Синтез каскадной системы управления тепловым режимом технологического объекта методами теории синергетического управления
А.Н. Лабутин, В.Ю. Невиницын, Г.В. Волкова, А.В. Панасенкова, В.А. Зайцев
Вестник ИГЭУ, 2019 г. выпуск 3, сс. 41—48
Скачать PDF
Состояние вопроса. Основной особенностью технологических объектов управления, в которых в результате гидромеханических, физических, химических воздействий на потоки исходных веществ происходит изменение их физических свойств, агрегатного состояния и состава, является их многомерность, нелинейность, многосвязность, а также параметрическая неопределенность математической модели на стадии проектирования. К такому типу объектов относится химический реактор, управление тепловым режимом которого в большинстве случаев осуществляется с использованием одноконтурных или каскадных систем автоматического регулирования на основе линейных алгоритмов. Основным недостатком таких систем является проблема сохранения свойств робастности, т.е. сохранения устойчивости и показателей качества управления при действии параметрических возмущений. Перспективным в этом плане представляется метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов, разработанный в рамках синергетической теории управления.
Материалы и методы. Исследования проведены с использованием методов системного анализа технологических процессов как объектов управления; методов теории автоматического управления; методов аналитического синтеза алгоритмов управления на базе синергетической теории управления; методов компьютерного моделирования.
Результаты. Методом аналитического конструирования агрегированных регуляторов решена задача алгоритмического синтеза системы каскадно-связанного управления тепловым режимом технологического объекта (химического реактора) в нелинейной постановке – с использованием нелинейной математической модели объекта. Методами компьютерного моделирования доказана работоспособность комплекса «объект – подсистема управления»: устойчивость системы, ковариантность с заданием. Показано, что при управлении тепловыми процессами рассматриваемого вида параметрическая неопределенность по коэффициенту теплопередачи может приводить к недопустимо большой величине статической ошибки, что требует совершенствования алгоритмической структуры системы автоматического управления.
Выводы. Для обеспечения полной робастности системы автоматического управления рекомендовано усложнение алгоритмической структуры системы путем введения в закон управления астатической составляющей и коррекции настроечных параметров алгоритма.
1. Gordeev L.S., Labutin A.N., Gordeeva E.L. Optimal synthesis of multiproduct resource-conserving reactor systems // Theor. Found. Chem. Eng. – 2014. – V. 48, no. 5. – P. 637–643. doi: 10.1134/S0040579514050170.
2. Chitturi A., Ravi P.S. PID control of integrating systems using Multiple Dominant Poleplacement method // Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering. – 2015. – V. 10, no. 5. – P. 734–742.
3. Tuning of PID Controllers for Continuous Stirred Tank Reactors / D. Krishna, K. Suryanarayana, G. Aparna, R.P. Sree // Indian Chemical Engineer. – 2012. – V. 54, no. 3. – P. 157–179.
4. Тютиков В.В., Воронин А.И. Анализ влияния нулей передаточной функции объекта на параметрическую чувствительность систем, синтезированных по методу АКАР // Вестник ИГЭУ. – 2012. – Вып. 2. – С. 48–51.
5. Тютиков В.В., Котов Д.Г., Тарарыкин С.В. Условия параметрической грубости САУ с регуляторами состояния // Известия ТРТУ. – 2005. – № 1(45). – С. 53–62.
6. Колесников А.А. Синергетическая теория управления. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 344 с.
7. Колесников А.А., Колесников Ал.А., Кузьменко А.А. Методы АКАР и АКОР в задачах синтеза нелинейных систем управления // Мехатроника, автоматизация, управление. – 2016. – Т. 17, № 10. – С. 657–669.
8. Лабутин А.Н., Невиницын В.Ю., Волкова Г.В. Робастное управление температурным режимом химического реактора // Информатика и системы управления. – 2018. – № 3. – С. 115–123. doi: 10.22250/isu.2018.57.115-123.
9. Ротач В.Я. Теория автоматического управления: учебник для вузов. – 2-е изд. – М.: Изд-во МЭИ, 2004. – 400 с.