Система управления инерционным объектом при учете влияния распределенных параметров

Результаты исследований приведенные в статье - начальный этап применения кратковременной вибрации для запуска конвейера в работу при специфических условиях. Следующий этап - оптимизация параметров процесса, для конструкторской проработки конструктивно-компановочной схемы установки вибраторов на рештачном ставе, обеспечивающей конструктивно-технологическую возможность сочетания с типовым устройством конвейера.

Следует добавить также, что вибрацию можно применить и в процессе перемещения конвейера к забою и для очистки от налипшей массы.

Список литературы / References

1. Кондрахин В.П. Пусковые режимы трехприводных двухскоростных забойных конвейеров / В.П. Кондрахин, Н.И. Стадник // Уголь Украины, 2011. № 5. С. 45-48.

2. Потураев В.Н. Использование вибрационных эффектов - важнейшее направление интенсификации процессов горного производства // «Динамика и прочность горных и транспортных машин», сб. науч. трудов института геотехнической механики АН УССР. К.: Наук. Думка, 1981. С. 7-15.

3. ЧленовВ.Н.,МихайловН.В. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972. 343 с.

4. Машины и оборудование для угольной промышленности // Сб. науч. трудов «Донгипроуглемаш», Вып. 2. М.: Недра, 1965. 381 с.

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫМ ОБЪЕКТОМ ПРИ УЧЕТЕ ВЛИЯНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ Тарасова Г.И.1, Филиппов А.В.2, Каковкина А.С.3 Email: Tarasova1134@scientifictext.ru

'Тарасова Галина Ивановна — доцент, кандидат технических наук; 2Филиппов Анатолий Владимирович — студент; 3Каковкина Анна Сергеевна — студент, кафедра систем автоматического управления и контроля, факультет интеллектуальных технических систем,

Национальный исследовательский университет Московский институт электронной техники, г. Зеленоград

Аннотация: в статье описывается процесс проведения исследования влияния распределительных параметров в виде запаздывания на устойчивость и качество системы автоматического управления с инерционным термоэлектрическим объектом. Рассматривается влияние распределительных параметров на выбор настроечных параметров регулятора системы управления. Проводится идентификация объекта управления и исследование математической модели системы управления в программной среде MATLAB Simulink. В заключении проводится сравнительный анализ показателей качества переходного процесса системы управления.

Ключевые слова: система автоматического управления, инерционный объект, передаточная функция, переходный процесс, идентификация.

THE INERTIAL OBJECT CONTROL SYSTEM, TAKING INTO ACCOUNT THE EFFECT OF DISTRIBUTED PARAMETERS Tarasova G.I.1, Filippov A.V.2, Kakovkina A.S.3

'Tarasova Galina Ivanovna — associate Professor, Candidate of Engineering Sciences; 2Filippov Anatoly Vladimirovich — студент; 3Kakovkina Anna Sergeevna — студент, CHAIR OF AUTOMATIC OPERATION AND CONTROL SYSTEMS, DEPARTMENT OF INTELLECTUAL TECHNICAL SYSTEMS, NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY OF ELECTRONIC TECHNOLOGY, ZELENOGRAD

Abstract: the article describes the process of researching the influence of distribution parameters in the form of a delay on the stability and quality of an automatic control system with an inertial thermoelectric object. The effect of the distribution parameters on the selection of the tuning parameters of the control system controller is considered. The identification of the control object and the study of the mathematical model of

44

the control system in the MATLAB Simulink software environment are carried out. In conclusion, a comparative analysis of the quality of the transition process control system.

Keywords: automatic control system, inertial object, transfer function, transient process, identification.

УДК 62-503.55

Почти все реальные элементы, входящие в состав технических систем автоматического управления (САУ), представляют собою элементы с распределенными параметрами. Но в большинстве случаев реальный элемент можно с достаточной степенью точности заменить упрощенной моделью -элементом с сосредоточенными параметрами. На практике широко применяют аппроксимацию передаточных функций сложных систем с распределенными параметрами при помощи передаточных функций с сосредоточенными параметрами и звеньев с так называемым чистым запаздыванием. Если кривая переходного процесса при приложении ступенчатого воздействия, начиная с момента t = тз, мало отличается от экспоненты с постоянной времени Т, а до момента t = тз ординаты достаточно малы, то соответствующее приближенное изображение уравнения объекта можно записать в виде:

где k - ордината асимптоты при единичном воздействии [1].

В настоящей работе математическое описание инерционного термоэлектрического объекта управления (ОУ) получено с помощью идентификации по экспериментальной временной характеристике ^Г) в виде последовательно соединенных динамических звеньев: типового

апериодического звена и звена запаздывания с передаточной функцией Ж^ (р) = е Рз,

являющейся трансцендентной функцией оператора p [2].

