ТАУ + типовые звенья САУ

[Бондарев Михаил]

Неправильный подход!
Годограф Найквиста это средство анализа, а не синтеза.
Для самой простой схемы (одноканальное регулирование) используйте стандартные методы расчета (например метод динамической компенсации) настроек регулятора (ведь ПИД, да?). Потом при желании можете проверить устойчивость ( например годографом Найквиста, в матлабе 3 минуты).
Вообще паровые котлы - очень сильно проработаны в плане регулирования, посмотрите специализированную литературу.
Ваш объект - реальный или курсовой?

Чот же до построения ручками - как я цитировал выше, меняете s на jw, берете w=0 считаете значение. откладываете КОМПЛЕКСНУЮ ВЕЛИЧИНУ на плоскости. Берете w=0,5. Считаете, откладываете (появляется мнимая часть). И так далее. прочитайте методичку выше.
А вообще можете матлабом воспользоваться и для синтеза и для анализа.

[behemot]

Объект реальный.
Про Найквиства и s->jw я помню. Теорию я понимаю, но не могу понять как теорию переложить на практику. Какие значения (Вольты, метры, паскали) откладывать на осях.

[san]

...это всё хорошо, вот кто бы ещё и мат модель привёл реального объекта...
"Кто придумать бы помог,
Если нет ни рук, ни ног,
Что поставить шире?
Как к вопросу подойти,
Ноги выше – это три,
Или все четыре?"
Это я к тому, что если нет s (то же что и p) то и jw ставить некуда.

[behemot]

san, так вот про, что я и говорил. Объект мат модель подставляем в эту модель значения входных величин получаем на выходе данные о функционировании объекта. А если нет мат. модели, то и подставлять данные некуда. Тогда вопрос, как проверить устойчивость объекта при помощи годографа? Т.е. теория без привязки к практике.

[Бондарев Михаил]

Ну я же пишу- считаете несколько точек, соединяете точки плавной линией.

Возьмите матлаб, там одной командой это делается.
Насчет размерности - в СИ считайте.
Проведите эксперимент, снимите разгонную характеристику, определите постоянные времени объекта, и не нужны вам будут миллиметры-вольты, главное вход датчика к 4-20 привязать правильно и выход регулятора соответственно.
Годограф для расчета регулятора не понадобится. Снимете разгонную - посчитаете регулятор.

На годографе Найквиста размерностей нет, это же комплексная плоскость! точка (1;0) соответствует нулевому сдвигу фазы и полному повторению на выходе амплитуды входного сигнала. Точка (-1;0) соответственно означает противофазность входного и выходного сигналов.

Кстати, насколько большой объект, а то мы тут надискутируем, а полгорода без света сидеть будет)

[san]

Кстати, насколько большой объект, а то мы тут надискутируем, а полгорода без света сидеть будет)

Далеко не все объекты доступны разработчкиу для активного эксперимента. У нас как всегда всё пускают с колес и быстро и так чтоб как-то работало. Потом на ходу всё обрабатывается напильником. О каких экспериментах может идти речь, если это всё на работающем оборудовании. Да и это доп затраты, нужно грамотно экономически обосновать.
Вобщем, надо наверное опрос сделать, а кто реально из разработчиков считает устойчивость? Интересно, сколько таких найдется и как часто они это делают?

[Бондарев Михаил]

Есть такое понятие параметрическая идентификация: на основе тщательно изученных физических характеристик объекта и основных закономерностей его функционирования вы выбираете модель ( например "апериодическое звено второго порядка " ).
Проводите эксперимент, подавая на вход объекта "ступеньку". Снимаете разгонную характеристику, анализируете. И определяете ПАРАМЕТРЫ модели. Странно что вы еще не прочитали, у того же Бесекерского есть.

Как определять писать не стану - смотрите в книгах (статьях, тупо гугле).
Вот с этими параметрами (реальные цифры) устойчивость системы с различными настройками регулятора и исследуете.
устойчивость по возмущениям, по нагрузке, по изменению задания. В разных режимах.

