УДК62.50

ПРИМЕНЕНИЕ СХЕМЫ СМИТА В СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЕ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ В ОСНОВНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Быстров С. В., Вундер Н. А., Павлов А. С., Синетова М. М., Ушаков А. В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Быстров С.В., Вундер Н.А., Павлов А.С., Синетова М.М., Ушаков А.В. Применение схемы Смита в следящей системе с запаздыванием в основной обратной связи // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 1. С. 32–42. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-1-32-42

Аннотация
 Предмет исследования.Предметом исследования является системная ситуация, которая возникает при включении непрерывного технического объекта в состав следящей системы, основная обратная связь в которой содержит звено чистого запаздывания. Показано, что для указанной системной ситуации целесообразно строить устройство управления непрерывным техническим объектом в виде последовательного компенсатора. Обнаружено, что, если последовательный компенсатор включается в структуру следящей системы по схеме Смита, то передаточная функция отношения «вход–выход» такой системы не будет содержать передаточную функцию звена чистого запаздывания ни в числителе, ни в знаменателе, тем самым обеспечивается исключение влияния запаздывания в цепи основной обратной связи на поведение системы. Обнаруженное свойство следящей системы с последовательным компенсатором, включенным по схеме Смита, позволяет разработчику последовательного компенсатора использовать алгоритм его синтеза, разработанный для систем управления техническими объектами без запаздывания. Метод. Алгоритмическая база исключения влияния запаздывания в цепи основной обратной связи с помощью последовательного компенсатора, включенного по схеме Смита, основана на использовании метода Мэйсона некасающихся контуров преобразования сигнальных структур и процедуре синтеза последовательного компенсатора как устройства управления для случая непрерывных объектов без запаздывания, опирающихся на свойства типовых полиномиальных динамических моделей. Основные результаты. Разработчик непрерывных следящих систем, в которых основная обратная связь содержит звено чистого запаздывания, получает простой алгоритм синтеза последовательного компенсатора, включение которого по схеме Смита полностью исключает влияние звена чистого запаздывания на поведение системы. Практическая значимость. Полученные результаты имеют практическую ценность для случаев, когда технический объект включается в состав следящей системы, основная обратная связь в которой содержит чистое запаздывание, что особенно важно для реальных технологических процессов. Практическая применимость полученных результатов иллюстрируется компьютерным экспериментом.

Ключевые слова: технический объект, следящая система, последовательный компенсатор, звено чистого запаздывания в цепи основной обратной связи, схема Смита, правило Мэйсона, алгоритм синтеза последовательного компенсатора

Благодарности. Работа выполнена при поддержке Правительства Российской Федерации (Грант 074-U01), Министерства образования и науки Российской Федерации (Проект 14. Z50.31.0031), гранта Президента Российской Федерации №14.Y31.16.9281-НШ.

Список литературы
 
1.      Ким Д.П. Алгебраический метод синтеза систем управления с чистым запаздыванием // Мехатроника, автоматизация, управление. 2012. № 10. С. 2–7.
2.      Гайдук А.Р. Теория и методы аналитического синтеза систем автоматического управления (полиномиальный подход). М.: Физматлит, 2012. 360 с.
3.      БыстровС.В., Вундер Н.А., Синетова М.М., Ушаков А.В. Аналитическое конструирование последовательного компенсатора для систем с запаздыванием на основе модификации типовых полиномиальных моделей // Труды СПИИРАН. 2017. Т. 52. № 3. С. 115–136. doi: 10.15622/sp.52.6
4.      Smith O.J.M. Close control of loops with dead time // Chemical Engineering Progress. 1957. V. 53. P. 217–235.
5.      Smith O.J.M. A controller to overcome dead time // ISA J. 1959. V. 6. N 2. P. 28–32.
6.      Majhi S., Atherton D.P. New Smith predictor and controller for unstable and integrating processes with time delay // Proc. 37th IEEE Conference on Decision and Control. Tampa, USA, 1998. V. 2. P. 1341–1345.
7.      Palmor Z.J. Time-delay compensation - Smith predictor and its modifications / In: The Control Handbook. Ed. W.S. Levine. Boca Raton, USA, CRSC Press, 1996. P. 224–237.
8.      Astrom K.J., Hang C.C., Lim B.C. A new Smith predictor for controlling a process with an integrator and long dead-time // IEEE Transactions on Automatic Control. 1994. V. 39. N 2. P. 343–345. doi: 10.1109/9.272329
9.      Matausek M.R., Ribic A.I. Control of stable, integrating and unstable processes by the Modified Smith Predictor // Journal of Process Control. 2012. V. 22. N 1. P. 338–343. doi: 10.1016/j.jprocont.2011.08.006
10.   Karafyllis I., Krstic M. Delay-robustness of linear predictor feedback without restriction on delay rate // Automatica. 2013. V. 49. N 6. P. 1761–1767. doi: 10.1016/j.automatica.2013.02.019
11.   Vunder N.A., Ushakov A.V. Sensitivity analysis of systems with a cascade compensator embedded in a Smith predictor to dead-time variation // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. 2016. V. 52. N 3. P. 274–279.doi: 10.3103/S8756699016030092
12.   Вундер Н.А., Ушаков А.В. Анализ чувствительности к вариации запаздывания систем с последовательным компенсатором, включенным по схеме Смита // Автометрия. 2016. № 3. C. 71–78. doi: 10.15372/AUT20160309
13.   Быстров С.В., Вундер Н.А., Ушаков А.В. Решение проблемы сигнальной неопределенности при аналитическом конструировании последовательного компенсатора в задаче управления пьезоприводом // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.2016. Т. 16. № 3. C. 451–459. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-3-451-459
14.   Mason S.J. Feedback theory - further properties of signal flow graphs // Proceedings of the IRE. 1956. V. 44. N 7. P. 920–926. doi: 10.1109/JRPROC.1956.275147
15.   Zadeh L.А., Desoer C.А. Linear System Theory: The State Space Approach. NY:Dover Publications,2008. 656 p.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика