Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов
В работе рассмотрен способ настройки параметров ПИД-регуляторов, который основывается на принципах работоспособности и дефектах, диагностических моделях и симметрии САУ, который позволит автоматизировать процесс наладки, повысить её эффективность и сократить временные затраты, необходимые на её...
Saved in:
| Published in: | Штучний інтелект |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56122 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов / В.А. Резников, П.С. Харченко // Штучний інтелект. — 2010. — № 1. — С. 56-59. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860129283466330112 |
|---|---|
| author | Резников, В.А. Харченко, П.С. |
| author_facet | Резников, В.А. Харченко, П.С. |
| citation_txt | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов / В.А. Резников, П.С. Харченко // Штучний інтелект. — 2010. — № 1. — С. 56-59. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Штучний інтелект |
| description | В работе рассмотрен способ настройки параметров ПИД-регуляторов, который основывается на принципах работоспособности и дефектах, диагностических моделях и симметрии САУ, который позволит автоматизировать процесс наладки, повысить её эффективность и сократить временные затраты, необходимые на её осуществление.
У роботі розглянуто спосіб настроювання параметрів ПІД-регуляторів, який ґрунтується на принципах працездатності і дефектах, діагностичних моделях і симетрії САУ.
The way of tuning of PID-controllers based on the principles of efficiency and defects, diagnostic patterns and symmetries of ACS is considered.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:43:41Z |
| format | Article |
| fulltext |
«Искусственный интеллект» 1’2010 56
1Р
УДК 681.518.54
В.А. Резников, П.С. Харченко
Государственный университет информатики и искусственного интеллекта,
г. Донецк, Украина
Использование диагностической информации
при настройке ПИД-регуляторов
В работе рассмотрен способ настройки параметров ПИД-регуляторов, который основывается на принципах
работоспособности и дефектах, диагностических моделях и симметрии САУ, который позволит
автоматизировать процесс наладки, повысить её эффективность и сократить временные затраты,
необходимые на её осуществление.
Постановка задачи
В настоящее время ПИД-регуляторы (пропорционально-интегрально-дифферен-
циальные регуляторы), реализованные как аппаратно, так и программно, широко при-
меняются практически во всех отраслях промышленности. Обусловлено это, во-первых,
их способностью воздействовать на различные переменные состояния объекта, что
обеспечивает качественное управление, а во-вторых, гибкостью их структуры, позво-
ляющей при необходимости достаточно просто реализовывать ПИ- или ПД-управление.
В то же время наличие трех настроечных параметров (причем два из них явля-
ются конкурирующими) создает значительные трудности при настройке ПИД-регу-
ляторов на этапах их внедрения и эксплуатации. В литературе описывается большое
число способов настройки данных регуляторов [1]. Однако реализация каждого из из-
вестных способов сопряжена с определенными трудностями, обусловленными различ-
ными причинами (точное знание динамики объекта, необходимость прерывать работу
объекта или вводить его в недопустимый режим и т.п.). В результате оказывается, что
основными факторами эффективности процесса наладки ПИД-регуляторов являются
опыт и интуиция наладчика, которые приобретаются им на протяжении длительного
периода работы с конкретным объектом.
Поэтому, несмотря на накопленный в области автоматизации большой научный
и практический опыт, задача повышения эффективности процесса наладки ПИД-регу-
ляторов по-прежнему остается актуальной.
В данной статье предлагается способ решения указанной задачи, основывающий-
ся на использовании в процессе настройки параметров ПИД-регуляторов диагности-
ческой информации.
Решение задачи
В данной статье предлагается подход к решению задачи настройки параметров
ПИД-регулятора, который основывается на следующих положениях:
1) понятие работоспособности САУ;
2) изменение параметров объекта как дефекты;
3) диагностическая модель;
4) симметрия САУ.
Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов
«Штучний інтелект» 1’2010 57
1Р
Из теории надежности известно, что работоспособность – это состояние изделия,
при котором оно способно выполнять заданную функцию с параметрами, установлен-
ными требованиями технической документации, в течение расчётного срока службы,
а отказ – это нарушение работоспособности.
Наблюдая за работой системы, имеют место определенные ситуации, которые
можно описать в виде следующих высказываний:
I1 – показатели качества системы находятся в заданных пределах;
I2 – процесс управления «затянут» во времени;
I3 – управляемая переменная «проскакивает» заданное значение или совершает
вокруг него затухающие колебания. С точки зрения надежности две последние ситуа-
ции можно рассматривать как отказ системы, проявляющийся в нарушении ее рабо-
тоспособности [2].
С другой стороны, если приведенные высказывания «перевести» на язык теории
автоматического управления, то понятно, что в высказывании I2 речь идет о сниже-
нии быстродействия системы, а в высказывании I3 – о появлении в системе перерегу-
лирования.