Анализ экспериментальной переходной характеристики ^Г) термоэлектрического ОУ показал, что с приемлемой приведенной погрешностью < 3% постоянную времени объекта для исследуемого случая можно оценить величиной Tо = 1250с, коэффициент передачи - ^ = 30,8 К/В, время запаздывания - тз = 20 с.

Выражение амплитудно-фазовой частотной характеристики звена запаздывания согласно передаточной функции имеет вид:

Ж

откуда получаем выражения амплитудно-частотной характеристики A(ю) = 1, логарифмической амплитудно-частотной характеристики (ЛАЧХ) Цю) = 0 и фаза-частотной характеристики (ФЧХ) ф(ю) = -ютЗ.

Таким образом, на низких частотах звено запаздывания практически не оказывает влияния на общие характеристики разомкнутой САУ, а на высоких частотах оказывает, и особенно существенно на частотах, близких к частоте ю = п/тз, где фазовая характеристика звена пересекает значение фз(ю) = -п. Поэтому фазовая характеристика разомкнутой системы с учетом звена запаздывания по сравнению с системой без учёта запаздывающего звена имеет отрицательное приращение, пропорциональное частоте ю, вследствие чего возможно нарушение устойчивости замкнутой системы управления, даже в случае исходной структурно устойчивой системы.

Для типовой структуры САУ термическим ОУ передаточная функция разомкнутой системы Wраз (р) в целом имеет вид:

%аз = Цу

где Wуу (р), Wиу ($), Wоу (р), Wдат ) - передаточные функции устройства управления (УУ), исполнительного устройства, ОУ, датчика температуры соответственно.

Датчиком температуры в анализируемой САУ является термопара с постоянной времени ^„=4^ исполнительное устройство - безынерционный усилитель.

При классическом изодромном или пропорционально-интегральном (ПИ) законе управления

передаточная функция УУ может быть представлена выражением:

= ^ = ^

где: Ту = КпТи; Кп и Ти = 1/Ки - настроечные параметры УУ.

Передаточная функция разомкнутой САУ может быть представлена в виде, удобном для анализа частотных характеристик системы с использованием типовых сомножителей:

... Ко • Кдат • (Ту • р +1) —

Wрaз (р) =---1-И-1- •е р(5) или

Ти • р •

W^ (р) =-Кс • (Ту •р +1- •е РТз , где Кс = Ки К0 Кдат с-1.

р •

Характеристическое уравнение таких систем с распределенными параметрами или с запаздыванием трансцендентно и имеет бесчисленное множество корней. Необходимым и достаточным условием устойчивости в таком случае, так же, как и в случае обыкновенной линейной системы, является нахождение всех корней этого уравнения в левой полуплоскости комплексной плоскости корней. Для практического использования при оценке устойчивости таких систем более удобными являются частотные критерии устойчивости, в частности, критерий устойчивости Найквиста, что и используется в данной работе.

При моделировании исследуемой системы на начальном этапе анализа без учета влияния звена запаздывания была проведена автоматизированная настройка параметров ПИ - регулятора в программной среде MATLAB Simulink [3]. В результате автоматизированной настройки ПИ -регулятора с помощью встроенного блока настройки Function Block Parameters: PI controller были получены следующие значения параметров: пропорциональный коэффициент Кп = 2.57, интегральный коэффициент Ки= 0.0015.

Рассчитаны ЛАЧХ и ЛФЧХ исследуемой системы без учета звена запаздывания при использовании предварительно полученных значений параметров ПИ-регулятора. По частотным характеристикам исследуемой системы оценены: частота среза юср = 0,034 рад/с, запасы устойчивости по фазе у = 82,1°, по амплитуде Lh—да, коэффициент усиления системы: на частоте ш0 = 0.02 ра,а,/с имеем наклон -20дБ/дек, отсюда следует Кс = 0.03. Критический коэффициент системы Кф —»да, т.к. запас устойчивости по амплитуде Lh—o>.

По переходной характеристике исследуемой системы без учета звена запаздывания были определены показатели качества переходного процесса: время регулирования: tp ~ 97,4c, перерегулирование а = 1%, установившаяся ошибка еуст = 0, так как САУ астатическая.

Специализированный ПП MATLAB Simulink дает возможность провести компьютерное моделирование систем с запаздыванием, получить частотные характеристики разомкнутой системы, провести по ним предварительный анализ устойчивости и качества переходных процессов замкнутой САУ. Кроме того, рассчитать временные характеристики в устойчивой системе управления (КС<ККР) при различных значениях изменяемых параметров регулятора [3].

При моделировании исследуемой системы с учетом влияния звена запаздывания была проведена автоматизированная настройка параметров ПИ - регулятора в программной среде MATLAB Simulink.