Да и чего вам годограф (кстати надо уточнять - НАйквиста, их разных бывает) дался? Я вам пятый раз говорю, да и другие тоже гворили - считайте по формулам.

Какие входные величины и мат.модель? Не путайте холодное с зеленым. Если попотеть, то для простых объектов и их математической модели, путем составления дифференциальных уравнений вывести передаточную функцию.

а что, san, хотите научу мат.моедль определять?

[Бондарев Михаил]

Далеко не все объекты доступны разработчкиу для активного эксперимента.

Давайте не будем обобщать, и так тут у нас темный лес-высокая трава. Бегемот спросил про звено, ему лень читать было. Потом спросил про регулятор, потом понравился годограф и он хочет его рассчитать (миллиметры в вольты).

Про иденетификацию еще можно вспомнить слово пассивная. Еще можно непараметрический регулятор ( скрытая идентификация ). Но думаю не в рамках данной ветки.

О каких экспериментах может идти речь, если это всё на работающем оборудовании. Да и это доп затраты, нужно грамотно экономически обосновать.

Если объект работает, то чего его настраивать? Если ПНР идет, то там вокруг столько денег жгут, что котел погонять туда-сюда не проблема. Чай не турбина.

Вобщем, надо наверное опрос сделать, а кто реально из разработчиков считает устойчивость? Интересно, сколько таких найдется и как часто они это делают?

Никто не считает, потому что не надо. Ремесленники одни остались)) Тут бы комплексную плоскость победить.

[san]

Михаил, у Вас всё так просто! Берём объект, подаём ступеньку, снимаем разгонную характеристику... апериодическое звено первого порядка... дай бог каждому такие объекты. Было бы очень познавательно, если бы кто-то написал историю создания системы для одного объекта, и желательно не учебной установки для нагревания с вентилятором и калорифером, а какого-то реального объекта, где бы:
- изучался объект путем эксперимента;
- проводилось исследование объекта по построенной модели
- проводился анализ на устойчивость данной системы
Мне уже страшно прдеставить, сколько это всё займёт времени и денег, не говоря о том что желательно ДО ЭТОГО создать всю систему касательно аппаратного и программного обеспечиния - датчики ж нужны, ИМ нужны, SCADA желательна, хотя юы для архивирования. А я уже говорил, что когда это уже есть - все хотят работать а не експерементировать.
Может у Вас, Михайил, и у многих других - не так. Тогда я Вам завидую белой завистью.

[Jackson]

Было бы очень познавательно, если бы кто-то написал историю создания системы для одного объекта, и желательно не учебной установки для нагревания с вентилятором и калорифером, а какого-то реального объекта, где бы:
- изучался объект путем эксперимента;
- проводилось исследование объекта по построенной модели
- проводился анализ на устойчивость данной системы

Это для ядерных реакторов только делается. Для обычных объектов - зачем?

[san]

Это для ядерных реакторов только делается. Для обычных объектов - зачем?

Так и я о том же.
Модели, устойчивости, оптимизация - это для серийного производства, так как когда система идет в серию или это опасно для жизни - есть смысл затратить время и денег, чтоб эту систему один раз вылизать. Также для функционально опасных объектов, или для "деньгопечатающих станков", где заведомо тратятся много нервов, денег и прочего, чтоб потом не потратить ещё больше, да и по шапке не получить.
В пищёвке вроде как и объекты типичные, и мат моделей для них куча сделано, но откровенно говоря, модели хоть и сложные, они очень "капризные" к конкретике. Вот например на сахарном производстве, вварив трубу в дргуое место (потому что так решили вдруг технологи), все модели сыпятся аж на раз.
Типично, все оптимальные настройки регулятора решает опытный наладчик, который должен быть кроме автоматчика ещё и немного технологом(или теплотехником). Да простит меня наука.

[Бондарев Михаил]

Я не за то чтобы всё подряд звеном первого порядка аппроксимировать. Я напротив никогда не любил этого. Но, что делать, инженерная практика и необходимость решения задачи приводят к упрощениям.

