RU2568386C2 - Method for self-tuning of pid control system - Google Patents
Method for self-tuning of pid control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568386C2 RU2568386C2 RU2014109498/08A RU2014109498A RU2568386C2 RU 2568386 C2 RU2568386 C2 RU 2568386C2 RU 2014109498/08 A RU2014109498/08 A RU 2014109498/08A RU 2014109498 A RU2014109498 A RU 2014109498A RU 2568386 C2 RU2568386 C2 RU 2568386C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- self
- tuning
- determined
- control
- determining
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области управления непрерывными технологическими процессами, в частности инерционными объектами, с помощью вычислительных технических средств и может быть использовано в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of control of continuous technological processes, in particular inertial objects, using computing hardware and can be used in chemical, petrochemical and other industries.
Уровень техникиState of the art
Известен способ самонастройки системы управления объектом, основанный на подаче управляющего воздействия на объект в виде пробного непериодического сигнала, определении параметров модели объекта на основе его реакции, определении настраиваемых параметров на основе передаточных функций моделей объекта и эталонной системы по критерию перерегулирования при минимальной сложности системы (RU 2304298 С2, 05.10.2005, G05B 13/00).There is a method of self-tuning an object control system based on applying a control action to an object in the form of a non-periodic test signal, determining the parameters of the object model based on its reaction, determining custom parameters based on the transfer functions of the object models and the reference system according to the overshoot criterion with minimal system complexity (RU 2304298 C2, 10/05/2005, G05B 13/00).
Известный способ применительно к инерционным объектам не обеспечивает требуемую эффективность самонастройки и приемлемое качество регулирования, так как использует только непериодический пробный сигнал, предусматривает сложную в практической реализации схему настройки совпадением модели объекта и эталонной системы, а используемый критерий является неэффективным для инерционных объектов.The known method as applied to inertial objects does not provide the required efficiency of self-tuning and an acceptable quality of regulation, since it uses only a non-periodic test signal, it provides for a difficult-to-practical configuration scheme for matching the object model and the reference system, and the criterion used is ineffective for inertial objects.
Известен также способ автоматической настройки системы регулирования, основанный на использовании двухпозиционного регулирования с корректировкой значений амплитуды автоколебаний в разных циклах автонастройки, определении момента завершения переходного процесса по достижению равенства сумм ошибки на соседних интервалах и равенства длительностей этих интервалов, определении параметров настройки регулятора по измеренным амплитуде и частоте автоколебаний (RU 2002289 С1, 26.07.89, G05B 13/00).There is also a known method of automatically adjusting the control system based on the use of on-off regulation with adjusting the values of the amplitude of self-oscillations in different auto-tuning cycles, determining the moment of completion of the transition process to achieve equality of the sum of errors at adjacent intervals and equal durations of these intervals, determining the controller settings from the measured amplitude and self-oscillation frequency (RU 2002289 C1, 07.26.89, G05B 13/00).
Известный способ применительно к инерционным объектам не обеспечивает требуемую эффективность самонастройки и приемлемое качество регулирования, так как используемый в способе теоретический подход к реализации частотных методов анализа систем регулирования на практике бывает затруднительным.The known method as applied to inertial objects does not provide the required efficiency of self-tuning and an acceptable quality of regulation, since the theoretical approach used in the method to implement frequency methods for analyzing regulation systems in practice is difficult.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ оптимальной автоматической настройки системы управления, основанный на подаче на объект управления (ОУ) ступенчатого пробного сигнала с настраиваемой амплитудой и полярностью, определении характерных точек переходного процесса, определении с помощью вспомогательных функций по этим точкам параметров настроек регулятора с критерием максимальной степени устойчивости (RU 2243584 С2, 24.03.2003, G05B 13/00) (прототип).Closest to the technical nature of the present invention is a method of optimal automatic tuning of the control system, based on the filing on the control object (OS) of a step test signal with adjustable amplitude and polarity, determining the characteristic points of the transition process, determining using the auxiliary functions from these points settings controller with the criterion of maximum degree of stability (RU 2243584 C2, 03.24.2003, G05B 13/00) (prototype).
