автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматического регулирования температуры инерционных технологических объектов с применением импульсного энергетического метода

На правах рукописи

ДАВЫДОВ ИВАН АЛЕКСАНДРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ИНЕРЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в приборостроении)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 4 МАР 2011

Ижевск-2 011

4841525

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения и приборостроения» Боткинского филиала Ижевского государственного технического университета (ИжГТУ)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Шельпяков Александр Николаевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Зориктуев Вячеслав Цыденович, г. Уфа

- кандидат технических наук Чуркин Александр Викторович, г. Ижевск

Ведущая организация - Институт проблем управления

им. В.А. Трапезникова РАК, г. Москва

Защита состоится 14 апреля 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.06 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7,

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ИжГТУ: www.istu.ru.

Автореферат разослан 2011 г.

ИжГТУ.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В настоящее время в производстве используются различные технологические процессы, которые характеризуются сложностью и высокими требованиями к точности автоматического регулирования технологических параметров. Анализ основных технологических процессов современного производства выявил, что самым распространенным регулируемым параметром является температура. Наряду с большим распространением тепловых объектов в промышленности, данный класс объектов является одним из сложных в управлении. Например, вследствие инерционности тепловых объектов, при автоматическом регулировании температуры возникают затяжные переходные процессы и большие амплитуды перерегулирования.

Анализ современных промышленных регуляторов выявил, что в большинстве производственных случаев используются пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы. Основным недостатком таких регуляторов является необходимость настройки ПИД-коэффициентов. Современные промышленные регуляторы имеют встроенную функцию автонастройки, которая автоматически определяет значения коэффициентов. Недостатком автоьастройки является ее большая длительность. Кроме того, автонастройка регулятора позволяет обеспечить работоспособность системы регулирования лишь в узком диапазоне регулирования.

Применение существующих импульсных регуляторов температуры при управлении инерционными тепловыми объектами характеризуется колебательными процессами с большими амплитудами перерегулирования.

Требуемое качество процесса автоматического регулирования обеспечивается, как правило, корректными настройками регулятора. Несмотря на большое количество промышленных регуляторов, реализующих автоматическую настройку, остаётся много нерешённых проблем, связанных с качеством настройки, изменением параметров объекта управления и внешних возмущений в процессе идентификации.

В связи с этим актуальным направлением современного автоматического регулирования можно считать разработку нового адаптивного алгоритма регулирования, способного без непосредственного участия человека определять параметры объекта, настраивать регулятор в процессе работы и обеспечивать достаточное быстродействие системы с высокой точностью регулирования, что позволит повысить качество обрабатываемых изделий. Диссертационная работа, направленная на решение указанных проблем, актуальна в условиях современного производства.

Объектом исследования является система автоматического регулирования температуры инерционных технологических объектов, допускающая относительно большие величины запаздывания реакции объектов.

Предметом исследования являются переходные процессы и способы повышения качественных показателей регулирования температуры инерционных технологических объектов.

Цель диссертационной работы: повышение эффективности автоматического регулирования за счет увеличения точности, сокращения длительности переходных процессов и обеспечения самонастройки системы регулирования в процессе работы.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

1. Анализ современных технологических процессов, объектов управления, технологических параметров и способов автоматического регулирования.

2. Разработка нового импульсного энергетического метода регулирования температуры инерционных технологических объектов.

3. Разработка способа управления, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения за минимальное время.

4. Разработка способа автоматической стабилизации состояния объекта, основанного на импульсном энергетическом методе.

5. Разработка и исследование алгоритма работы адаптивной системы регулирования температуры с использованием импульсного энергетического метода.

6. Исследование работоспособности разработанной системы автоматического регулирования температуры с импульсным регулятором.

Методы исследований. В работе использованы теоретические и эмпирические методы исследования. Теоретические исследования проводились на базе теории автоматического регулирования, решения дифференциальных уравнений, экспериментальных данных, теории нечетких множеств и нечеткой логики. Теоретические положения подтверждены результатами моделирования в средах Mathcad, VisSim и Delphi.

Экспериментальные исследования проводились на основе известных методик в лабораторных и производственных условиях на специально спроектированных и изготовленных установках. В экспериментальных исследованиях применялись разработанные автором программно-аппаратный комплекс, алгоритмы автоматического регулирования и современная контрольно-измерительная аппаратура. Достоверность полученных в работе результатов подтверждается итогами проведенного эксперимента.

На защиту выносятся:

- способ автоматического регулирования, основанный на импульсном энергетическом методе,

- критерий определения момента завершения одиночного управляющего импульса, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения за минимальное время,

- способ автоматической стабилизации заданного состояния объекта, основанный на импульсном энергетическом методе,

- алгоритм работы адаптивной системы автоматического регулирования температуры,

- результаты исследований разработанной адаптивной системы автоматического регулирования, позволившие определить оптимальные значения параметров алгоритма регулирования.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Проведенные исследования подтвердили энергетическую природу процессов, происходящих при изменении состояний объектов, и линейную зависимость температуры теплового объекта от мощности управляющего воздействия, на основе которых предложена зависимость скважности управляющего воздействия, необходимой для подержания объекта в заданном состоянии.

2. Предложен и разработан на основе исследований способ перевода объекта в заданное состояние за минимально возможное время без перерегулирования за счет воздействия на него прямоугольным управляющим импульсом максимальной амплитуды определенной длительности.

3. Предложена новая методика определения настройки регулятора, использующая параметры текущего переходного процесса в отличие от известных сложных и трудоемких методов настройки автоматических регуляторов, основанных на внесении в систему автоматического регулирования пробных управляющих воздействий.

4. Предложен и разработан на основе исследований способ автоматической стабилизации заданного состояния объекта, основанный на импульсном энергетическом методе с использованием элементов нечеткой логики.

Практическая ценность заключается в следующем:

Разработан алгоритм адаптивной системы автоматического регулирования температуры, основанный на использовании импульсного энергетического метода, обеспечивающий повышение точности процесса регулирования, при этом погрешность регулирования не превышает 2 %, сокращение длительности переходных процессов до минимально возможной, адаптивную настройку регулятора без непосредственного участия человека.

Реализация результатов. Разработанная система автоматического регулирования с использованием импульсного энергетического метода внедрена на ООО «Торговый дом «Феникс» и ОАО «Пищекомбинат «Боткинский».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических и научно-методических конференциях «УКИ-10» (ИПУ РАН, г.Москва, 2010), «XVIII Туполевские чтения: международная молодежная научная конференция» (г.Казань, 2010), «Измерение, контроль, диагностика» (г.Ижевск, 2010), «Наука. Техника. Образование» (г.Воткинск, 2008), «Научные и методические проблемы подготовки конкурентоспособных специалистов для Удмуртии» (г.Ижевск, 2007). Диссертационная работа выполнена в рамках НИР «Совершенствование технологии и оборудования для производства кирпича» по договору ВФ ИжГТУ и ООО «Феникс».

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано двенадцать работ (статей) в центральной печати, в том числе четыре статьи в журналах, включенных в перечень ВАК - «Автоматизация в промышленности», «Вестник ИжГТУ», «Интеллектуальные системы в производстве», «Вестник ВГТУ». Получено одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы из 103 наименований, пять приложений, акты внедрения. Работа изложена на 150 листах машинописного текста, содержит 65 рисунков и 18 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность темы, дается общая характеристика работы и направленность исследований.

В первой главе выполнен анализ современных технологических процессов, регулируемых параметров технологических процессов, современных промышленных регуляторов, алгоритмов регулирования, рассматриваются проблемы автоматического регулирования тепловыми инерционными объектами, а также существующие исследования в области автоматического регулирования.

