Setting Regulator Parameters in a Programmable Logic Integral Circuit for Automatic Control Systems of Heat Exchangers

Abstract

The article presents the results of the synthesis of digital controllers for automatic control systems of heat exchangers of central air conditioning systems, functioning under variable significant disturbing influences. The developed regulators are designed to provide the specified quality of regulation (short regulation time, permissible value of regulation), changes in the settings of the regulators taking into account the operating conditions of the regulatory object. The circuitry of regulators should be relatively simple. The requirements for the developed controllers are implemented in a typical digital PIDcontroller with optimization of its settings using the differential evolution algorithm. To assess the quality of PID-regulation, the regulator was tested in the ModelSim program. Test results were analyzed using Matlab. In order to implement the requirements for the developed regulators as an alternative to the PID-regulator with optimization of its settings using the differential evolution algorithm, a combined automatic control system based on the P-regulator has been created. The control system contains a Pcontroller with a synthesized corrective link, providing control by the deviation of the controlled variable from its predetermined value and by the perturbation applied to the controlled variable. Assessment of the quality of regulation of the P-regulator with the corrective link was carried out according to the results of research at Matlab. PID-controller with optimization of its settings using the differential evolution algorithm, as well as P-controller with corrective link is implemented in FPGA. The main language for describing the hardware for implementing regulators in FPGAs is the language for high-speed integrated circuits (VHDL). A comparative analysis of the results of a study of a digital PID-controller with parameter optimization and a combined automatic control system made it possible to establish that the controllers satisfy the required regulatory quality in the automation of heat exchangers in central air conditioning systems that are subject to significant disturbances. They have the ability to change settings taking into account the operating conditions of the regulatory object. It was found that the use of a P-controller with a synthesized corrective link, which has a simpler circuit solution, allows us to provide better control quality indicators in comparison with a PIDcontroller with optimized settings

У статті наведено результати синтезу цифрових регуляторів для систем автоматичного управління теплообмінними апаратами центральних систем кондиціонування повітря, що функціонують при змінних істотних обурюють впливах. Розроблені регулятори покликані забезпечити задану якість регулювання (малі час регулювання, допустима величина перегулірованія), зміни параметрів настройки регуляторів з урахуванням умов експлуатації об'єкта регулювання. Схемні рішення регуляторів повинні бути відносно простими. Реалізація вимог до розроблюваних регуляторам здійснена в цифровому типовому ПІД-регуляторі з оптимізацією його параметрів настройки за допомогою алгоритму диференціальної еволюції. Для оцінки якості регулювання ПІД-регулятор тестувався в програмі ModelSim. Результати тесту аналізувалися за допомогою Matlab. З метою реалізації вимог до розроблюваних регуляторам в якості альтернативи ПІД-регулятора з оптимізацією його параметрів настройки за допомогою алгоритму диференціальної еволюції створена комбінована автоматична система регулювання на основі П-регулятора. Система регулювання містить П-регулятор з синтезованим коригуючих ланкою, що забезпечує регулювання по відхиленню регульованої змінної від заданого її значення і по обуренню, прикладеного до регульованої змінної. Оцінка якості регулювання П-регулятора з коригувальним ланкою здійснена за результатами досліджень в Matlab. ПІД-регулятор з оптимізацією його параметрів настройки за допомогою алгоритму диференціальної еволюції, а також П-регулятор з коригувальним ланкою реалізовані в ПЛІС. Основною мовою опису апаратного забезпечення реалізації регуляторів в ПЛІС вибрана мова для високошвидкісних інтегральних схем (VHDL). Порівняльний аналіз результатів дослідження цифрового ПІД-регулятора з оптимізацією параметрів і комбінованої АСР дозволили встановити, що регулятори задовольняють необхідній якості регулювання при автоматизації теплообмінних апаратів центральних систем кондиціонування повітря, що піддаються впливу істотних збурень. Вони мають можливість зміни параметрів настройки з урахуванням умов експлуатації об'єкта регулювання. Було встановлено, що використання П-регулятора з синтезованим коригуючих ланкою, що володіє більш простим схемним рішенням, дозволяє забезпечити кращі показники якості регулювання в порівнянні з ПІД-регулятором з оптимізованими параметрами налаштування

В статье приведены результаты синтеза цифровых регуляторов для систем автоматического управления теплообменными аппаратами центральных систем кондиционирования воздуха, функционирующих при переменных существенных возмущающих воздействиях. Разработанные регуляторы призваны обеспечить заданное качество регулирования (малые время регулирования, допустимая величина перегулирования), изменения параметров настройки регуляторов с учетом условий эксплуатации объекта регулирования. Схемные решения регуляторов должны быть относительно простыми. Реализация требований к разрабатываемым регуляторам осуществлена в цифровом типовом ПИД-регуляторе с оптимизацией его параметров настройки с помощью алгоритма дифференциальной эволюции. Для оценки качества регулирования ПИД-регулятор тестировался в программе ModelSim. Результаты теста анализировались с помощью Matlab. В целях реализации требований к разрабатываемым регуляторам в качестве альтернативы ПИД-регулятору с оптимизацией его параметров настройки с помощью алгоритма дифференциальной эволюции создана комбинированная автоматическая система регулирования на основе П-регулятора. Система регулирования содержит П-регулятор с синтезированным корректирующим звеном, обеспечивающим регулирование по отклонению регулируемой переменной от заданного ее значения и по возмущению, приложенного к регулируемой переменной. Оценка качества регулирования П-регулятора с корректирующим звеном осуществлена по результатам исследований в Matlab. ПИД-регулятор с оптимизацией его параметров настройки с помощью алгоритма дифференциальной эволюции, а также П-регулятор с корректирующим звеном реализованы в ПЛИС. Основным языком описания аппаратного обеспечения реализации регуляторов в ПЛИС выбран язык для высокоскоростных интегральных схем (VHDL). Сравнительный анализ результатов исследования цифрового ПИД-регулятора с оптимизацией параметров и комбинированной АСР позволили установить, что регуляторы удовлетворяют требуемому качеству регулирования при автоматизации теплообменных аппаратов центральных систем кондиционирования воздуха, подверженных воздействию существенных возмущений. Они обладают возможностью изменения параметров настройки с учетом условий эксплуатации объекта регулирования. Было установлено, что использование П-регулятора с синтезированным корректирующим звеном, обладающим более простым схемным решением, позволяет обеспечить лучшие показатели качества регулирования в сравнении с ПИД – регулятором с оптимизированными параметрами настройки.