Исследование влияния настроек регулятора Смита на качество регулирования

Аскарова, Айгерим Сапаргаликызы Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В данной выпускной квалификационной работе будут рассмотрены примеры промышленных объектов управления с запаздыванием, методы управления объектов с запаздыванием. Будет произведено исследование влияния настроек регулятора Смита на качество регулирования. Реализация данного исследования будет проходить в программном продукте Matlab Simulink. Задача состоит в том, что как правильно настроить предиктор Смита для получения желаемых показателей качества САУ, когда объект управления является апериодическим звеном первого порядка и интегрирующим звеном. Будут наблюдаться переходные процессы в системе при изменении параметров модели объекта управления, а также проанализируем замкнутую систему с использованием предиктора Смита.

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 14
1 Примеры промышленных ОУ, имеющих запаздывание ……………………….. 17
1.1 Общие сведения о запаздываниях ……………………………………………… 17
1.2 Запаздывание в промышленных объектах управления ……………….. 18

1.3 Примеры объектов управления с запаздыванием………………………… 20
1.3.1 Вращающиеся печи …………………………………………………………… 22
1.3.2 Регулирование количеств угля на ленточных транспортерах 23
2 Обзор и анализ методов управления объектами с запаздыванием ………….. 25
2.1 Устойчивость систем с запаздыванием (критерий устойчивости
Найквиста)……………………………………………………………………………………………….. 27

2.2 Примеры оценки устойчивости САР с запаздыванием ……………….. 31
3 Результаты моделирования управления объектом в виде апериодического
звена первого порядка с запаздыванием ……………………………………………………. 35
3.1 Апериодическое звено первого порядка с запаздыванием ………….. 35
3.2 Инженерный метод настройки ПИД-регулятора…………………………. 37

3.3 Применение предиктора Смита для объектов управления в виде
апериодического звена первого порядка с запаздыванием ………………………… 40
4 Моделирование для объектов управления в виде интегрирующего звена с
запаздыванием …………………………………………………………………………………………. 56
4.1 Интегрирующее звено с запаздыванием …………………………………….. 56
4.2 Формульный метод определения настроек ПИД-регулятора ………. 60

4.3 Применение предиктора Смита для объектов управления в виде
интегрирующего звена с запаздыванием …………………………………………………… 61
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение .. 71
5.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………… 71
5.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……. 71

5.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения …………………………………………… 72
5.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………. 77
5.2.1 Информация о заинтересованных сторонах проекта, цели и
ожидаемые результаты НИР, функции исполнителей проекта …………………… 77

5.3 Планирование управления научно-техническим проектом …………. 79
5.4 Оценка экономической эффективности проекта …………………………. 87
5.4.1Оценка научно-технического уровня НИР ………………………….. 87

6 Социальная ответственность …………………………………………………………………. 90
6.1 Производственная безопасность ………………………………………………… 90
6.1.1 Анализ выявленных вредных и опасных факторов при
разработке и эксплуатации проектируемого решения ……………………………….. 91

6.2 Экологическая безопасность………………………………………………………. 99
6.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………. 101

6.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
………………………………………………………………………………………………………………. 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………… 106
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………………………….. 108
ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………….. 113

В настоящее время проблема оптимального по быстродействию
управления объектами и процессами приобрела первостепенное значение.
Так как длительность переходного процесса при управлении является одним
из основных показателей качества работы автоматических систем.
Сокращение продолжительности переходных процессов при регулировании
многих технологических объектов повышает производительность агрегатов,
улучшает качество продукции, позволяет получить значительный
экономический эффект. Известно, что система, удовлетворяющая
требованиям максимального быстродействия, является наилучшим
показателем качества.
Стремительное увеличение требований к темпам развития
производства и к качеству продукции способствует улучшению
автоматизации производственных процессов. В результате увеличение
темпов, управляемые величины начали изменяться с большой скоростью во
времени. Время играет ключевую роль, которое имеет значение от начала
измерения сигнала регулируемой величины до принятия решения и выдачи
управляющего сигнала. Эффект запаздывания появляется в автоматическом
управлении большими системами при наличии обратной связи. Например,
системы с большими расстояниями, системы управления ракетами и
высокоскоростными летающими аппаратами.
Запаздывающая реакция приводит
 к возникновению нарушения процесса в управляющей системе;
 к автоколебаниям в замкнутой системе;
 к полной потере устойчивости системы.
На данный момент ряд объектов химической технологии, биологии,
экономики, ряд областей науки и техники описываются дифференциальными
уравнениями с запаздывающим аргументом. Такие уравнения характеризуют
работу объектов, в которых один элемент или группа являются
запаздывающими звеньями. Явление временного запаздывания сигналов
связано с тем, что при изменении входного сигнала выходной сигнал
объекта управления (ОУ) начинает изменяться не сразу, а с некоторый
задержкой по времени.
В последнее время ужесточение требований к работе САУ привело к
необходимости учета даже незначительных запаздываний в каналах связи
объекта. Учет явления запаздывания, которое может отрицательно влиять на
процессы управления, позволит повысить качества СУ.
Запаздывания, встречающиеся в ОУ, негативно влияют на процессы
регулирования и могут проводить к потере устойчивости системы
управления и ухудшению качества процессов управления. Поэтому их так
важно учитывать при проектировании систем автоматики.
Однако практическое применение регуляторов для различного рода
технологических процессов часто затруднено вследствие возникающего при
данных процессах запаздывания. Будучи в общем случае постоянной,
переменной или случайной величиной, запаздывание является одним из
основных факторов, существенно снижающих динамические показатели
оптимальных по быстродействию СУ. Поэтому возникает необходимость
разработки и исследования методов синтеза оптимальных по
быстродействию регуляторов, обеспечивающих эффективную работу систем
управления в данных условиях.
При синтезе автоматических систем регулирования (САР) с
запаздыванием приходится не только учитывать влияние на динамику
процессов, протекающих в системе, но и обращаться к законам
регулирования, которые позволяют повысить качество регулирования даже
при существовании по величине запаздывания. Среди таких законов
наиболее известен предиктор Смита.
В данной выпускной квалификационной работе будут рассмотрены
примеры промышленных ОУ с запаздыванием и методы управления
объектов с запаздыванием. Будет произведено исследование влияния
настроек регулятора Смита на качество регулирования. Реализация данного
исследования будет проведена в программном продукте Matlab Simulink.
Задача состоит в том, как правильно настроить предиктор Смита для
получения желаемых показателей качества САУ, когда объект управления
является апериодическим звеном первого порядка и интегрирующим звеном.
Будут наблюдаться переходные процессы в системе при изменении
параметров модели объекта управления, а также проанализируем замкнутую
систему с использованием предиктора Смита.
В данной работе для настройки ПИ и ПИД-регулятора используется
«Инженерный метод» и «Формульный метод определения настроек
регулятора для статических объектов без самовыравнивания», который
предполагает расчет регулятора с последующим варьированием параметров
для получения «оптимального» процесса.