Следовательно, длительность переходного процесса tp и перерегулирование σ
могут быть приняты в качестве показателей эффективности системы [3].
Кроме того, отметим, что в приведенных высказываниях понятия «затянут» и
«проскакивает» соответствуют выходам указанных показателей эффективности за пре-
делы установленных областей допустимых значений. Выходы структурных парамет-
ров объекта управления за пределы установленных называются дефектами.
Каждый i-й отказ системы, обусловленный дефектами объекта управления, бу-
дем описывать с помощью соответствующего симптома C
iS , который отображает харак-
тер i-го отказа и условия, при которых этот отказ имеет место [4]. Каждый k-й дефект
объекта управления обозначим O
kD . Формальное описание зависимости ( )O
k
C
i DfS =
представим в виде диагностической модели (табл. 1), где ( )O
k
C
i DSR , – функция реа-
лизации [5].
Таблица 1 – Диагностическая модель САУ (дефекты объекта)
CS1 … C
iS …
OD1 ( )OC DSR 11 , … ( )OC
i DSR 1, …
… … … … …
O
kD ( )O
k
C DSR ,1 … ( )O
k
C
i DSR , …
… … … … …
Поскольку объект управления может находиться только в двух технических
состояниях (работоспособное, неработоспособное), ( )O
k
C
i DSR , является бинарной
функцией, то есть
( )
⇐
=
.,0
;,1
,
случаяхостальныхвсехво
DS
DSR
O
k
C
iO
k
C
i (1)
Резников В.А., Харченко П.С.
«Искусственный интеллект» 1’2010 58
1Р
Анализ табл. 1, проведенный с учетом формулы (1), показывает, что в общем слу-
чае правомерны такие соотношения:
O
kk
C
i DS ∨= ; (2)
C
ii
O
k SD ∧= . (3)
Положим, что в некоторый момент времени t = t1 какой-либо k-й параметр объек-
та управления равен Ak(t1). В результате настройки регулятора его m-й параметр
устанавливается равным Bm1, что обеспечивает выполнение требований к показате-
лям качества САУ.
Пусть в момент времени t = t2 тот же k-й параметр объекта в силу указанных вы-
ше причин стал равным Ak(t2), что привело к отказу системы. Разность
( ) ( ) ( )122 tAtAtA kkk −=∆ (4)
мы назвали дефектом объекта управления O
kD .
Теперь положим, что после настройки регулятора в момент времени t = t1 мы
изменили значение его m-го параметра до величины такой Bm2, что это привело к на-
рушению работоспособности системы, то есть к появлению отказа, описываемого симп-
томом C
iS . В таком случае разность
12 mmm BBB −=∆ (5)
можно по аналогии назвать дефектом регулятора P
mD .
Следовательно, появляется возможность сформировать еще одну диагностичес-
кую модель в виде табл. 2.
Таблица 2 – Диагностическая модель САУ (настройки регулятора)
CS1 … C
iS …
PD1 ( )PC DSR 11 , … ( )PC
i DSR 1, …
… … … … …
P
mD ( )P
m
C DSR ,1 … ( )P
m
C
i DSR , …
… … … … …
Для этого случая также правомерны соотношения:
P
mm
C
i DS ∨= ; (6)
C
ii
P
m SD ∧= . (7)
Таким образом, появляется принципиальная возможность сравнивать между со-
бой две диагностические модели и тем самым при любом i-м отказе системы опреде-
лять состав и величину настраиваемых параметров регуляторов.
Однако соотношения (2) и (6) показывают, что один и тот же i-й отказ может
быть результатом «действия» не одного, а нескольких дефектов. Более того, для па-
рирования k-го дефекта объекта управления могут потребоваться целенаправленные
изменения не только m-го, а всех параметров регулятора. Это может привести к тому,
что соотношения (3) и (7), которые при диагностировании служат для идентификации
дефектов, в данном случае не обеспечат получение однозначного результата. Следова-
тельно, нужна дополнительная информация в виде, например, диагностических приз-
Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов
«Штучний інтелект» 1’2010 59
1Р
наков, которая совместно с симптомами отказов, записанными на языке показателей
эффективности (показателей качества САУ), позволит решить задачу автоматизации
процесса настройки ПИД-регулятора.
В общем случае в качестве исходной информации для формирования словаря
диагностических признаков можно использовать дополнительные характеристики пе-
реходных процессов объекта управления ( )ty и ( )ty& . Однако более информативными,
на наш взгляд, являются характеристики переходных процессов регулятора ( )tu и ( )tu& .
Основанием для такого вывода является симметрия замкнутой системы автоматиче-
ского управления относительно управляющего воздействия ( )tu , применяемая при
синтезе алгоритмов управления методом обратных задач динамики [6].
В результате i-й отказ системы будет описываться скорректированным симпто-
мом ( )∗C
iS , что позволит сформировать отношение вида
( ) O
k
C
i
P
n DSD ⇐⇒ ∗
, (8)
с помощью которого наладчик получит однозначную информацию о необходимых чис-
ленных значениях настраиваемых параметров ПИД-регулятора в виде дефекта P
nD .