Недостатком известного способа является недостаточная эффективность самонастройки и низкое качество регулирования инерционных объектов из-за невысокой точности определения параметров используемых в способе характерных точек и сложности применяемых формул, а также неадекватности для инерционных объектов применяемой структуры модели.The disadvantage of this method is the lack of efficiency of self-tuning and low quality regulation of inertial objects due to the low accuracy of determining the parameters used in the method of characteristic points and the complexity of the formulas used, as well as inadequacy for the inertial objects of the applied structure of the model.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Цель изобретения - повышение эффективности самонастройки и улучшение качества регулирования инерционных объектов. The purpose of the invention is improving the efficiency of self-tuning and improving the quality of regulation of inertial objects.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе объект управления (ОУ) аппроксимируют апериодическим звеном 1-го порядка с запаздываниемThis goal is achieved by the fact that, in contrast to the known technical solution, in the proposed method, the control object (OS) is approximated by an aperiodic link of the first order with delay
самонастройку осуществляют в два этапа:Self-tuning is carried out in two stages:
на первом этапе подают ступенчатое воздействие на ОУ, определяют окончание переходного процесса по уменьшению производной выходного сигнала ОУ ниже заданного значения и определяют коэффициент усиления А, на втором этапе включают двухпозиционное регулирование, выдерживают два полных цикла автоколебаний системы, по амплитуде последнего цикла автоколебаний определяют значение отношения
Описание чертежейDescription of drawings
Реализация и особенности предлагаемого способа иллюстрируются фигурами.The implementation and features of the proposed method are illustrated by figures.
Фиг.1. Схема регулирования с обратной связью.Figure 1. Feedback control scheme.
Фиг.2. Кривые разгона объекта и модели.Figure 2. Acceleration curves of the object and model.
Фиг.3. Циклограмма самонастройки.Figure 3. Self-tuning cycle.
Фиг.4. Зависимости амплитуды автоколебанийFigure 4. Dependences of the amplitude of self-oscillations
Фиг.5. Зависимости длительности цикла автоколебаний.Figure 5. Dependences of the duration of a cycle of self-oscillations.
Фиг.6. Зависимости оптимальных настроек.6. Dependencies of optimal settings.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Схема регулирования с обратной связью, рассматриваемая в предлагаемом способе, представлена на фиг.1.The feedback control scheme considered in the proposed method is presented in figure 1.
Алгоритм ПИД-регулирования записывается в следующем виде:The PID control algorithm is written as follows:
где Е=Хзад-Х - ошибка регулирования.where E = X ass -X - regulation error.
В предлагаемом способе в качестве аппроксимирующей модели ОУIn the proposed method as an approximating model of OS
используется апериодическое звено 1-го порядка с запаздыванием, имеющее следующую передаточную функцию:a first-order aperiodic link with delay is used, having the following transfer function:
где А - коэффициент усиления;where A is the gain;
Т - постоянная времени;T is the time constant;
τ - время «чистого» запаздывания.τ is the time of “pure” delay.
Такая аппроксимация позволяет описывать широкий круг инерционных объектов, когда запаздывание τ является не фактическим, а эквивалентным. Such an approximation allows us to describe a wide range of inertial objects when the delay τ is not actual, but equivalent.
На фиг.2 показан переходный процесс на скачкообразное воздействие по входу для сложного инерционного объекта (линия 1) и его аппроксимирующей модели (линия 2).Figure 2 shows the transient process on the stepwise input impact for a complex inertial object (line 1) and its approximating model (line 2).
Эквивалентное запаздывание, существенно затрудняющее работу системы регулирования такого объекта, обеспечивает эквивалентные характеристики замкнутой системы. В основу способа положены результаты проведенного исследования на основе цифрового моделирования и оптимизации, поскольку аналитические решения для систем с запаздыванием крайне затруднены. В предлагаемом способе самонастройки комплексно используется как ступенчатое пробное воздействие на объект, так и реализация режима автоколебаний.The equivalent delay, which significantly complicates the operation of the regulation system of such an object, provides equivalent characteristics of a closed system. The method is based on the results of a study based on digital modeling and optimization, since analytical solutions for systems with delay are extremely difficult. In the proposed method of self-tuning, complex use is made of both a stepwise test action on an object and the implementation of a self-oscillation mode.
На 1-м этапе самонастройки подается ступенчатое воздействие на управляющий канал U при разомкнутой системе регулирования (см. фиг.3).At the 1st stage of self-tuning, a stepwise action is applied to the control channel U with an open control system (see Fig. 3).