Анализ основных технологических процессов современного производства выявил, что самым распространенным регулируемым параметром является температура. Наряду с большим распространением тепловых объектов в промышленности, данный класс объектов является одним из сложных в управлении. В общем случае автоматическое регулирование температуры характеризуется затяжными переходными процессами и большими амплитудами перерегулирования вследствие инерционности тепловых объектов, и носит следующий характер, изображенный на рисунке 1.

B.3S fr

/V ^

1/

1/

У

tn Время

0:00:00 0:02:53 0:05:48 0:08:38 0:11:31 0:14:24 0:17:17

Рисунок 1 - Переходные процессы при управлении тепловым объектом

ПИД-регулятором Y3 - уставка регулирования; tn - длительность переходного процесса;

Yn - величина перерегулирования.

Анализ современных промышленных регуляторов выявил, что в большинстве производственных случаев используются ПИД-регуляторы. Основным недостатком таких регуляторов является необходимость настройки ПИД-коэффициентов. Для этого современные регуляторы имеют встроенную процедуру автонастройки, которая автоматически определяет значения коэффициентов. Недостатком автонастройки является ее большая длительность. К тому же автонастройка регулятора позволяет обеспечить работоспособность системы регулирования лишь в узком диапазоне регулирования. Например, при изменении уставки или свойств объекта необходимо вновь проводить автонастройку регулятора. В противном случае регулирование будет характеризоваться низкой точностью.

Проведен анализ существующих теоретических и экспериментальных исследований повышения точности автоматического регулирования технологических параметров, проведенных A.M. Шубладзе, В.В. Денисенко, В.Я. Ротач, В.М. Мазуровым, Н.В. Клиначевым, Ю.М. Ковриго, A.C. Клюевым, И.Н. Пикуль и др. Установлено, что большинство работ посвящено совершенствованию и созданию новых модификаций ПИД-регуляторов, например, с использованием весовых коэффициентов, передаточной функции объекта, разомкнутого принципа управления, нечеткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов в ПИД-регуляторах.

Анализ принципов и модификаций регуляторов показывает, что ПИД-регуляторы имеют неудовлетворительные показатели качества при управлении сложными системами, а также при недостаточной информации об объекте управления. Характеристики регуляторов можно улучшить с помощью методов нечеткой логики или нейронных сетей. Основным

недостатком нечетких и нейросетевых регуляторов является сложность их настройки, составления базы правил и обучения нейронной сети.

Основными недостатками ПИД-регуляторов, ограничивающими их технологические возможности, являются:

1) большие величины перерегулирования при смене уставки;

2) затяжные переходные процессы. При этом сокращение длительности переходного процесса не представляется возможным вследствие логики работы ПИД-закона;

3) необходимость настройки ПИД-коэффициентов регулятора с использованием процедуры автонастройки при изменении свойств объекта или уставки регулирования;

4) большая длительность процедуры автонастройки.

В заключение первой главы, на основании обзора и анализа существующих научных работ, а также состояния проблемы и выбранного направления исследований определено, что весьма перспективным направлением повышения эффективности систем автоматического регулирования является разработка алгоритмов, обеспечивающих определение параметров объекта управления в процессе работы, а также повышение быстродействия системы и точности регулирования. Сформулированы задачи исследований.

Во второй главе представлены теоретические исследования импульсного энергетического метода регулирования параметров объектов.

Анализ физических состояний объектов при регулировании их выходных параметров указывает на энергетическую природу процессов, происходящих при изменении состояний объектов. Объект управления рассматривается как энергетическая система, параметрическое состояние У которой связано с энергией накопленной объектом, а также с потоками энергии поступающей к объекту Рх и энергии рассеивания РР. Очевидно, что установившееся состояние объекта наступает в тот момент, когда поток управляющей энергии Рх будет равен потоку рассеиваемой энергии РР. При этом состояние объекта характеризуется величиной регулируемого параметра У. Так, например, для поддержания более высокой температуры печи необходимо большее количество подводимой (управляющей) энергии, но при этом и большее количество энергии будет рассеиваться в окружающее пространство.

Основываясь на энергетическом представлении решения задачи регулирования, предложен импульсный энергетический метод регулирования выходного параметра объекта, суть которого описывается следующими двумя этапами в соответствии с рисунком 2.

Этап 1 Этап 2

Рисунок 2 - Регулирование импульсным энергетическим методом Уо - начальное значение регулируемого параметра, Уи - значение рг!улируемого параметра, в момент завершения одиночного управляющего импульса, Ук - величина инерционного роста регулируемого параметра, У3 - заданное значение регулируемого параметра.

Первоначально формируется управляющее воздействие в виде прямоугольного импульса максимальной мощности АХмах и определенной длительности 1:и, обеспечивающее вывод объекта на заданную величину выходного параметра У3 за минимальное время. Затем, производится формирование управляющих импульсов определенной длительности ^мп с определенным периодом ^л, для обеспечения точного выхода объекта на заданное значение У3 выходного параметра У и поддержания его в этом состоянии. Для реализации предлагаемого метода регулирования необходимо в основном определить два управляющих параметра: длительность первого импульса ^ обеспечивающего перевод объекта в новое заданное состояние и величину скважности Б управляющих импульсов, для поддержания объекта в этом заданном состоянии.

Для проведения экспериментальных исследований влияния энергии управляющего воздействия на параметрическое состояние объекта создана экспериментальная установка. Схема экспериментальной установки изображена на рисунке 3.

Датчик

Рисунок 3 - Схема экспериментальной установки

Экспериментальная установка включала в себя объект управления, датчик температуры, автоматический измеритель, преобразователь интерфейсов, компьютер, БСАБА-систему, источник питания и блок коммутации.

В качестве объектов управления исследованы тепловые объекты эмулятор печи «ЭП10», лабораторная печь «ЛП-1» и муфельная печь «МП2-УМ», регулируемой величиной У которых являлась температура Т, °С. В качестве управляющего воздействия применена электрическая энергия. Формирование управляющего воздействия определенной мощности Рх осуществлялось двумя способами: аналоговым и широтно-импульсной модуляции.

При аналоговом способе мощность управляющего воздействия формировалась в виде непрерывного сигнала определенного напряжения и, В и силы тока I, А, подаваемого на исполнительный механизм -нагревательный элемент. При этом поток управляющей энергии определялся как мощность управляющего сигнала Рх, Вт, по формуле:

Рх=и-3. (1)

При способе широтно-импульсной модуляции формировалось управляющее воздействие максимальной амплитуды АХмах определенной скважности Б. При этом поток управляющей энергии определялся как мощность управляющего сигнала Рх, Вт, по формуле:

~ Ахмах ■ (2)

При формировании управляющего воздействия на объект аналоговым способом и широтно-импульсной модуляцией получены переходные характеристики. Следует отметить, что при различных способах формирования управляющего воздействия поведение объекта одинаково и зависит только от потока управляющей энергии Рх или мощности.

На рисунке 4 представлена зависимость величины установившейся температуры ТМАХ от величины скважности управляющего сигнала Б при определенной максимальной постоянной амплитуде АХмах-

Анализ значений температуры сделать

зависимостей установившейся объектов позволил вывод, что

Скважность, %

Рисунок 4 - Зависимость температуры от скважности управляющего воздействия

Утл

параметрическое состояние У объекта управления линейно зависит от величины потока энергии Рх управляющего воздействия.

Для реализации импульсного 3 энергетического метода

необходимо определение

управляющих потоков энергии с использованием оперативных параметров переходного процесса (рисунок 5), поскольку именно переходный процесс отражает характер реакции поведения объекта на управляющее воздействие.

