ІДЕНТИФІКАЦІЯ ЗМІНИ ВЛАСТИВОСТЕЙ ОБ’ЄКТА КЕРУВАННЯ

Анотація

Актуальність теми. У сучасній промисловості існує клас об'єктів керування, чиї динамічні властивості, зокрема здатність до самовирівнювання, не є константними. Такі зміни можуть бути зумовлені особливостями технологічного процесу (наприклад, явище «замелювання» у дробарках або зміна профілю резервуара) або деградацією обладнання. Втрата властивості самовирівнювання за незмінних параметрів регулятора призводить до погіршення якості регулювання або втрати стійкості системи. Тому розробка методів ідентифікації структурних змін об'єкта безпосередньо у замкнутому контурі системи автоматичного регулювання (САР) є актуальним завданням для побудови систем адаптації та технічної діагностики.

Мета дослідження. Визначення інформативних ознак у частотному спектрі сигналу похибки регулювання, які свідчать про зміну структури об'єкта керування (перехід від статичної до інтегруючої моделі), та розробка методики отримання їхньої чисельної оцінки без порушення нормального режиму функціонування САР.

Методи дослідження. Для досягнення мети використано методи імітаційного моделювання в середовищі Simulink. Дослідження проводилися на тестовій моделі САР, що містила ПІД-регулятор та об'єкт із запізненням, структура якого могла перемикатися між інерційною ланкою та інтегруючою. Аналіз частотних характеристик здійснювався за допомогою інструментів спектральної щільності потужності (Sptool) та проектування цифрових фільтрів (DSP System Toolbox) пакету MatLab.

Результати. Встановлено, що при зміні структури об’єкта керування в умовах дії випадкових неконтрольованих збурень суттєво змінюється частотний склад сигналу похибки регулювання. Зокрема, виявлено появу додаткової складової в діапазоні частот 0,075…0,15 Гц. Запропоновано алгоритм обробки сигналу, який включає смугову фільтрацію похибки регулювання з наступним експоненційним усередненням модуля вихідного сигналу. Експериментально підтверджено, що отриманий чисельний показник для об'єктів без самовирівнювання у 2,5–6 разів перевищує аналогічний показник для об'єктів із самовирівнюванням (залежно від співвідношення запізнення до сталої часу), що дозволяє достовірно ідентифікувати стан системи.

Висновки. Доведено можливість ідентифікації втрати властивості самовирівнювання об'єкта в замкнутій САР шляхом моніторингу енергії сигналу похибки у специфічному частотному діапазоні. Отримана чисельна оцінка може бути використана як діагностична ознака для систем автоматичного контролю стану обладнання або як вхідний параметр для систем адаптивного керування.