На самом деле одноканальныый регулятор для парового котла это архаика, есть заводские решения (АВВ например) по многоконтурному, предикативному управлению(компенсация возмущений). но просто не до конца понимая чего хочет Бегемот, не берусь вдаваться в подробности.

У меня объектов с динамическими регуляторами мало, а те что есть прекрасно управляются ПИД. Не вижу особого сакраментального смысла лепить, чудо чудное, срывать сроки и т.п. это никому не нужно. Для души, побаловаться, когда есть потребность - я рад и счастлив. позаниматься всякими годографами, характеристики поснимать, но это нечасто.
Не совсем понял последний абзац, но было дело - снимали расходную с секторного питателя, сыпали мимо тех.линии в бигбэги. По 200-250 кг. Вчетвером таскали. Писали на бумажку, без SCADA. И ничего - линеаризовали - заработало.

Что бы заниматься этим (динамические регуляторы) всерьез - нужно в тяжелое машиностроение идти, там печники всякие свои объекты по полтора года прокачивают. В нефтянке, 90% тупо дискретка (пуск, стоп, алгоритм по шагам).

А Вы, Александр, поделитесь объектами которые затруднения вызывали было бы весьма интересно попрактиковаться, может чем получится помочь.

[Бондарев Михаил]

san, "автоматчик должен знать технологию лучше технолога" - истина в веках от Парсункина Б.Н.

Ну вот в ваше случае с трубой как раз и надо "давать ступеньку" и смотреть как система реагирует. Не считать же гидродинамику и прочее? (хотя если принципиально схема не изменилась, то удивительно насколько тонкие процессы протекают, от гидродинамики зависят()

Принцип разумной достаточности диктует, что и для "деньгопечатающих" (металлургия, химия, ТНП) и для "деньгосжигающих" (котлы, ЖКХ) прозводств должен быть выработан критерий целесообразности (оптимальности). И всего. В той же нефтянке зачастую для контроля давления ставят ЭКМ и не парятся, аналоговый датчик был бы полезней (информативней), НО нецелесообразно.

[san]

Тоесть таки тоже расчетами устойчивостей не паритесь? ;)

А Вы, Александр, поделитесь объектами которые затруднения вызывали было бы весьма интересно попрактиковаться, может чем получится помочь.

Да, бывают проблемы. В основном связанные с недоработками в технологической части.
Последний интересный кусок объекта с регулированием - теплообменник. Сам теплообменник - то ничего, да и температуру там держать вроде как не проблема.
Но на фасовочной линии, на которй стоит теплообменник, непосредственно подключены автоматы для фасовки молокопродуктов. Могут быть подключены от 1-го до 5-ти. Все автоматы разные, и в основном на них нет буферных емкстей, а если и есть, то секунд на 5. Так вот, для того чтоб эти автоматы фасовали, нужно в линии держать определенное давление с помощью кулачковых насосов. Так вот, давление в линии падает за 1-3 секунды, со скважностью зависящей от количества и типа автоматов, и как быстро они работают. Под двалению работают частотники и типа регулируют давление. На самом деле давление там ограничено только по верху, а по низу надо чтоб поток шел достаточным для фасовки. Так вот, то что в переходных процессах классики немыслимо, тут вполне сгодилось - сплошные пилы! Иногда конечно находится рабочая точка, но только включается доп автомат - опять пилы! Это абсолютно никого не волнует. Функционально всё работает.
Но... охладители! А на выходе нужно держать температуру. Решение первой проблемы привело к созданию второй - абсолютная нестабильность потока, да ещё и какая - сплошные пилы. Вот по первой проблеме, может чего-то недокумекали и решали вторую. И вроде как решили. ПИ-регулятор с сравнительно большой интегральной составляющей ищет коефициент соотношения заданая_частота/регулирующий_клапан холодной воды. ПИ замораживается в диапазонах низких частот. И вроде как работает. Учитывая, что интегральная составляющая регулятора удерживается и между фасовками, он стартует с прошлого коеффициента. Вот такая вот неклассика. Возможно есть более красивое и граммотное решение, но не нашёл.