В качестве оперативных параметров приняты следующие величины: максимальная скорость изменения регулируемой величины Ум, отражающая инерционность объекта; длительность инерционного запаздывания реакции объекта /3; текущая скорость изменения параметра Ки на момент завершения управляющего импульса.

Для определения длительности одиночного управляющего

воздействия возникает

необходимость исследования переходных процессов при импульсном воздействии. Исследование переходных процессов осуществлялось методом математического моделирования с применением автоматизированной среды Х^Бт 3.0, что позволило получить более достоверные закономерности поведения объектов. При математическом моделировании воздействия на объект одиночного управляющего импульса в качестве математической модели объекта управления использовалось дифференциальное уравнение апериодического звена второго порядка, которое наиболее близко отражает поведение инерционных тепловых объектов:

Рисунок 5 - Переходный процесс при воздействии на объект одиночного управляющего импульса

Т1.Т2.^М + (Т]+Т2).^1 + у(0 = к.Х(0, (3)

1 1 л2 1 л

где Ть Т2 - постоянные времени, с;

к - коэффициент преобразования (усиления) входного сигнала.

На основе исследований множества переходных процессов при воздействии на объект одиночным управляющим импульсом различными мощностями, длительностями для разных объектов, эмпирически выведена функциональная зависимость максимального значения Ум регулируемой величины от параметров переходного процесса:

Ум=Уи + Ук=Уи+а-Уи-(3, (4)

где а - коэффициент, учитывающий отношение текущей скорости Уи изменения регулируемой величины объекта к максимальной скорости Ум, достигаемой в точке перегиба;

13 - величина запаздывания реакции объекта на управляющее воздействие.

Данная зависимость позволяет определить момент завершения одиночного управляющего импульса, обеспечивающего достижение регулируемой величины заданного значения с удовлетворительной точностью. Погрешность при этом не превышает 3 % от первоначальной ошибки регулирования.

После определения момента завершения одиночного управляющего импульса, для реализации автоматического регулирования импульсным энергетическим методом необходимо определение мощности управляющего воздействия, способного поддерживать регулируемую величину на заданном значении Уз. Учитывая результаты проведенных исследований и линейный характер зависимости энергетического состояния объекта от мощности управляющего воздействия, расчетная величина скважности управляющего сигнала Бр, обеспечивающего поддержание объекта на заданном значении Уз, определяется по зависимости:

<5)

1МАХ -"О

где Уз - заданное значение выходного параметра объекта (уставка), °С;

^мах - приведенное максимальное значение выходного сигнала У при постоянном непрерывном управляющем воздействии заданной мощности, °С;

У0 - начальное значение выходного параметра (температура окружающей среды), °С.

Для обеспечения точности в процессе регулирования необходима постоянная корректировка скважности ДБ управляющего сигнала, для чего производится определение текущей скважности Б по формуле:

Величина ДБ может быть определена на основе следующих рассуждений. При регулировании параметра объекта вблизи координаты У3 возможны следующие основные ситуации поведения объекта, представленные на рисунке 6. При рассмотрении процесса регулирования можно выделить две основные величины, характеризующие поведение объекта: ошибку регулирования е и скорость V изменения выходного сигнала У.

+уб +\/м уо -\/м -уб Рисунок 6 - Диаграмма состояний процесса регулирования

На диаграмме средней горизонтальной пунктирной линией показано значение уставки У3, непрерывными линиями - фрагменты изменения выходного сигнала У, отражающие различные ситуации сочетаний ошибок е и скоростей V. Весь диапазон величин можно условно разбить на следующие значения: +бб - большое положительное отклонение, +ем - малое положительное отклонение и т.д., а так же +УБ - большая положительная скорость, У0 - нулевая скорость, -\м - малая отрицательная скорость и т.д.

Используя элементы нечеткой логики для указанного пространства величин е и V можно принять условные значения корректировки скважности ДЭ. Так, например, для ситуации А имеет место большая положительная скорость и большая отрицательная ошибка, очевидно, что для данной ситуации величина корректировки Д8 должна быть максимально отрицательной (-Д8Мах); Для ситуации В величины ошибка и скорость принимают нулевые значения е0 и У0, следовательно, величина корректировки нулевая Д8=0 и т.д.

Функциональная связь между величинами е, V и Д8МАх показана на пространственной диаграмме, изображенной на рисунке 7.

+д Бмах

-Л Б мах

Рисунок 7 - Пространственная диаграмма зависимости величины ДБ от е и V

В процессе регулирования величины -Д8МАх и +А8мах определяются по формулам:

+5^=1 (7)

~$МАХ = ■ (Ю

Для определения значения величины коррекции скважности ДБ предлагается следующая методика. Множество значений ошибки регулирования е и текущей скорости V изменения регулируемой величины представляются на диаграмме, изображенной на рисунке 8, позволяющей определять величину коррекции ДБ расчетной скважности по текущему состоянию процесса регулирования, т.е. по текущим значениям е и V.

Для обобщения данной методики величины ошибки регулирования и скорости изменения температуры приняты относительными и определяются формулами (9) и (10) соответственно:

Е

еот - ■

(9)

где еБ - значение большого отклонения выходного параметра объекта.

V

V =

у от

VР

(10)

где УБ - значение большой скорости изменения выходного параметра объекта.

у

£от

Рисунок 8 - Диаграмма определения величины коррекции скважности управляющего воздействия

Предварительные исследования процессов регулирования позволили определить область значений величин еб и Уб. Затем при определенных значениях еБ и УБ проводилось регулирование параметра У. При этом определялись показатели качества процесса регулирования: интеграл ошибки регулирования и величина перерегулирования. После определения показателей качества оптимальные значения величин еБ и УБ назначались такими, при которых интегральная ошибка и величина перерегулирования принимали минимальные значения. Значение интегральной ошибки определялось суммой ошибок регулирования е в каждый момент времени по формуле:

Перерегулирование определяется разницей между максимальным значением и уставкой регулируемой величины.

Проведенные исследования показали, что оптимальное значение еЕ составляет 1 % от максимального значения выходного сигнала Умах, или еб=0,01-умах- Оптимальное значение УБ составляет 10 % от значения максимальной скорости изменения выходного сигнала Ум в переходном процессе, или УБ=0,1'Ум.

Определение значений относительных ошибки Еог и скорости Кот позволяет найти значение относительной коррекции скважности А Бот по формуле:

(П)

Определение величины относительной коррекции Д80т позволяет найти значение коррекции ДБ скважности управляющего сигнала по зависимости:

= АБ0Т • (~3ШХ), при Д50Г < О, ■ АЯ = Д5ог • (+ЯМАХ), при ЬЕ0Т >0, (13)

Д5 = 0, при Д5ог = 0.

Тогда скважность управляющего сигнала 5 определяется по формуле (6). Следует отметить, что при определенных состояниях процесса регулирования модуль коррекции скважности АБ может принимать значения больше единицы. Поэтому скважность управляющего сигнала, определяемая по выражению (6), примет значения 5=0 или 5=1.

При этом длительность управляющего импульса ^мп определится формулой:

(имп={СЛ'3> 04)

где 1СЛ - период следования управляющих импульсов, с.

Основываясь на энергетическом представлении процесса регулирования выходного параметра объекта, разработан импульсный энергетический метод. Эмпирически и аналитически определена продолжительность одиночного управляющего импульса, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения. Основываясь на энергетическом представлении процесса управления состоянием объектов, предложен способ автоматического поддержания объекта в заданном состоянии. Разработанный способ автоматического регулирования позволяет обеспечить минимально возможную длительность переходного процесса, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения и с последующей удовлетворительной точностью регулирования с погрешностью не более 2 %.

В третьей главе проводятся разработка и исследование адаптивной системы автоматического регулирования с применением импульсного энергетического метода.

