью работы является рассмотрение частных методов исследования систем управления, а именно эксперимент, наблюдение и опрос
	Методические рекомендации по курсу Цель курса: изучение основных приемов и методов работы в области предназначения и использования распределенных систем и создания...		Исследование систем управления Специальности: «Менеджмент организации» «Исследование систем управления» является ведущей,в учебном процессе среди смежных дисциплин
	Методы синергетического синтеза иерархических систем балансировки «летающих платформ»		Рабочая программа учебной дисциплины «исследование систем управления» Студенты научатся методам планирования эксперимента и организации исследования систем управления и научатся использовать приобретенные...