Момент окончания переходного процесса tпер определяется по выполнению условия (3) (достижение производной выходного сигнала ОУ заданного минимального значения Dmin):The transition end time t lane is determined by the fulfillment of condition (3) (achievement of the derivative of the OA output signal of the specified minimum value D min ):
На 1-м этапе самонастройки определяется только коэффициент усиления А:At the 1st stage of self-tuning, only the gain A is determined:
Далее осуществляется переход ко 2-му этапу самонастройки. В момент tпер включается замкнутая схема двухпозиционного регулирования по следующему алгоритму:Next, the transition to the 2nd stage of self-tuning. At time t lane, a closed two-position control circuit is switched on according to the following algorithm:
Система переходит в режим автоколебаний (фиг.3). Проведенные расчеты и моделирование показали, что установившийся режим автоколебаний в такой постановке достигается очень быстро, поэтому для определения параметров модели достаточно двух полных циклов автоколебаний.The system goes into self-oscillation mode (figure 3). The calculations and simulations showed that the steady state mode of self-oscillations in this formulation is achieved very quickly, therefore, two complete cycles of self-oscillations are sufficient to determine the model parameters.
Для объекта с передаточной функцией (2) основные характеристики определяются в зависимости от отношения
С учетом этой зависимости определяется величина L по измеренной амплитуде bц последнего (второго) цикла автоколебаний (с усреднением амплитуд положительной и отрицательной полуволн для учета возможных нелинейностей ОУ):Given this dependence, the value of L is determined from the measured amplitude b c of the last (second) cycle of self-oscillations (with averaging of the amplitudes of the positive and negative half-waves to take into account possible non-linearities of the OS):
Длительность цикла автоколебаний пропорциональна величине L и также пропорциональна величине постоянной времени Т (фиг.5). С учетом этой зависимости определяют величину Т по измеренной длительности цикла
Таким образом, определены параметры аппроксимирующей эквивалентной модели ОУ: А, τ, Т. По этим параметрам можно определить настройки ПИД-регулирования, оптимальные по критерию минимума модуля ошибки цифрового регулирования:Thus, the parameters of the approximating equivalent OS model are determined: A, τ, T. Using these parameters, you can determine the PID control settings that are optimal by the criterion of the minimum module of the digital control error:
где h - дискретность регулирования;where h is the discreteness of regulation;
n, N - выбирают пропорционально m;n, N - are selected in proportion to m;
α>0.α> 0.
Зависимости, по которым определяются оптимальные настройки Кп, Ти, Тд регулятора (1) по критерию (7), показаны на фиг.6. Коэффициент усиления регулятора Kо определяется как
Критерий (6) обеспечивает достаточно высокое быстродействие при небольшом перерегулировании. Поверхность данного критерия в системе координат настроек пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих ПИД-регулирования (Кп, Ти, Тд) достаточно пологая в области оптимума, что облегчает настройку регулятора. Кроме того, предлагаемый способ самонастройки достаточно прост в реализации.Criterion (6) provides a sufficiently high speed with a small overshoot. The surface of this criterion in the coordinate system of the proportional, integral, and differential components of the PID control (K p , T and T d ) is quite shallow in the optimum region, which facilitates the adjustment of the controller. In addition, the proposed method of self-tuning is quite simple to implement.
Для реализации способа может использоваться, например, регулирующий контроллер БАЗИС-21.2РР или другой из серии БАЗИС® производства ЗАО «Экоресурс». Внедрение предлагаемого способа в серийно выпускаемых контроллерах серии БАЗИС® намечено на 2014 год.To implement the method, for example, the BAZIS-21.2PP control controller or another from the BASIS ® series manufactured by Ecoresource CJSC can be used. Implementation of the proposed method in commercially available controllers of the BASIS ® series is scheduled for 2014.