При разработке алгоритма адаптивной системы автоматического регулирования реализована совокупность решений определенных ранее задач: выхода регулируемой величины на уставку за минимальное время формированием одиночного управляющего импульса, а также решение задачи формирования скважности управляющего воздействия для поддержания регулируемой величины на заданном уровне.

Адаптация алгоритма заключается в идентификации объекта управления и в определении (расчете) параметров и настроек алгоритма, соответствующих свойствам объекта.

Следует отметить, что параметры объекта управления могут изменяться в процессе регулирования. Например, повышение напряжения в сети приведет к повышению максимальной температуры печи, т.е. к увеличению свойства объекта YMAx, а образование накипи в котле или сезонное понижение температуры окружающей среды приведет к уменьшению значения Умах-Поэтому для компенсации изменения свойств объекта управления возникает необходимость в определенные моменты производить поправку значения Ymax-

Переопределение значения параметра YMAx основано на энергетическом представлении процесса управления состоянием объекта и производится с использованием линейной зависимости значения регулируемой величины Y от скважности S управляющего воздействия по следующей методике.

При регулировании температуры в установившемся режиме вблизи уставки Y3 определяется величина коррекции расчетной скважности ASP, %, соответствующей отношению среднему текущему отклонению от уставки ко всему диапазону регулирования:

05)

1МАХ ~ 'О

где YCp - среднее значение регулируемой величины за определенный период коррекции t]<op, °С.

Определение необходимого значения скважности управляющего воздействия S'P, % происходит, по формуле:

SP'=SP + ASP. (16)

Формула (16) позволяет определить значение необходимой расчетной скважности S'P, соответствующее текущей уставке и текущему отклонению регулируемой величины.

Значение параметра Ymax переопределится новым значением Y'max, °С, определяемое значениями величин Y3, Y0 и S'P, в соответствии с формулой:

Y -Y

у =12_ii + Y л 71

1 МАХ „ , т i0 • u ')

bp

После переназначения параметра Умах вновь определяется расчетная скважность SP управляющего сигнала по формуле (5). Затем по текущему состоянию объекта управления определяется величина коррекции скважности AS и в соответствии значениям SP и AS определяется требуемая скважность управляющего сигнала S, необходимая для поддержания регулируемой величины на требуемом значении уставки У3.

На основе результатов исследований разработан алгоритм системы адаптивного регулирования с использованием импульсного энергетического метода с применением элементов нечеткой логики для управления инерционными объектами с запаздыванием, изображенный на рисунке 9.

Параметр объекта управления

Назначение уставки, допуска регулирован:

Определение текущего значения регулируемого параметра

Определение начального значения регулируемого параметра(температура окружающей среды или статического режима)

Определение ошибки регулирования

Условие выбора способа регулирования

Формирование одиночного управляющего импульса

Подается одиночный I управляющий импульс |\

Определение параметров I переходного процесса К

Определение настроек I регулятора |\

Расчет максимально возможного значения параметра с учетом инерционного роста

Режим стабилизации заданного состояния

Вычисление расчетной скважности управляющего воздействия, %

Определение относительных ошибки регулирования и

скорости изменения регулируемого параметра

Определение коррекции скважности и текущей скважности, %

I Определение длительности А управляющего импульса, с

¡Управляющее воздействие /] на объект управления

Определение коррекции расчетной скважности и необходимой скважности,

IПереопределение Апараметра Умах

Отключение одиночного I управляющего импульса [\ч

Рисунок 9 - Алгоритм адаптивной системы автоматического регулирования с использованием импульсного энергетического метода с применением элементов нечеткой логики

Реализация разработанного алгоритма системы автоматического регулирования позволила создать программу на языке программирования Delphi, результатом которой стало приложение Regulator.exe. Созданная программа Regulator.exe позволяет регулировать выходной параметр объекта в соответствие заданной уставке Y3. В качестве объекта управления принималась модель апериодического звена второго порядка. Интерфейс программы представлен на рисунке 10.

■ Модель объекта••• ^Параметры объекте• :• Параметры переходного процесса-■

: уо ¡0 Yn in [43074 Уй [зГззГ

во [40 |п [386Л9 Vn fa0974" Yk Ев f-'о'ббо" !

Vm|0.0981 te [m25 tKOpfof" Умр [40.078 Eo рЭ,150

Параметры регулирована Y [40.018 l jvTs4 ■ еаршГ V [00002 [ eo fOOiT Еимт jc.7066

Sp ¡Шзо

вот рЙоГ Vot [0.010*0 dsar ро'оое"

■£глах }й4030 |059Б9

dS [^оЖ

S [<Ш?7 Ымл |Т э389

Yep ¡Ш04 dSP |-4.625

Sp1 ((Шзо

YMW' Р».232" txop' }85 р/ Пвреспрео

Рисунок 10- Интерфейс программы Regulator.exe

Следует отметить достоинства разработанной программы:

- обеспечение минимальной длительности переходного процесса;

- удовлетворительная точность регулирования в установившемся режиме, погрешность регулирования не превышает 1 % от первоначальной ошибки;

- адаптация настроек регулятора к свойствам объекта управления;

- возможность проведения исследований процесса регулирования с целью оптимизации настроек регулятора.

Проведены исследования влияния значений параметров алгоритма системы автоматического регулирования на качественные показатели процесса регулирования.

В четвертой главе представлено исследование работоспособности адаптивной системы автоматического регулирования температуры с применением импульсного энергетического метода.

Процесс регулирования температуры с помощью разработанной адаптивной системы автоматического регулирования характеризуется минимальной длительностью переходного процесса без перерегулирования с удовлетворительной точностью поддержания температуры вблизи уставки, погрешность при этом не превышает 2 % от первоначальной ошибки.

Результаты исследования устойчивости разработанной системы автоматического регулирования показывают, что при изменении возмущения на 10 % отклонение регулируемой величины от уставки составляет не более 1%. Данный показатель устойчивости системы автоматического регулирования является удовлетворительным.

Результаты исследования новой системы автоматического регулирования показали эффективность управления по сравнению с существующими системами. Достоинства разработанной системы автоматического регулирования заключаются в:

- отсутствии предварительной настройки параметров регулятора;

- адаптации регулятора к объекту управления во время работы,

- точном достижении регулируемой величиной уставки за минимально возможное время;

- удовлетворительном качестве регулирования в процессе поддержания величины вблизи уставки за счет разработанного способа автоматической стабилизации заданного состояния объекта.

Таким образом, в работе получены новые научные данные о процессе автоматического регулирования параметров объектов, что позволило достичь поставленной в работе цели.

Основные результаты и выводы.

На основании проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований были сформулированы следующие научные выводы:

1. Разработан новый способ автоматического регулирования, основанный на импульсном энергетическом методе. Отличительной особенностью предлагаемого способа является отсутствие процедуры предварительной настройки системы автоматического регулирования; обеспечение минимально возможной продолжительности переходного процесса за счет передачи определенного количества энергии объекту управления одиночным импульсом максимальной мощности и высокой точности регулирования в процессе поддержания вблизи уставки.

2. Проведено исследование множества переходных процессов при воздействии на объект одиночным управляющим импульсом различными мощностями, длительностями для разных объектов. Эмпирически выведена функциональная зависимость максимального значения регулируемой величины от параметров переходного процесса. Зависимость позволяет определить момент завершения одиночного управляющего импульса, обеспечивающего достижение регулируемой величины заданного значения с удовлетворительной точностью. Погрешность расчета не превышает 3 % от первоначальной ошибки регулирования.

3. Основываясь на линейном характере зависимости температуры от мощности управляющего воздействия, предложен способ автоматической стабилизации заданного состояния объекта. Предложена методика определения корректировки скважности управляющего воздействия для точного поддержания регулируемой величины вблизи уставки в зависимости от текущего энергетического состояния объекта управления с применением элементов нечеткой логики.