[behemot]

Подводя итог вышеизложенному, никто не считает устойчивость для объекта управления. А если и считают, то на бумажке для себя, используя свои формулы и преобразования.
Вот в принципе, что я и хотел понять.

[Бондарев Михаил]

А взять данные с автоматов о текущих расходах нельзя? С тем что бы на кулачковые задание с опережением скорректировать? В металлургии, например, производства через 3-й MES -уровень связывают, и когда приходят слябы в цех для прокатки - там даже примерную температуру знают, не говоря о марках стали и размерах, физ.свойствах. Эти параметры учитываются при выставлении валков и регуляторов. Вы же можете взяв текущие производительности автоматов, посчитать и для теплообменника и для давления корректировку. А остаточную ошибку ловить ПИ-регулятором (или даже ПД - вечером поподробней посмотрю). ЕЩЕ посмотрите FeedForward Control - управление с коррекцией по возмущению (у вас еще и адаптацию контура путем пересчета настроек производить можно).

А вообще, поставить одну большую (ну не очень большую - среднюю) термостатируемую емкость нельзя? Бачок в рубашке, отдельно регулируемый. Бачок мембранный (апреиодич. звено первого порядка!). И не говорите что нет мат. модели. Там даже не снять - посчитать можно! Апериодическое звено первого порядка. А заодно и "фильтр" для пил, а заодно и буфер при пуске доп. автомата. В общем, чур, в рацухе я на первом месте!

Бегемот, подводя итог. В ГОСТе на АСУ прописывается требование к устойчивости проектируемых систем. Методы, которыми это достигается не регламентируются.
Устойчивость считается не для объекта, а для системы. Ни Вас, ни меня к неустойчивым объектам не подпустят(а они есть ))). Все промышленные объекты сами по себе устойчивы, но, как сказал недавно Никита "сломать при желании можно даже то, в чем и ломаться то нечему"(с).

[san]

А взять данные с автоматов о текущих расходах нельзя? С тем что бы на кулачковые задание с опережением скорректировать?

Эти пути уже были намечены, но в конце концов откинуты. Автоматов может быть несколько, производительность их меняется, многое зависит и от оператора. Упреждение для управление теплообменником можно бы было сделать, но на первых этапах фасовки. Но и тут есть масса проблем - определение автомата на который они хотят фасоваться делается по положению колена (труба, соединяющая два вывода других труб). Вобщем, тут много можно проблем приводить, но при такой супергибкости слишком умная система становится очень неустойчивой, так как зависит от неустойчивых факторов. Так что ПИ регулятор со своим "тупым" поиском находит свою рабочую точку а при больших изменениях всё равно находит её но очень медленно. Для этого конечно там в программе стоят нелинейные элементы аля включения/выключения насоса охладительной обратной воды и т.д.

А вообще, поставить одну большую (ну не очень большую - среднюю) термостатируемую емкость нельзя? Бачок в рубашке, отдельно регулируемый. Бачок мембранный (апреиодич. звено первого порядка!). И не говорите что нет мат. модели. Там даже не снять - посчитать можно! Апериодическое звено первого порядка. А заодно и "фильтр" для пил, а заодно и буфер при пуске доп. автомата. В общем, чур, в рацухе я на первом месте!

Бачок с чем, с молочным продуктом? Специфика молочного и пивного производства не дает такой возможности. ЛЮБАЯ ЕМКОСТЬ должна мыться под очень большим напором, а после мытья ещё и проверяться на наличие бактерий. А мойка - вещь длительная. Вы спросите у операторов молока, они вам скажут, что это всё время, а для производства - доп. расходы. Одно дело помыть трубу от конца до конца, а другое дело помыть "расширение" на этой трубе - там уже форсунки ставить надо, расчитывать поверхность для этого, вобщем ради проблем автоматики на это никто не пойдет.
П.С. Первая идея фасовки с линий была предложена доп. ёмкости. Молодые были, не понимали. Молоко - это не сахар. Вот вам и пищевка, совсем разная.:-)

[Бондарев Михаил]

Идея№2 Термостатированный чугуниевый змеевик. Огромной массы, и длины. Такой что б переходный процесс на полчаса. И емкости не надо. Точнее емкость будет, но немножко другая - "тепловая". А теплообменник какой? Может его побольше взять, да температуру охладителя приподнять и поиграть с режимами течения (значительно увеличить расход охладителя)?
Хотя ведь и теплообменник мыть надо, особенно, пластинчатый.