Claims (1)
самонастройку осуществляют в два этапа:
на первом этапе подают ступенчатое воздействие на ОУ, определяют окончание переходного процесса по уменьшению производной выходного сигнала ОУ ниже заданного значения и определяют коэффициент усиления А, на втором этапе включают двухпозиционное регулирование, выдерживают два полных цикла автоколебаний системы, по амплитуде последнего цикла автоколебаний определяют значение отношения по длительности последнего цикла автоколебаний и величине L определяют постоянную времени Т, время запаздывания определяют как τ=LT, затем используя А - коэффициент усиления, τ - время запаздывания и Т - постоянную времени определяют настройки ПИД-регулирования, оптимальные по интегральному критерию минимума модуля ошибки регулирования. The method of self-tuning the PID control system based on the supply of a test signal to the control object (OS), determining the parameters of the OS model based on the measured transient data and determining the control settings from the model parameters, characterized in that in order to increase the efficiency of self-tuning and improve the quality of regulation inertial objects, op amps are approximated by an aperiodic link of the first order with delay
Self-tuning is carried out in two stages:
at the first stage, a stepwise effect on the opamp is applied, the end of the transition process is determined by decreasing the derivative of the op amp output signal below a predetermined value and the gain A is determined, at the second stage they include on-off regulation, maintain two full cycles of the system’s self-oscillations, the value of the ratio is determined by the amplitude of the last self-oscillation cycle the duration of the last cycle of self-oscillations and the value of L determine the time constant T, the delay time is determined as τ = LT, then using A is the gain, τ is the delay time and T is the time constant determine the PID control settings that are optimal by the integral criterion of the minimum error modulus regulation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109498/08A RU2568386C2 (en) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Method for self-tuning of pid control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014109498/08A RU2568386C2 (en) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Method for self-tuning of pid control system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014109498A RU2014109498A (en) | 2015-09-20 |
RU2568386C2 true RU2568386C2 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54147510
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014109498/08A RU2568386C2 (en) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | Method for self-tuning of pid control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2568386C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107844458B (en) * | 2017-11-16 | 2020-11-24 | 西安西热控制技术有限公司 | Adaptive identification method for first-order inertia delay model in industrial process |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5229699A (en) * | 1991-10-15 | 1993-07-20 | Industrial Technology Research Institute | Method and an apparatus for PID controller tuning |
RU2002289C1 (en) * | 1989-07-26 | 1993-10-30 | Валентин Петрович Семенец | Method of automatically adjusting control systems |
RU2243584C2 (en) * | 2003-03-24 | 2004-12-27 | Шубладзе Александр Михайлович | Method for optimal automatic adjustment of control system |
RU2384872C2 (en) * | 2006-11-30 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Method for automatic optimal control system pulsed setup |
-
2014
- 2014-03-12 RU RU2014109498/08A patent/RU2568386C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2002289C1 (en) * | 1989-07-26 | 1993-10-30 | Валентин Петрович Семенец | Method of automatically adjusting control systems |
US5229699A (en) * | 1991-10-15 | 1993-07-20 | Industrial Technology Research Institute | Method and an apparatus for PID controller tuning |
RU2243584C2 (en) * | 2003-03-24 | 2004-12-27 | Шубладзе Александр Михайлович | Method for optimal automatic adjustment of control system |
RU2384872C2 (en) * | 2006-11-30 | 2010-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" | Method for automatic optimal control system pulsed setup |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014109498A (en) | 2015-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3220219B1 (en) | Setting support device, setting support method, information processing porgram and recording medium | |
KR101478450B1 (en) | Design method of variable pid gains for multivariable nonlinear systems | |
JP2005070940A (en) | Pid parameter adjusting device | |
CN106797356A (en) | A kind of control method and device of digital pre-distortion correction coefficient | |
EP2715458A2 (en) | The tuning methods of the pi and pid controllers parameters | |
CN104659460A (en) | Automatic tuning method and system for cavity filter | |
CN103439880A (en) | PID parameter setting method based on MCP standard transfer function | |
Berner et al. | Improved relay autotuning using normalized time delay | |
CN102087531B (en) | Liquid pump flow control method | |
RU2568386C2 (en) | Method for self-tuning of pid control system | |
CN106773652A (en) | A kind of PID systems and its parameter automatic adjusting method | |
JP5585381B2 (en) | Auto tuning device and auto tuning method | |
CN105444352A (en) | Control method and device for air conditioner frequency | |
Koszewnik et al. | Fractional order controller to control pump in FESTO MPS® PA Compact Workstation | |
CN103197692A (en) | Method, device and system for flow control | |
di Capaci et al. | Identification and estimation of valve stiction by the use of a smoothed model | |
JP2008102743A (en) | Automatic tuning device and automatic tuning method | |
EP2753991A1 (en) | Arrangement and method for system identification of an industrial plant or process | |
US20070038312A1 (en) | Parameter setting device, parameter setting method and program | |
CN104298854B (en) | A kind of method of signal complexity measure | |
JP7207473B1 (en) | Information processing equipment | |
EP3246783A2 (en) | Adaptive feed forward method for temperature control | |
JPH0666041B2 (en) | Two degree of freedom sampled value PID controller | |
JP7207474B1 (en) | Information processing equipment | |
JP2018077663A (en) | Plant control adjustment device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160313 |