4. Разработан алгоритм работы адаптивной системы автоматического регулирования температуры с использованием импульсного энергетического метода. Разработанный алгоритм автоматического регулирования позволяет обеспечить минимально возможную длительность переходного процесса, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения и последующую удовлетворительную точность регулирования с погрешностью не более 2 %.

5. Проведены исследования влияния значений параметров алгоритма системы автоматического регулирования на качество процесса регулирования. Экспериментально определены оптимальные значения весовых коэффициентов большого отклонения кЕ и большой скорости изменения регулируемой величины ку. Подтверждена необходимость переназначения весовых коэффициентов при смене режимов регулирования. Определен оптимальный период времени коррекции ^ор, через которое переназначается величина приведенного максимального значения выходного сигнала УМАХ.

6. Результаты исследований разработанной адаптивной системы автоматического регулирования использованы на ООО «Торговый дом «Феникс» и ОАО «Пищекомбинат «Боткинский». Установлено, что погрешность регулирования температуры по сравнению с используемыми ПИД-регуляторами снизилась с 5 % до 3 % в переходных процессах и с 3 % до 2 % в установившихся режимах; при изменении мощности возмущения на 10 % погрешность регулирования не превышает 1 %. Результаты исследования новой системы автоматического регулирования показали эффективность управления по сравнению с существующими системами.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Давыдов И.А. Анализ законов и алгоритмов автоматического регулирования // Научные и методические проблемы подготовки конкурентоспособных специалистов для Удмуртии: матер, науч.-метод, конф. Май, 2007 г. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. - С. 63-70.

2. Давыдов И.А. Анализ современных технологических процессов, объектов управления и параметров регулирования // Наука. Техника. Образование: Сборник трудов научно-методической конференции Боткинского филиала ИжГТУ. - Екатеринбург-Ижевск: Изд-во института экономики УрО РАН, 2008. - С. 104-111.

3. Давыдов И.А. Анализ вопросов регулирования параметров технологических процессов // Наука Удмуртии. - Ижевск, 2009. - С. 77-82.

4. Давыдов И.А. Расчет величины инерционного роста регулируемого параметра для объектов с запаздыванием / И.А. Давыдов, К.Б. Сентяков, А.Н. Шельпяков // Интеллектуальные системы в производстве. - 2009. - Вып. 2. -Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2009. - С. 24-28.

5. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Экспериментальное исследование переходных процессов тепловых объектов при воздействии одиночного импульса // Вестник Воронежского государственного технического университета, 201и. Т. 6. № 3. - С. 133-137.

6. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Исследование параметров переходных процессов при воздействии на объект одиночным управляющим импульсом // Измерение, контроль и диагностика. - Ижевск: Проект, 2010. - С. 152-157.

7. Шельпяков А.Н., Давыдов И.А. Импульсный энергетический метод управления объектами // Интеллектуальные системы в производстве. - 2010. - Вып. 1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010. - С. 320-323.

8. Давыдов И.А. Экспериментальное исследование переходных процессов теплового объекта при импульсном управляющем воздействии / И.А. Давыдов, К.Б. Сентяков, А.Н. Шельпяков // Вестник ИжГТУ. - 2010. -Вып. 2. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010. - С. 109-111.

9. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Повышение эффективности автоматического регулирования температуры тепловых объектов // XVIII Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, 26 -28 мая 2010 года: Материалы конференции. Том IV. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. 2010. - С. 578-580.

10. I.Davydov, A.Shelpyakov. Increase of Automatic Temperature Control Effectiveness of Thermal Objects Based on Application of Pulse Energy Method // Forschungszentrum Dresden - Rossendorf, 2010. - p. 211-214.

11. Шельпяков А.Н., Давыдов И.А. Разработка алгоритма регулятора температуры с применением импульсного энергетического метода // Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения (УКИ'10): Труды конференции с международным участием. Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2010. - С. 213.

12. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Регулятор температуры с применением импульсного энергетического метода // Автоматизация в промышленности. - 2010. - Вып. 11. - М.: Изд-во ИнфоАвтоматизация, 2010. -С. 10-14.

13. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н., Сентяков К.Б. Регулятор температуры инерционных объектов с применением импульсного энергетического метода // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011611657 от 18.02.2011 г. (Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам).

Автореферат Давыдов И.А.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ИНЕРЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕТОДА

Отпечатано на оборудовании Боткинского филиала ИжГТУ г. Воткинск, ул. П.И. Шувалова, 1, тел. (34145) 5-15-00 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз.

Основные сокращения и обозначения.

Введение.

Глава 1 Анализ современных технологических процессов, объектов управления, технологических параметров, способов регулирования и проблем автоматического регулирования.

1.1 Анализ регулируемых параметров современных технологических процессов.

1.2 Свойства тепловых технологических объектов управления, виды и параметры переходных характеристик.

1.3 Критерии качества регулирования.

1.4 Алгоритмы, законы, способы регулирования технологических параметров, алгоритмы автонастройки.

1.5 Анализ вопросов автоматического регулирования параметров технологических процессов.

Объектом исследования является система автоматического регулирования (САР) температуры инерционных технологических объектов, допускающая относительно большие величины запаздывания реакции объектов.

Предметом исследования являются переходные процессы и способы повышения качественных показателей регулирования температуры инерционных технологических объектов.

Актуальность. В настоящее время в производстве используются различные технологические процессы, которые характеризуются сложностью и высокими требованиями к точности автоматического регулирования технологических параметров. Анализ основных технологических процессов современного производства выявил, что самым распространенным регулируемым параметром является температура. Наряду с большим распространением тепловых объектов в промышленности, данный класс объектов является одним из сложных в управлении. В общем случае автоматическое регулирование температуры характеризуется затяжными переходными процессами и большими амплитудами перерегулирования вследствие инерционности тепловых объектов.

Анализ современных промышленных регуляторов выявил, что в большинстве производственных случаев используются ПИД-регуляторы. Основным недостатком таких регуляторов является необходимость настройки ПИД-коэффициентов. Современные промышленные регуляторы имеют встроенную функцию автонастройки, которая автоматически определяет значения коэффициентов. Недостатком автонастройки является ее большая длительность. Кроме того, автонастройка регулятора позволяет обеспечить работоспособность системы регулирования лишь в узком диапазоне регулирования. Например, при изменении уставки или свойств объекта необходимо вновь проводить автонастройку регулятора. В противном случае регулирование будет характеризоваться низкой точностью. Поэтому необходимо, чтобы в каждый момент времени настройки регулятора обеспечивали требуемое качество процесса регулирования.

Применение существующих импульсных регуляторов температуры при управлении инерционными тепловыми объектами характеризуется колебательными процессами с большими амплитудами перерегулирования.

В связи с этим актуальным направлением современного автоматического регулирования можно считать разработку нового адаптивного алгоритма регулирования, способного без непосредственного участия человека определять параметры объекта, настраивать регулятор в процессе работы и обеспечивать достаточное быстродействие системы с высокой точностью регулирования, что позволит повысить качество обрабатываемых изделий. Диссертационная работа, направленная на решение указанных проблем, актуальна в условиях современного производства.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности автоматического регулирования за счет увеличения точности, сокращения длительности переходных процессов и обеспечения самонастройки системы регулирования в процессе работы.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ современных технологических процессов, объектов управления, технологических параметров и способов автоматического регулирования.

2. Разработка нового импульсного энергетического метода регулирования температуры инерционных технологических объектов.

3. Разработка способа управления, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения за минимальное время.

