5.8. Заключение к главе "ПИД-регуляторы"
Для идентификации моделей и настройки регуляторов наибольшее распространение имеют модели первого и второго порядка с задержкой, поскольку они позволяют получить простые аналитические выражения. В качестве тестового воздействия чаще других используется двойной прямоугольный импульс.
Частотная идентификация в режиме релейного регулирования является самым распространенным и надежным методом для автоматической идентификации объектов в адаптивных ПИД-регуляторах. Однако она используется обычно только для получения начального приближения коэффициентов с целью их последующего уточнения.
В ПИД-регуляторах используется несколько различных систем коэффициентов. Незнание их смысла для конкретного регулятора может привести к грубым ошибкам при его настройке. Интегральный член в ПИД-регуляторе обеспечивает нулевую ошибку в установившемся режиме, дифференциальный член улучшает форму переходной характеристики и увеличивает запас устойчивости. Качественный анализ процессов в ПИД-регуляторе облегчает процедуру его ручной подстройки и позволяет сформулировать эвристические правила, необходимые для адаптивных регуляторов с нечеткой логикой и для обучения нейросетевых ПИД-регуляторов.
Регуляторы с двумя степенями свободы, в том числе с весовыми коэффициентами при уставке, позволяют выполнить настройку по реакции системы на изменение уставки независимо от реакции на внешние возмущения, с помощью взаимно независимых систем параметров.
Принцип разомкнутого управления в последние годы считается очень эффективным средством повышения быстродействия и робастности систем автоматического регулирования. Его недостатком является необходимость знания обратной динамики объекта, что часто требует применения численных методов оптимизации.
Многие структуры регуляторов могут быть преобразованы одна в другую с сохранением их функциональной эквивалентности.
Для систем с большой транспортной задержкой необходимо использовать предиктор Смита или предиктивный ПИ-регулятор.
Дифференциальный член в ПИД-регуляторах всегда реализуется совместно с фильтром для снижения шумов на выходе дифференциатора.
Одной из причин ухудшения качества переходного процесса является интегральное насыщение.
Запас устойчивости и робастность являются параметрами, о которых часто забывают, однако построение регулятора для ответственных применений невозможно без их детального анализа, который можно выполнить с помощью коммерческих программных пакетов для настройки регуляторов.
При формулировании критериев настройки ПИД-регулятора необходимо принимать во внимание реакцию не только на изменение уставки, но и на внешние возмущения. Выбор критериев качества регулирования должен исходить из смысла решаемой задачи.
Несмотря на свой возраст, множество недостатков и наличие большого количества новых методов настройки, по-прежнему наиболее популярным является метод Зиглера-Никольса. Однако часто он используется только для генерации начальных приближений параметров, которые затем уточняются методами оптимизации и с помощью правил.
Автоматическая настройка и адаптация являются самыми актуальными задачами при построении ПИД-регуляторов. Несмотря на большое количество коммерческих продуктов, остается много нерешенных проблем, связанных с качеством настройки, влиянием нелинейностей объекта управления и внешних возмущений. При автоматической настройке и адаптации используются те же методы идентификации и расчета параметров регулятора, что и в ручном режиме, однако они выполняются автоматически. Наиболее эффективными являются методы настройки с применением компьютера, временно включенного в контур регулирования.
|