При выполнении данной выпускной квалификационной работы были
поставлены следующие цели:
 исследовать САУ с объектами с запаздыванием;
 рассмотреть примеры промышленных объектов управления
с запаздыванием;
 провести анализ и классификацию методов управления
объектов с запаздыванием;
 выяснить, насколько сильно можно ошибаться при задании
параметров объекта управления и как будут меняться показатели
переходного процесса при больших или меньших ошибках при задании
модели.
В процессе выполнения работы был произведен анализ систем
автоматического управления с запаздываниями, были рассмотрены основные
виды запаздываний. Приведены примеры промышленных объектов
управления с запаздыванием. Был произведен анализ возможных
технических предложений по применению регулятора Смита, а также были
рассмотрены основные примеры.
Реализация данного исследования проведена в ПП Matlab Simulink. Для
настройки ПИД-регулятора для объектов с запаздыванием используется
«Инженерный метод» и «Формульный метод определения настроек
регулятора для статических объектов без самовыравнивания». В ходе
исследования регулятора Смита, при рассмотрении полученных переходных
характеристик, было приведено сравнение показателей качества ПП при
изменении одного или нескольких параметров в объекте управления и
модели.
По результатам моделирования получены зависимости качества
переходных процессов от того, насколько велики ошибки в задании
параметров постоянного времени и запаздывания в модели объекта
управления.
Отклонение от рекомендуемых настроек приводит к колебательному
переходному процессу и даже к потере устойчивости при изменении
настроек. Произведено исследование алгоритмов управления объектами с
запаздыванием на примере апериодического звена первого порядка и
интегрирующего звена.
Таким образом, при использовании всех рассмотренных в работе
решений и предложений по устранению запаздываний может быть облегчено
проектирование систем. Исследования могут быть использованы в
дальнейших разработках и при исследованиях САУ с запаздыванием.
Предлагается следующая методика настройки предиктора Смита:
1. При определении модели объекта управления основное внимание
уделить определению времени запаздывания. Главное – не ошибиться в
большую сторону.
2. Найденная модель используется в предикторе Смита
3. Настройки собственно ПИ- или ПИД-регулятора могут быть
определены простым инженерным методом или формульным методом, на
основе значении , , модели объекта ( и для интегрирующего звена)
4. Данная методика может быть использована для объектов с
самовыравниванием (апериодическое звено) и без самовыравнивания
(интегрирующее звено)
5. Использование в структуре предиктора Смита ПИ- или ПИД-
регуляторов принципиально не отражается на качестве переходных
процессов.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение» проведено планирование научной работы, а также
выявлен целевой рынок потребителей исследования.
В разделе «Социальная ответственность» рассмотрены вопросы
производственной и экологической безопасности, а также правовые вопросы
обеспечения безопасности труда.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Рима С.
    5 (18 отзывов)
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный универси... Читать все
    Берусь за решение юридических задач, за написание серьезных научных статей, магистерских диссертаций и дипломных работ. Окончила Кемеровский государственный университет, являюсь бакалавром, магистром юриспруденции (с отличием)
    #Кандидатские #Магистерские
    38 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Елена Л. РЭУ им. Г. В. Плеханова 2009, Управления и коммерции, пре...
    4.8 (211 отзывов)
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно исполь... Читать все
    Работа пишется на основе учебников и научных статей, диссертаций, данных официальной статистики. Все источники актуальные за последние 3-5 лет.Активно и уместно использую в работе графический материал (графики рисунки, диаграммы) и таблицы.
    #Кандидатские #Магистерские
    362 Выполненных работы
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    AleksandrAvdiev Южный федеральный университет, 2010, преподаватель, канд...
    4.1 (20 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    28 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Удаленное управление распределенными объектами с применением WEB-Технологий
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Реализация цифрового фильтра на основе сглаживающего штрафного P-сплайна
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Псевдолинейный регулятор для управления объектом второго порядка
    📅 2020год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Корневой анализ систем на основе вершинных характеристических полиномов
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)