4. Разработка способа автоматической стабилизации состояния объекта, основанного на импульсном энергетическом методе.

5. Разработка и исследование алгоритма работы адаптивной САР температуры с использованием импульсного энергетического метода.

6. Исследование работоспособности разработанной системы автоматического регулирования температуры с импульсным регулятором.

Методы исследований:

В работе использованы теоретические и эмпирические методы исследования. Теоретические исследования проводились на базе теории автоматического регулирования, решения дифференциальных уравнений, экспериментальных данных, теории нечетких множеств и нечеткой логики. Теоретические положения подтверждены результатами моделирования в средах Mathcad, VisSim и Delphi.

Экспериментальные исследования проводились на основе известных методик в лабораторных и производственных условиях на специально спроектированных и изготовленных установках. В экспериментальных исследованиях применялись разработанные автором программно-аппаратный комплекс, алгоритмы автоматического регулирования и современная контрольно-измерительная аппаратура. Достоверность полученных в работе результатов подтверждается итогами проведенного эксперимента.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Проведенные исследования подтвердили энергетическую природу процессов, происходящих при изменении состояний объектов, и линейную зависимость температуры теплового объекта от мощности управляющего воздействия, на основе которых предложена зависимость скважности управляющего воздействия, необходимой для подержания объекта в заданном состоянии.

2. Предложен и разработан на основе исследований способ перевода объекта в заданное состояние за минимально возможное время без перерегулирования за счет воздействия на него прямоугольным управляющим импульсом максимальной амплитуды определенной длительности.

3. Предложена новая методика определения настройки регулятора, использующая параметры текущего переходного процесса в отличие от известных сложных и трудоемких методов настройки автоматических регуляторов, основанных на внесении в систему автоматического регулирования пробных управляющих воздействий.

4. Предложен и разработан на основе исследований способ автоматической стабилизации заданного состояния объекта, основанный на импульсном энергетическом методе с использованием элементов нечеткой логики.

Практическая ценность заключается в следующем:

Разработан алгоритм адаптивной системы автоматического регулирования температуры, основанный на использовании импульсного энергетического метода, обеспечивающий повышение точности процесса регулирования, при этом погрешность регулирования не превышает 2 %, сокращение длительности переходных процессов до минимально возможной, адаптивную настройку регулятора без непосредственного участия человека.

Разработанная система автоматического регулирования с использованием импульсного энергетического метода внедрена на ООО «Торговый дом «Феникс» и ОАО «Пищекомбинат «Боткинский».

По материалам диссертационной работы опубликовано двенадцать работ (статей) в центральной печати, в том числе четыре статьи в журналах, включенных в перечень ВАК - «Автоматизация в промышленности», «Вестник ИжГТУ», «Интеллектуальные системы в производстве», «Вестник ВГТУ». Получено одно свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических и научно-методических конференциях:

- «УКИ-10» (ИПУ РАН, г. Москва, 2010),

- «XVIII Туполевские чтения: международная молодежная научная конференция» (г. Казань, 2010),

- «Измерение, контроль, диагностика» (г. Ижевск, 2010),

- «Наука. Техника. Образование» (г. Воткинск, 2008),

- «Научные и методические проблемы подготовки конкурентоспособных специалистов для Удмуртии» (г. Ижевск, 2007).

Диссертация содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы из 103 наименований, пять приложений, акты внедрения. Работа изложена на 150 листах машинописного текста, содержит 65 рисунков и 18 таблиц.

Основные выводы и результаты работы:

1. Разработан новый способ автоматического регулирования, основанный на импульсном энергетическом методе. Отличительной особенностью предлагаемого способа является отсутствие процедуры предварительной настройки системы автоматического регулирования; обеспечение минимально возможной продолжительности переходного процесса за счет передачи определенного количества энергии объекту управления одиночным импульсом максимальной мощности и высокой точности регулирования в процессе поддержания вблизи уставки.

2. Проведено исследование множества переходных процессов при воздействии на объект одиночным управляющим импульсом различными мощностями, длительностями для разных объектов. Эмпирически выведена функциональная зависимость максимального значения регулируемой величины от параметров переходного процесса. Зависимость позволяет определить момент завершения одиночного управляющего импульса, обеспечивающего достижение регулируемой величины заданного значения с удовлетворительной точностью. Погрешность расчета не превышает 3 % от первоначальной ошибки регулирования.

3. Основываясь на линейном характере зависимости температуры от мощности управляющего воздействия, предложен способ автоматической стабилизации заданного состояния объекта. Предложена методика определения корректировки скважности управляющего воздействия для точного поддержания регулируемой величины вблизи уставки в зависимости от текущего энергетического состояния объекта управления с применением элементов нечеткой логики.

4. Разработан алгоритм работы адаптивной системы автоматического регулирования температуры с использованием импульсного энергетического метода. Разработанный алгоритм автоматического регулирования позволяет обеспечить минимально возможную длительность переходного процесса, обеспечивающего точное достижение регулируемой величиной заданного значения и последующую удовлетворительную точность регулирования с погрешностью не более 2 %.

5. Проведены исследования влияния значений параметров алгоритма системы автоматического регулирования на качество процесса регулирования. Экспериментально определены оптимальные значения весовых коэффициентов большого отклонения кЕ и большой скорости изменения регулируемой величины ку. Подтверждена необходимость переназначения весовых коэффициентов при смене режимов регулирования. Определен оптимальный период времени коррекции ^ор, через которое переназначается величина приведенного максимального значения выходного сигнала Умах

6. Результаты исследований разработанной адаптивной системы автоматического регулирования использованы на ООО «Торговый дом «Феникс» и ОАО «Пищекомбинат «Боткинский». Установлено, что погрешность регулирования температуры по сравнению с используемыми ПИД-регуляторами снизилась с 5 % до 3 % в переходных процессах и с 3 % до 2 % в установившихся режимах; при изменении мощности возмущения на 10 % погрешность регулирования не превышает 1 %. Результаты исследования новой системы автоматического регулирования показали эффективность управления по сравнению с существующими системами.

Заключение

В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований осуществлено решение актуальной научно-технической задачи повышения эффективности автоматического регулирования технологических параметров с применением нового импульсного энергетического метода.

1. Адаптивная система управления астатическим объектом с запаздыванием /

2. Еремин E.JL, Теличенко Д.А.; АмГУ пат. 2288496 Рос. Федерация. №2005115280/09; заявл. 19.05.2005; опубл. 27.11.2006, Бюл. №33. 6с.

3. Адаптивная система управления объектом с переменным транспортнымзапаздыванием / Анисимов A.A., Бурков А.П., Татарыкин C.B.; ИГЭУ пат. 2258950 Рос. Федерация. №2003112586/09; заявл. 28.04.2003; опубл. 10.11.2004, Бюл. №23. Юс.

4. Адаптивный релейный регулятор / Вохрышев В.Е.; СамГТУ пат.2284561

5. Рос. Федерация. №2005111446/09; заявл. 18.04.2005; опубл. 27.09.2006, Бюл. №27. 11с.

6. Антонов В.Н., Терехов В.А., Тюкин И.Ю. Адаптивное управление втехнических системах: Учеб. Пособие. — СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2001. 244 с.

7. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления /

8. В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. Изд. 4-е, перераб. и доп. - СПб, Изд-во «Профессия», 2003. - 752 с. - (Серия: Специалист).

9. Ване Ван Дорен. Самописцы // Control Engineering. 2007. - № 4.

10. Варламов И.Г., В каких случаях "ослабление" регулятора оправдано? //

11. Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. № 9.

12. Варламов И.Г., Сережин Л.П., Филимонов Б.В. Гаечный ключ для наладчика

13. САР // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. № 9.

