Метод синтезу гібридних систем автоматичного керування для багатовимірних технологічних об’єктів

Abstract

Стаття присвячена розробці методу синтезу багатовимірних гібридних систем автоматичного керування, які включають паралельне функціонування системи децентралізованих одновимірних регуляторів та багатовимірного регулятора виходу, керуючих багатовимірним об’єктом. Проводиться дослідження отриманої системи керування за прямими показниками якості, робастністю та крихкістю. Найбільш істотним результатом роботи є розробка методу настройки лінійно-квадратичного регулятора, який має працювати додатково до децентралізованої системи керування, настройки якої отримані за методом BLT (Biggest Log Modulus). BLT - це відомий метод детюнінгу настройок ПІ- регуляторів, отриманих за правилами Циглера-Нікольсона з метою забезпечення робастності багатовимірної систем керування. Розроблений метод синтезу системи керування не є складним й при його застосуванні не втрачається можливість корекції настройок децентралізованих регуляторів. З застосуванням розробленого методу був проведений синтез нової гібридної системи автоматичного керування ректифікаційною установкою. Аналіз динамічних властивостей розробленої системи керування показав, що застосування паралельно включеного додаткового лінійного-квадратичного регулятора дозволяє забезпечити невелике перерегулювання при керуванні за завданням та високу точність підтримки величин керованих змінних при максимальних збуренням. При цьому не зменшується робастність та система керування залишається некрихкою, тобто є можливість зміни настройок регуляторів без істотної втрати робастності.

The paper aims to develop a new method for the design of hybrid multivariable automatic control systems. We determine a hybrid control system as a system that includes two different types of parallel operating controllers. The paper's aim is achieved by solving the following tasks. The first task is to develop a method for the design of hybrid control systems. Investigated systems include PI controllers and a linear-quadratic controller. The second task is to investigate the resulting control system. The investigation is based on direct quality indicators, robustness, and fragility analyses. The most significant result of the paper is the development of a method for the tuning of a linear-quadratic controller, which should work with the decentralized control system in parallel. BLT (Biggest Log Modulus) method is used for decentralized control system tuning. BLT is a well-known method of PI controller detuning. The idea of BLT is to ensure the robustness of multivariable control systems tuned by Ziegler Nichols's rules. The proposed method for the design of the control system is not complicated. The possibility of correcting the tunings of decentralized controllers remains. Design of the new hybrid automatic control system for the distillation plant made using the developed method. The analysis of the dynamic properties of the designed control system showed that the use of a parallel linear-quadratic controller provides a small percentage of overshoot in the control by the reference and high accuracy of stabilizing the values of controlled variables at the largest disturbances. At the same time, the robustness does not decrease and the control system remains fragile, i.e., it is possible to change the settings of the controllers without significant loss of robustness.