Заключение
В данной работе предложен способ наладки ПИД-регуляторов, который позволит
автоматизировать процесс наладки, повысить её эффективность и сократить времен-
ные затраты, необходимые на её осуществление. Для решения этой задачи следует
повысить информированность наладчика и полностью или частично исключить влия-
ние того фактора, при котором наладчик руководствуется лишь собственным опытом
и интуицией, таким образом повысив эффективность процесса наладки. Введение по-
нятий работоспособности и дефектов позволит построить нам две диагностические
модели – для объекта управления и для регулятора. Использование принципа симмет-
рии позволит получить однозначную информацию о необходимых численных значе-
ниях параметров регулятора.
Литература
1. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования : Справочное пособие /
[Клюев А.С., Лебедев А.Т., Клюев С.А., Товарнов А.Г.]; под ред. А.С. Клюева. – [2-е изд., перераб.
и доп.]. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 368 с. : ил.
2. ГОСТ 27.002-83. Надежность в технике. Термины и определения.
3. Надежность и эффективность в технике : справочник в 10 кн. / под ред. В.И. Кузнецова и Е.Ю. Бар-
зиловича. – М. : Машиностроение, 1990. – Кн. 8 : Эксплуатация и ремонт. – 320 с.
4. Осис Я.Я. Определение понятия «сложный объект диагностики» / Я.Я. Осис // Кибернетика и диаг-
ностика. – Вып. 2. – Рига : Зинатне, 1968. – С. 5-12.
5. Основы технической диагностики / [под ред. П.П. Пархоменко]. – М. : Энергия, 1976. – 464 с.
6. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики в теории автоматического управления : учебное пособие
для втузов / Крутько П.Д. – М. : Машиностроение, 2004. – 576 с.
В.О. Рєзнiков, П.С. Харченко
Використання діагностичної інформації під час настроювання ПІД-регуляторів
У роботі розглянуто спосіб настроювання параметрів ПІД-регуляторів, який ґрунтується на принципах
працездатності і дефектах, діагностичних моделях і симетрії САУ.
V.A. Reznikov, P.S. Kharchenko
Diagnostic Information Usage under Tuning of PID-controllers
The way of tuning of PID-controllers based on the principles of efficiency and defects, diagnostic patterns and
symmetries of ACS is considered.
Статья поступила в редакцию 19.10.2009.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56122 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:43:41Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Резников, В.А. Харченко, П.С. 2014-02-11T23:52:31Z 2014-02-11T23:52:31Z 2010 Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов / В.А. Резников, П.С. Харченко // Штучний інтелект. — 2010. — № 1. — С. 56-59. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56122 681.518.54 В работе рассмотрен способ настройки параметров ПИД-регуляторов, который основывается на принципах работоспособности и дефектах, диагностических моделях и симметрии САУ, который позволит автоматизировать процесс наладки, повысить её эффективность и сократить временные затраты, необходимые на её осуществление. У роботі розглянуто спосіб настроювання параметрів ПІД-регуляторів, який ґрунтується на принципах працездатності і дефектах, діагностичних моделях і симетрії САУ. The way of tuning of PID-controllers based on the principles of efficiency and defects, diagnostic patterns and symmetries of ACS is considered. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Штучний інтелект Системы и методы искусственного интеллекта Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов Використання діагностичної інформації під час настроювання ПІД-регуляторів Diagnostic Information Usage under Tuning of PID-controllers Article published earlier |
| spellingShingle | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов Резников, В.А. Харченко, П.С. Системы и методы искусственного интеллекта |
| title | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов |
| title_alt | Використання діагностичної інформації під час настроювання ПІД-регуляторів Diagnostic Information Usage under Tuning of PID-controllers |
| title_full | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов |
| title_fullStr | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов |
| title_full_unstemmed | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов |
| title_short | Использование диагностической информации при настройке ПИД-регуляторов |
| title_sort | использование диагностической информации при настройке пид-регуляторов |
| topic | Системы и методы искусственного интеллекта |
| topic_facet | Системы и методы искусственного интеллекта |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56122 |
| work_keys_str_mv | AT reznikovva ispolʹzovaniediagnostičeskoiinformaciiprinastroikepidregulâtorov AT harčenkops ispolʹzovaniediagnostičeskoiinformaciiprinastroikepidregulâtorov AT reznikovva vikoristannâdíagnostičnoíínformacíípídčasnastroûvannâpídregulâtorív AT harčenkops vikoristannâdíagnostičnoíínformacíípídčasnastroûvannâpídregulâtorív AT reznikovva diagnosticinformationusageundertuningofpidcontrollers AT harčenkops diagnosticinformationusageundertuningofpidcontrollers |