14. Гибшман Е.А. Реализация оптимальных режимов эксплуатации системрегулирования в АСУТП // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. -№6.-С. 1-6.

15. Давыдов И.А. Анализ вопросов регулирования параметров технологических процессов // Наука Удмуртии. Ижевск, 2009. - С. 77-82.

16. Давыдов И.А. Анализ законов и алгоритмов автоматического регулирования // Научные и методические проблемы подготовки конкурентоспособныхспециалистов для Удмуртии: матер, науч.-метод. конф. Май, 2007 г. — Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007. С. 63-70.

17. Давыдов И.А. Расчет величины инерционного роста регулируемого параметра для объектов с запаздыванием / И.А. Давыдов, К.Б. Сентяков, А.Н. Шельпяков // Интеллектуальные системы в производстве. — 2009. — Вып. 2. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2009. - С. 24-28.

18. Давыдов И.А. Экспериментальное исследование переходных процессов теплового объекта при импульсном управляющем воздействии/ И.А. Давыдов, К.Б. Сентяков, А.Н. Шельпяков // Вестник ИжГТУ. 2010. — Вып. 2. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010. - С. 109-111.

19. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Исследование параметров переходных процессов при воздействии на объект одиночным управляющим импульсом // Измерение, контроль и диагностика. — Ижевск: Проект, 2010. С. 152—157.

20. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Регулятор температуры с применением импульсного энергетического метода // Автоматизация в промышленности.- 2010. Вып. 11. - М.: Изд-во ИнфоАвтоматизация, 2010. - С.10-14.

21. Давыдов И.А., Шельпяков А.Н. Экспериментальное исследование переходных процессов тепловых объектов при воздействии одиночногоимпульса // Вестник Воронежского государственного технического университета, 2010. Т. 6. № 3. С. 133-137.

22. Давыдов Н.И., Тюпина Т.Г. Исследование системы регулирования температуры пара с двумя опережающими скоростными сигналами // Теплоэнергетика. 2002. № 10.

23. Дегтярь А.Б., Панферов В.И. Построение алгоритма импульсного отопления зданий и исследование режимов его работы // Вестник ЮУрГУ. 2008. — №17.-С. 41-44.

24. Дембовский В.В. Автоматизация управления производством : Учеб. пособие. СПб.: СЗТУ, 2004.

25. Деменков Н.П. Нечеткое управление в технических системах: Учебное > пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2005. 200 е.: ил.

26. Денисенко В.В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации. Часть 1 // СТА, №4, 2006. С.66-74.

27. Денисенко В.В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации. Часть 2 // СТА, №1, 2007. С.90-98.

28. Денисенко В.В. Разновидности ПИД-регуляторов. // Автоматизация в промышленности, №6, 2007. С.45-50.

29. Емельянов С.В., Коровин С.К. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности. М.: Наука. Физматлит, 1997. - 352 с.28. Каталог ОВЕН 08-09.

30. Клиначев Н. В. Моделирование обыкновенных линейных систем: руководство к лабораторным работам в пакетах VisSim и Workbench / Н. В. Клиначев Челябинск, 2001. - 35 с.

31. Клиначев Н. В. Моделирование систем в программе VisSim / Н. В. Клиначев. — 2001.

32. Клиначев Н. В. Теория систем автоматического регулирования и управления: Учебно-методический комплекс. — Offline версия. — http://vissim.nm.ru/taulec.html, Челябинск, 2003.

33. Комашинский В.И., Смирнов Д.А. Нейронные сети и их применение в системах управления и связи. М.: Горячая линия — Телеком, 2003. — 94 с.

34. Компьютерные технологии в электроприводе: конспект лекций / сост. А. В. Доманов. Ульяновск : УлГТУ, 2006. - 112 с.

35. Кузищин В.Ф. Автоматическая настройка регулятора ТРМ101 // Автоматизация и производство. 2003. №2.

36. Леоненков A.B. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzy TECH. — СПБ.: БХВ-Петербург, 2005. 736 е.: ил.

37. Мазуров В. М., Спицын А. В., Адаптивная настройка регуляторов в Трейс Моуд: основы теории и практическая демонстрация. 8-я международная конференция «Разработка АСУ ТП в системе Трейс Моуд: задачи и перспективы».

38. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1982. — 504 е., ил.

39. Методы оптимизации в теории управления: Учебное пособие/ И.Г. Черноруцкий. С-Пб. : Питер, 2004. — 256с.: ил.

40. Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования: Справочное пособие /А. С. Клюев, А. Т. Лебедев, С. А. Клюев, А. Г. Товарнов; Под ред. А. С. Клюева. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 386 е.: ил.

41. Общие положения автоматического управления системами кондиционирования и вентиляции. Нимич Г. В. и др., СОК. 2005. - №7. — с. 26-30.

42. Панферов В.И. Исследование режима импульсного отопления / В.И. Панферов, А.Б. Дегтярь // Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: материалы 7-й Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Магнитогорск: МГТУ, 2006.

43. Робастная система управления / Бушманова Ю.А., Еремин Е.Л.; АмГУ — пат. 2317578 Рос. Федерация. №2006121870/09; заявл. 19.06.2006; опубл. 20.02.2008, Бюл. №. 5с.

44. Ротач В.Я. Адаптация в системах управления технологическими процессами // Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. - №1. - С. 4-9.

45. Ротач В.Я. Возможен ли синтез нечетких регуляторов с помощью теории нечетких множеств? // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. - №1. — С. 33-34.

46. Ротач В.Я. К расчету оптимальных параметров реальных ПИД регуляторов по экспертным критериям // Промышленные АСУ и контроллеры. 2006. — №2.-С. 22-29.

47. Ротач В.Я. О фази ПИД регуляторах // Теплоэнергетика. 1999. - №8.

48. Ротач В.Я. Расчет настройки реальных ПИД регуляторов // Теплоэнергетика. 1993. № 10.

49. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: МЭИ, 2004, 200 с.

50. Рутковская Д., Пилиньский М., Рутковский Л. Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы: Пер. с польск. И.Д. Рудинского. М: Горячая линия — Телеком, 2006. — 452с.

51. Сабанин В.Р., Смирнов Н.И., Репин А.И. Параметрическая оптимизация и диагностика с использованием генетических алгоритмов // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. № 12.

52. Самонастраивающаяся система автоматического управления нестационарным технологическим объектом / Шиянова Н.И., Мамцев А.Н.; МГУТУ пат. 53026 Рос. Федерация. №2006102547/22; заявл. 30.01.2006; опубл. 27.04.2006, Бюл. №12. 1с.

53. Самонастраивающаяся система управления для астатических объектов с запаздыванием по управлению: пат. 2282883 Рос. Федерация. №2005116077/09; заявл. 26.05.2005; опубл. 27.08.2006, Бюл. №24. 9с.

54. Сережин Л.П. О земном и насущном // Автоматизация в промышленности. — 2007. №6. - С. 57-59.

55. Соболев О.С. О применении методов искусственного интеллекта в системах управления // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2003. — №12. С. 35— 36

56. Соболев О.С. О проблемах разработки новых алгоритмов управления // Промышленные АСУ и контроллеры. 2000. - №12.

57. Способ самонастройки системы управления объектом и устройство для его реализации / Гончаров В.И., Рудницкий В.А., Удод A.C. пат. 2304298 Рос. Федерация. №2005130752/09; заявл. 05.10.2005; опубл. 10.08.2007, Бюл. №22. 25с.

58. Справочник по теории автоматического регулирования. Под ред. A.A. Красовского. -М.: Наука, 712 с.

59. Теория автоматического управления: учеб. для вузов/ С.Е. Душин, Н.С. Зотов, Д.Х. Имаев и др.; Под ред В.Б. Яковлева. — М.: Высшая школа, 2003. 567 е.: ил.