Ну и кстати в Вашей постановке эта задача не то что аналитически- она численно не просто решается, это крутое такое нелийненое кун-фу. Посчитать предельные циклы для всех возможных комбинаций непросто будет.

[san]

Технологически ничего не меняется, туда нас не пустят.
Тем не менее всё работает, постоянной стабильности там нет, но +-1 градус вроде как держит (в танке +17, нужно например +9). Заказчик пока не жаловался. А если не жаловался, дальше усовершенствтовать нет смысла, так как других работ там же хватает. Так, иногда зашел в тренды, посмотрел, но не более.

[Бондарев Михаил]

Специфическая штука - молоко. Не сталкивался.
Но подозревал))

[Никита]

Подводя итог вышеизложенному, никто не считает устойчивость для объекта управления. А если и считают, то на бумажке для себя, используя свои формулы и преобразования.
Вот в принципе, что я и хотел понять.

Бегемот, проблема-то вот в чем. ТАУ- штука конечно полезная, но описывать типовыми звеньями реальные объекты - это из серии " сферический конь в вакууме". Ну нарисуете Вы годограф или частотные характеристики. Увидите, допустим, что при вот таком коэффициенте усиления система теряет устойчивость. Но на реальном объекте окажется что такое усиление элементарно не получить - мешают ограничения оборудования - там частотник уперся в 50 Гц, там труба больше чем есть не пропускает, регулятор в конце концов, больше 20мА не выдает. Я уж молчу про дифференциальное звено в начале темы, которое в качестве реакции на вертикальную ступеньку должно давать на выходе импульс с пиковым значением "бесконечность".
Труба опять же.. Квадратичная зависимость "расход-давление" это уже не типовые звенья
И полезете в книги по анализу нелинейных систем. А это совсем другая история и другие разделы, и мороки с их анализом побольше чем с типовыми звеньями.
Потом, тут уже упоминалось, для анализа нужна модель. Где ее взять? Приближенно, типовыми звеньями строить на основе разгонной? Так эти приближения уже учтены в методиках настройки регуляторов, зачем велосипед изобретать. Пытаться описать объект точно, до каждой гайки? С учетом опять же, всех нелинейностей? Можно, но тогда другой вопрос - если это не НИР по ядерному реактору, то кто за это платить будет? И зачем, если в результате все эти выкладки похерятся в классах точности измерительных каналов.
А по сути - чего ее считать, ту устойчивость. При настройке ПИДа визуально видно, когда система ведет себя нормально, а когда уже стремится сорваться в колебания. А структурную неустойчивость надо просто привыкнуть видеть в объекте изначально.

[behemot]

Никита, так в этом все и дело, на практике получается, что спроектировали некий контур регулирования и уже постфактум проводим настройку и "настраиваем" его устойчивость. Я же из постов понял, что есть "монстры ТАУ", которые на этапе проекта могут проектируемый контур представить звеньями и по этим звеньям рассчитать устойчивость контура. Вот я и хотел увидеть пример как это делается. А теперь-то выясняется, что никто никаких расчетов не проводит.