По частотным характеристикам определены следующие показатели исследуемой системы со звеном запаздывания: частота среза равна юср=0,034 рад/с, запасы устойчивости по амплитуде и фазе у = 43,5°; Lh=6,02 дБ, коэффициент усиления системы: 201дКс — 201дш0 = 10.59, отсюда значение критического коэффициента Ккр « 0,066, и, следовательно, система может стать неустойчивой. На частотах более й»3 = — = 0,157 ра^/с звено запаздывания начинает существенно влиять на общую

фазовую характеристику исследуемой системы.

По переходной характеристике замкнутой исследуемой системы с учетом звена запаздывания были определены показатели качества переходного процесса: время регулирования: tp ~ 227c, перерегулирование а = 30%, установившаяся ошибка равна нулю.

Показатели точности в установившемся режиме Б уст, быстродействия tv и колебательности а

системы при одном и том же значении коэффициента усиления САУ без учета и с учетом влияния распределенных параметров ОУ приведены в табл. 1.

Таблица 1. Показатели качества переходного процесса системы

Время запаздывания, с K кр кс б уст ip, c п,%

Тз = 0 , с да 0.03 0 97,4 1

т3 = 20 ,с 0.066 0.03 0 227 30,8

Таким образом, исследование САУ с инерционным термоэлектрическим объектом показало, что влияние распределенных параметров ОУ в виде чистого запаздывания на устойчивость и качество САУ при определенных соотношениях параметров блоков системы может быть весьма существенным, и это влияние необходимо учитывать при выборе настроечных коэффициентов регулятора системы

управления. Использование автоматической настройки параметров регулятора в программной среде Simulink c PID Controller при компьютерном моделировании [4] ускоряет нахождение удовлетворительных показателей системы управления.

Список литератуы / References

1. Муромцев Ю.Л. Основы автоматики и системы автоматического управления. Учебное пособие. Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2008. Ч. 1. 96 с.

2. Дилигенская А.Н. Идентификация объектов управления. Учеб. пособие. Самара. СамГТУ, 2009. 136 с.

3. Филиппов А.В. «Анализ качества следящей системы с ПИД - регулятором», Микроэлектроника и информатика-2015. 22-я Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. М.: МИЭТ, 2015. 380 с. С. 249.

4. Щербаков В.С., Глушец В.А., Руппель А.А. Основы моделирования систем автоматического регулирования и электротехнических систем в среде MATLAB и Simulink. Учебное пособие. Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. 160 с.

ПРОБЛЕМАТИКА BIG DATA В ИНФРАСТРУКТУРЕ УРОВНЯ

ПРЕДПРИЯТИЯ Сисюков А.Н. Email: Sisyukov1134@scientifictext.ru

Сисюков Артем Николаевич — кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии приборостроения, факультет систем управления и робототехники, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, г. Санкт-Петербург

Аннотация: в статье затронута проблематика использования технологии больших данных (Big Data) в инфраструктуре предприятия. Предложен подход к интеграции с существующими решениями предприятия с традиционной схемой хранения и анализа данных. Рассмотрены основные аспекты традиционных хранилищ данных и особенности не реляционных структур Big Data. Обоснована необходимость применения Big Data на предприятии. Приводятся ключевые компоненты в построении платформы больших данных, а также требования к инфраструктуре, сбору, хранению и анализу Big Data.

Ключевые слова: Big Data, базы данных, киберфизические системы, анализ данных.

BIG DATA CHALLENGES FOR ENTERPRISE LEVEL INFRASTRUCTURE

Sisyukov A.N.

Sisyukov Artem Nikolaevich — PhD in Technics, Associate Professor, INSTRUMENTATION TECHNOLOGIES DEPARTMENT, FACULTY OF CONTROL SYSTEMS AND ROBOTICS, ITMO UNIVERSITY

SAINT PETERSBURG NATIONAL RESEARCH UNIVERSITY OF INFORMATION TECHNOLOGIES, MECHANICS AND OPTICS, ST. PETERSBURG

Abstract: the article touches the problems of using Big Data technologies in enterprise infrastructure. The approach to integrate with existing enterprise solutions using the traditional approach to storage and data analysis is considered. The basic aspects of traditional data warehouses and the non-relational structures of Big Data are considered. The necessity of using Big Data at the enterprise is grounded. Key components in the construction of a large data platform, as well as infrastructure requirements, collection, storage and analysis of Big Data are presented.

Keywords: Big Data, databases, cyber-physical systems, data analysis.

УДК 004.62

Массив больших данных (Big Data) на предприятии, как правило, формируются из совокупности источников, таких как традиционные данные предприятия, данные, регистрируемые программно и извлекаемые с сенсоров (машинные данные), социальные данные.