60. Типы регуляторов. Методика настройки регуляторов / А.Ю. Симановский. — КП МИКРОЛ, 2004. 63 с.

61. Фаронов В.В. Турбо Паскаль: В 3-х книгах, М.: МВТУ-ФЕСТО ДИДАКТИК, 1992. Книга 1: Основы Турбо Паскаля. - 304 с.

62. Фролов C.B., Елизаров И.А., Лоскутов С.А. Лабораторный комплекс для исследования позиционных систем регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. 2005. — №4.

63. Фролов C.B., Елизаров И.А., Лоскутов С.А. Реализация нечеткого импульсного регулятора // Промышленные АСУ и контроллеры. — 2006. — №1. С. 23-25.

64. Фролов C.B., Елизаров И.А., Лоскутов С.А. Сравнительный анализ систем двухпозиционного регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. -2005.-№9.-С. 33-37.

65. Шельпяков А.Н., Давыдов И.А. Импульсный энергетический метод управления объектами // Интеллектуальные системы в производстве. 2010. - Вып. 1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2010. - С.320-323

66. Штейнберг Ш.Е. Идентификация в системах управления. М.: Энергоиздат, 1987.

67. Штейнберг Ш.Е. Настройка и адаптация автоматических регуляторов. Инструментальный комплект программ // Промышленные АСУ и контроллеры. 2003. - №10. - С.43-47.

68. Штейнберг Ш.Е., Залуцкий И.Е. Адаптация стандартных регуляторов к условиям эксплуатации в промышленных системах регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. 2003. — №4. - С. 11-14.

69. Штейнберг Ш.Е., Серёжин Л.П. и др. Проблемы создания и эксплуатации эффективных систем регулирования // Промышленные АСУ и контроллеры. 2004. № 7.

70. Шубладзе A.M., Гуляев С.В., Шубладзе А.А. Оптимальные автоматически настраивающиеся общепромышленные регуляторы // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. №2.

71. Яшугин. Е.А. Теория линейных непрерывных систем автоматического управления в вопросах и ответах: Справ, пособие. Мн.: Высш. шк., 1986. -224 с.

72. Ang К.Н., Chong G., Li У. PID control system analysis, design, and technology // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2005. Vol. 13. No. 4. P. 559-576.

73. Astrom K.J., Hagglund T. Advanced PID control. ISA (The Instrumentation, • System, and Automation Society), 2006. - 460 p.

74. Aurelio Piazzi and Antonio Visioli, A Noncausal Approach for PID control, Journalof Process Control, 4 March 2006.

75. Basics of Proportional-Integral-Derivative Control, Control Engineering, 1998.

76. Choi Y. and Chung W.K., PID Trajectory Tracking Control for Mechanical Systems (Lecture Notes in Control and Information Sciences). New York: Springer-Verlag, 2004.

77. Chopra S., Mitra R., Kumar V. Fuzzy Controller: Choosing an Appropriate and Smallest Rule Set. International Journal of Computational Cognition, 2005, 3(4): 73-78.

78. Davydov I., Shelpyakov A. Increase of Automatic Temperature Control Effectiveness of Thermal Objects Based on Application of Pulse Energy Method // Forschungszentrum Dresden Rossendorf, 2010. — p.211-214.

79. Feng H.-M. A self-tuning fuzzy control system design. — IFSA World Congress and 20th NAFIPS International Conference, 2001. Joint 9th. Volume 1, Date: 25-28 July 2001, Pages: 209-214 vol.1.

80. Guzman J.L., Astrom K.J., Dormido S., Hagglund T.: "Interactive Learning Modules for PID Control". IEEE Control Systems Magazine, pp. 118-134, October 2008.

81. Haugen F., PID Control of Dynamic Systems. Trondheim: Tapir Forlag, 2004.

82. Johnson M.A. and Moradi M.H., Ed., PID Control: New Identification and Design Methods. New York: Springer, 2005.

83. Knopse Carl, Guest Editor, PID Control, IEEE Control System Magazine, 2006.

84. Lazar, C., E. Poli and B. Mustata. Implementation of a predictive controller for thermal treatment process. Control Engineering Practice, 8, 2000, pp. 345-350.

85. Leva A., Cox C., Ruano A. Hands-on PID autotuning: a guide to better utilisation. IFAC Professional Brief, http://www.ifac-control.org. - 84 p.

86. Li Y., Ang K., Chong G. PID Control System Analysis and Design: Problems , Remedies and Future Directions. IEEE Control Systems Magazine, February, 2006, 32-41.

87. LI Y., ANG K.H, and CHONG G.C.Y. Patents, Software, and Hardware for PID control. An overview and analysis of the current art. IEEE Control Systems Magazine, Feb. 2006, p.41-54.

88. O'Dwyer A. Handbook of PI and PID Controller Tuning Rules. London: Imperial College Press, 2003.

89. O'Dwyer A. PID compensation of time delayed processes 1998-2002: a survey. Proceedings of the American Control Conference.Denver, 2003, p.p 1494-1499.

90. Olof Garpinger: "Design of Robust PID Controllers with Constrained Control Signal Activity". Department of Automatic Control, Lund University, Sweden, 2009.

91. Pereira, D.S.; Pinto, J.O.P. Genetic algorithm based system identification and PID tuning for optimum adaptive control. — Advanced Intelligent Mechatronics. Proceedings, IEEE/ASME International Conference on. 2005, Pages: 801-806.

92. PID Controllers: Theory, Design, and Tuning, 2nd Edition, Astrom, K.J.; Hagglund, T., ISA, Research Triangle Park, NC, USA., 1995, pp. 10-30.

93. Silva G.J., Datta A. and Bhattacharyya S.P., PID Controllers for Time Delay Systems. Cambridge, MA: Birkhauser, 2003.

94. Taguchi H., Araki M. Two-degree-of-freedom PID controllers. Proceedings of the

95. AC Workshop on Digital Control: Past, Present and Future PID Controll. \ ( Elsevier. 2000, pp. 91-96.

96. Thomas B. Kinney, "Tuning Process Controllers", Process Automation Series, Foxboro-McGraw-Hill, Inc., 1985, pp. 19-24.

97. Vaishnav S., Khan S. Design and Performance of PID and Fuzzy Logic Controller with Smaller Rule Set for Higher Order System. International Conference on Modeling, Simulation and Control, San Francisco, 2007, 855-858.

98. Yesil E., Guzelkaya M., Eksin I. Internal model control based fuzzy gain scheduling technique of pid controllers. World Automation Congress, 2004. Proceedings. Volume 17, Date: 28 June - 1 July 2004, Pages: 501-506.

99. Zamzuri H., Zolotas H., Goodall R. Tilting Control System using Fuzzy PD + I Controller. Department of EEE, Loughborough University, UK, 2005.

100. Ziegler J.G., Nichols N.B. Optimum settings for automatic controllers // Trans. ASME. 1942. Vol. 64. P. 759-768.теСШШ'СЖАЖ ФИДЖРАЩШШт ш т ш1. СВИДЕТЕЛЬСТВОо государственной регистрации программы для ЭВМ2011611657

101. Регулятор температуры инерционных объектов с применением импульсного энергетического метода

102. Правообладатель(ли): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет» Ш (ГОУ ВПО «ИжГТУ») (№)

103. Ф Автор(ы): Давыдов Иван Александрович, Шельпяков Александр Николаевич, Сентяков Кирилл Борисович (ЯП)

104. Заявка №2010618412 Дата поступления 30 декабря 2010 Г.

105. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 18 февраля 2011 г.

106. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам1. Ш ^ИВЯВштШшР^ /1. Б.П. СимоновШ