СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ТЕПЛИЦЫ
METHOD FOR AUTOMATIC TEMPERATURE CONTROL OF GREENHOUSE

Изобретение относится к методам и средствам автоматического управления сельскохозяйственными технологическими процессами и может быть использовано для автоматизации управления температурным режимом теплиц.
Известны (Патент РФ №2128425, МПК: A01G 9/24, G05D 23/00, 1994 г. ) способы автоматического управления температурным режимом теплиц, включающие измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, реализуя тем самым пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон управления (кн. И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник. Автоматизация технологических процессов. М.: КолосС, 2003, с. 58-59).
Недостатками ПИД-регуляторов являются низкие быстродействие и помехоустойчивость, связанные с наличием единственной производной по времени в законе управления. Использование производных выше первого порядка приводит к резкому возрастанию влияния шумов и помех, что существенно снижает качество автоматического управления.
Дробное дифференцирование (Самко С.Г., Калбас А.А., Маричев О.И. Интегралы и производные дробного порядка и некоторые их приложения. Минск: Наука и техника, 1987. - 688 с.) позволяет усилить присущий операциям дифференцирования по времени эффект предсказания дальнейшего изменения сигналов управляемых технологических процессов и благодаря этому повысить быстродействие управляющих ими систем. При этом не повышаются в выходных сигналах регулятора уровни шумов и помех, по сравнению с традиционным ПИД-регулятором, т.к. в предлагаемом техническом решении максимальный порядок дифференцирования меньше (производные дробных порядков меньше единицы), чем у известного ПИД-регулятора.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение качества управления, в частности быстродействия и помехоустойчивости систем автоматического управления.
Такой технический результат достигается тем, что способ автоматического управления температурным режимом теплицы, включающий измерение текущих значений температуры воздуха в теплице, сравнение их с оптимальным значением температуры воздуха в теплице, после чего сигнал результата сравнения усиливают, интегрируют, дифференцируют и подают на регулирующий орган, причем дифференцирование сигнала результата сравнения осуществляют дробными производными посредством регулятора повышенного быстродействия, содержащего два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени, при этом передаточную функцию регулятора определяют по следующей зависимости
рег
ПИД
ДП 1
ДП 2
W(s)=W(s)+W(s)+W(s),
где s - комплексная переменная,
ПИД
W(s) - передаточная функция ПИД-регулятора,
и , а
1
2
Q и Q - параметры настройки регулятора.
ПИД
Суть способа заключается в следующем. Известная передаточная функция ПИД-регулятора W(s) имеет следующий вид:
p
Д
И
где s - комплексная переменная; K - коэффициент передачи регулятора; Т и Т - постоянные времени дифференцирования и интегрирования по времени соответственно.
Поскольку в (1) первой производной по времени d(…)/dt отвечает комплексная переменная s, то дробным производным по времени ниже первого порядка будут отвечать комплексные переменные вида , n и m - целые положительные числа, причем m<n.
При этом передаточная функция регулятора с дробными производными по времени может быть представлена в виде
где
1
2
причем N - целое положительное число, при этом N≥1; Q и Q - параметры настройки, принимающие вещественные значения.
1
2
Таким образом, как видно из (2) и (3), введение дробных производных по времени ниже первого порядка позволяет использовать дополнительные параметры настройки Q и Q для повышения быстродействия, т.к. благодаря их наличию улучшается управляемость системы, что позволяет добиться, к тому же, значительного повышения запаса устойчивости системы. Качество управления автоматической системы при замене известного ПИД-регулятора на регулятор нового вида (2), (3), повышается в той же мере, как при замене пропорционально-интегрального регулятора на ПИД-регулятор.
Способ реализуется следующим образом. Регулятор повышенного быстродействия содержит два параллельно включенных звена, одно из которых реализует функцию ПИД-регулятора, а другое является дополнительным, которое реализует функцию дробного дифференцирования сигнала по времени (различных порядков меньших единицы).
Способ позволяет повысить быстродействие и помехоустойчивость систем автоматического управления.