Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływanie kształtem trajektorii referencyjnej na działanie układów regulacji predykcyjnej

Nebeluk Robert, Marusak Piotr

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2019

|

R. 23, nr 1

21--30

PL

Zastosowanie algorytmów regulacji predykcyjnej MPC do regulacji wielu procesów nieliniowych, o różnym stopniu trudności, często umożliwia osiągniecie bardzo dobrej jakości regulacji. Jest to możliwe ze względu na odpowiednie uwzględnienie w strukturze algorytmu informacji uzyskanych z modelu procesu. Do formułowania zadania optymalizacji dla algorytmów regulacji predykcyjnej najczęściej zakładana jest stała trajektoria referencyjna dla całego horyzontu predykcji. W artykule przedstawiono możliwości poprawy jakości regulacji przez zastosowanie trajektorii referencyjnej zmiennej na horyzoncie predykcji. Podczas porównywania jakości regulacji z wykorzystaniem trajektorii referencyjnych o różnej postaci, wzięto pod uwagę dwie wielkości. Pierwszą z nich jest czas narastania wyjścia obiektu regulacji, a drugą - przeregulowanie. Badania prowadzono w układach regulacji dwóch obiektów: nieminimalnofazowego obiektu liniowego oraz nieliniowego reaktora polimeryzacji. Do regulacji w przypadku pierwszego obiektu, zastosowano algorytm DMC, a w przypadku drugiego - algorytm bazujący na modelu nieliniowym, z nieliniową predykcją i linearyzacją (NDMC-NPL). Przedstawione wyniki dobrze ilustrują możliwości wpływania, za pomocą trajektorii referencyjnych o różnych kształtach, na poprawę jakości regulacji oferowanej przez algorytmy predykcyjne.

EN

Applying model predictive control (MPC) algorithms to control many processes, of different difficulty level, often allows improving control quality. It is possible by including information received from a process model in the algorithm structure. When defining the optimization problem for the predictive control algorithms most often a time-constant reference trajectory is assumed. Possibilities of improving the control quality by applying a time reference trajectory variable on the prediction horizon are presented in the paper. Two quantities are considered when comparing control quality: the rise time of the control plant output, and the overshoot. The experiments were conducted in the control systems of two control plants: a linear nonminimumphase plant and a nonlinear polymerization reactor. In the control system of the first control plant the DMC predictive control algorithm was used. For the nonlinear reactor the NDMC-NPL algorithm based on a nonlinear model was applied. It is demonstrated that by using the reference trajectories of different shapes it is possible to improve control quality offered by the MPC control algorithms.

2

Kompensacja drgań belki kompozytowej przy wykorzystaniu aktywnych przetworników piezoelektrycznych sterowanych nieliniowym regulatorem

Filipek P.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2010

|

R. 56, nr 5

423-426

PL

Artykuł prezentuje wyniki badań układu kompensacji drgań mechanicznych belki jednostronnie utwierdzonej przy wykorzystaniu aktuatorów piezoelektrycznych sterowanych regulatorem nieliniowym opartym na zjawisku nasycenia. Jako aktywator tłumiący drgania zastosowano przetwornik piezoelektryczny typu MFC, którego pracę nadzorował procesor DSP. Przeprowadzone badania numeryczne i laboratoryjne wykazały dużą skuteczność działania algorytmu, ale tylko przy dopasowaniu częstotliwości regulatora do pobudzenia belki, oraz wykazały znaczne pogorszenie tłumienia drgań przy ich odstrojeniu lub nieoptymalnych parametrach regulatora.

EN

Damping of active vibrations of a cantilever beam by a piezoelectric actuator with nonlinear controller based on saturation phenomena is analysed in the paper. The MFC M-8503P1 (Macro Fiber Composite) element is used as a piezoactuator in the laboratory setup. The control algorithm is computed by TMS320F2812 DSP system. Both numerical and laboratory tests confirmed high efficiency of the considered method, but only for the optimal controller parameters and the external force frequency equal to the beam natural frequency. Even the difference between the frequencies equal to 1% caused a considerable loss of algorithm performances. Unsuitable controller parameters have a similar effect on vibration compensation causing increase in the vibration amplitude and appearance of additional oscillations. In a real system the natural beam frequency can vary during operation with the change of ambient conditions and ageing effect. Thus, there is a need for an adaptive system adjusting frequency and parameters of the controller. The investigated control method is very sensitive to external noises resulting in piezoactuator excitation, and because of that it is necessary to implement analog and digital low-pass filters.

3

Odporna regulacja predykcyjna obiektów nieliniowych

Domek S.

Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej. Instytut Automatyki Przemysłowej

|

2006

|

Nr 593 (20)

1-205

PL

Niniejsza praca, będąc wynikiem wieloletnich badań autora, zarówno teoretycznych, jak wdrożeniowych w przemyśle, stanowi próbę kompleksowego przedstawienia problematyki nieliniowej regulacji predykcyjnej oraz proponuje na tym tle łatwe do implementacji, dość uniwersalne i -jak się wydaje - skuteczne rozwiązanie suboptymalnej regulacji odpornej. Składa się z pięciu części tematycznych. W części pierwszej omówiono zasadę regulacji predykcyjnej, przedstawiono syntezę uogólnionego liniowego algorytmu predykcyjnego, a także wyjaśniono podstawowe właściwości układów regulacji predykcyjnej. Następnie sformułowano ogólne zadanie nieliniowej regulacji predykcyjnej oraz wskazano na istotne trudności jego rozwiązania, zwłaszcza w przypadku obiektów o niedokładnie znanych lub zmiennych w czasie właściwościach. W końcu przedstawiono najbardziej znane sposoby suboptymalnej regulacji NMPC, łącznie z metodami inteligencji obliczeniowej oraz scharakteryzowano najpopularniejsze i najchętniej stosowane w takiej regulacji postaci opisu obiektów nieliniowych, w tym modele rozmyte i neuronowe oraz bardzo popularne w praktyce tzw. modele blokowo-zorientowane. W części drugiej zaproponowano oryginalny sposób nieliniowej suboptymalnej regulacji predykcyjnej NL CRHPC z blokowo-zorientowanym modelem Hammersteina. Opisano dokładnie sposób syntezy algorytmu oraz jego rozwinięcie na przypadek wielowymiarowy, a także jego wersję uproszczoną, ułatwiającą implementację w systemach mikroprocesorowych o szczególnie małej mocy obliczeniowej. Następnie zaproponowano syntezę wielowymiarowego algorytmu z modelem Hammersteina w dziedzinie zmiennych stanu NL MPCS. Dla obu algorytmów podano sposób uwzględnienia ograniczeń sygnału sterującego. W części trzeciej zaproponowano włączenie opracowanych i opisanych wcześniej suboptymalnych, nieliniowych regulatorów predykcyjnych z modelem Hammersteina w strukturę regulacji ze śledzeniem modelu MFC, charakteryzującą się zwiększoną odpornością w stosunku do klasycznych układów jednopętlowych. Opisano zasadę doboru regulatora pomocniczego układu NMPC-MFC dla obiektów SISO oraz sposób suboptymalnego ograniczenia sygnału sterującego. W części czwartej przedstawiono wersję odpornego, nieliniowego układu regulacji NMPC-MFC dla obiektów o wielu wejściach i wielu wyjściach. Dokonano syntezy regulatorów składowych proponowanej struktury układu regulacji przy założeniu, że obiekt podlegać może nieznanym, ale ograniczonym perturbacjom oraz że działać na niego mogą zależne w znany sposób od wektora stanu, ale niekoniecznie ograniczone zakłócenia. W końcowej części pracy całość rozważań teoretycznych zilustrowano wynikami przykładowych badań symulacyjnych proponowanych algorytmów. Pokazano również wyniki regulacji rzeczywistego obiektu elektotermicznego rozproszonym systemem PAC, w którym zaimplementowano opracowany algorytm odpornego sterowania predykcyjnego.

EN

In the monograph an approach to synthesis of a predictive controller for nonlinear processes that are sufficiently adequately described by a Hammerstein model is presented. To extend the range of applicability of the control algorithm to nonlinear processes the properties of which depart from those defined by the adopted model, it has been proposed to incorporate the algorithm into the Model Following Control (MFC) structure characterized by high robustness. In the first part of the monograph the principle of predictive control is discussed, and synthesis of a generalized linear predictive control algorithm is presented. Also, basic system properties and ways to provide stability for predictive control systems are established. Further, the nonlinear predictive control and the ways of its implementation are described. The second part deals with nonlinear predictive control that employs a Hammerstein model. The structure and properties of the model are discussed. Also, synthesis of the control algorithm is described, and its extension to multivariable control is given. A modification of the proposed algorithm that enables its implementation in microcomputer systems of low computing power is presented. Next, synthesis of the multivariable algorithm with the Hammerstein model in state space is given. The synthesis method is based on representing nonlinear time-invariant processes by their linear time-variant models. The third part is devoted to increasing the robustness exhibited by the control system with the proposed predictive algorithms to an inevitable mismatch between the process model adopted for controller synthesis and the actual process. The increase in robustness has been achieved by incorporating the developed predictive algorithms into the MFC structure. After presenting general characteristics featured by MFC, a description of the proposed predictive NMPC-MFC controller with the Hammerstein model for SISO or multivariable diagonally dominated processes is given. In the fourth part of the monograph a robust predictive NMPC-MFC controller for MIMO processes is presented. The controllers making up the MFC structure have been synthesized under assumption that the process to be controlled may be subjected to unknown yet bounded perturbations, or may be affected by disturbances not necessarily bounded yet dependent on the state vector in a known way. The applicability of the theoretical study is illustrated by results of simulation tests. Additionally, results of tests are given where a real electrothermal plant is governed by a distributed Programmable Automation Controller (PAC) system in which the proposed predictive control algorithm has been implemented. It has been shown that the proposed solutions are easy to implement, and provide relatively high robustness and control performance. Another virtue is that the proposed solutions retain advantages inherent in linear predictive algorithms, such as simple physical interpretation and the ease of identification of the adopted process model. Also, the nonlinear algorithm parameters to be tuned may be chosen by means of methods recommended for corresponding linear algorithms. The operation principle of the proposed MFC structure is relatively intelligible, and the structure itself may be implemented without any difficulties and without any powerful computing means. Moreover, due to its universality the proposed NMPC-MFC structure may be utilized in robust controllers based on predictive algorithms other than those proposed in the monograph in order to control nonlinear processes or those with time-variant parameters.