[Никита]

Проектируемый объект представить типовыми звеньями можно. Для синтеза регуляторов, с определенными допущениями и точностью. Когда-то давно я сам этим занимался. Именно в части разрисовывания структуры регуляторов, когда заказчик было готов платить за точные алгоритмы в проекте.
Но ни один более-менее сложный объект на ПИД-регуляторе не держится. Обычно это каскады, местные обратные связи, какие-то функциональные преобразования в зависимости от технологии.
И естественно, настраивается это все частями. И получается для каждой конкретной части не особого смысла заниматься этой работой, там все просто. А для объекта целиком - наоборот, слишком сложно. Да и опять же, при наладке обычно визуально видно, что вот этот контур будет самым медленным и определяющим динамику системы. Или, наоборот, настройками регулятора надо добиться того, чтобы он начинал шевелиться только тогда, когда остальные системы уже отработали и стабилизировались. А вот эти , по сравнению с ним, можно считать безинерционными и не вносящими фазового сдвига.. Т.е. формально то это тот же годограф, только получается он сам в голове наладчика:)

И еще к вопросу о теории.. Был тут относительно недавно занятный объект. Система простейшая - регулирование температуры теплоносителя в систему отопления. Я обычно на такие не езжу из принципа. Но возник один нюанс - сам теплоноситель греется ТЭНовым котлом до фиксированной температуры, причем котел не имеет возможности управления извне. Со своим регулятором и намертво заданной уставкой. Процесс естественно, достаточно медленный. В результате - команда чуть приоткрыть подачу теплоносителя приводит к увеличению протока через котел, температура на выходе падает. Соответственно, падает и после смесителя. Регулятор, видя это, открывает кран еще сильнее. Температура падает еще. И так до упора. А через некоторое время "просыпается" собственно котел, подключает дополнительные группы ТЭНов, и процесс идет в обратную сторону. Можно было , конечно залезть в ТАУ, линеаризовать привод крана, определить границы устойчивости. Ибо выхода другого не было на базе того оборудования, которое там стояло, структуру было не изменить. Но оказалось проще и быстрее отловить точку ухода в колебания экспериментально и дать при настройке небольшой запас. Ну точнее, большой, регулятор вывели практически в интегральный режим с постоянной в десятки минут. Ибо скорость в таких системах не нужна, а проблем с колебаниями можно поиметь изрядно..

[Бондарев Михаил]

. Я же из постов понял, что есть "монстры ТАУ", которые на этапе проекта могут проектируемый контур представить звеньями и по этим звеньям рассчитать устойчивость контура. Вот я и хотел увидеть пример как это делается. А теперь-то выясняется, что никто никаких расчетов не проводит.

Возможно, вы себе плохо процесс проектирования представляете?
Вы поймите наконец, 95% проектирования этот совсем не динамические регуляторы, это куча бумаг, таблиц, схем. Не до регуляторов! Золотой телец инжиниринга - ГГЭ никакую динамику и знать не хочет. 90% сигналов управления - дискретные (пуск/стоп). Применяемые методики настройки для типовых объектов дают отличные результаты (как минимум удовлетворительные). Чего ради разводить бумаготворчество? Денег за него лишних не платят.
НО бывают ситуации, как привел Никита, когда вместо каскада поставили два регулятора в параллель, вот они друг друга и дергают-раскачивают (избегаю слова "самовозбуждаются"). Просто, если бы кто-то на "этапе проекта" озадачился, то "все могло бы быть иначе" (с).

Может вам и не встречались, но у меня были такие технологи которые считали "ну раз туда поставили регулятор, значит все будет регулироваться, как иначе?" Вот и получаются ситуевины. Встречалось так же и два параллельно работающих регулятора, международный проект, 8 МВт тепла AHU-шек, и тоже ничего хорошего! А почему? Отсутствие элементарных представлений у проектантов (дошли до необходимости объяснения появления фазового сдвига на звене первого порядка). "Регулятор поставили - должно работать".

Если, уважаемый Бегемот, вы когда-то занимались наладкой - должны понимать, даже простые вещи из офиса на 100% не решить, практика - критерий истины, "истина рождается в ПНРах" - как у TEB в подписи. Любые алгоритмы, любой степени сложности в итоге приходится корректировать на месте. Что в этом зазорного? Каких вы "монстров ТАУ" увидели? Демона Лапласа часом не встречали? Ну чтоб сразу все посчитал.