Задание:

1. Проект, созданный в ходе выполнения лабораторной работы № 2, подготовить для выполнения лабораторной работы № 3. Параметры объекта управления приведены в табл. 2.1 лабораторной работы № 2.

Номер варианта Y+1	Коэффициент передачи K	Постоянная времени T, с	Задержка N, с	Помеха SNS
9	2.1	3.5	3	Случайное увеличение коэффициента усиления в диапазоне от 0 до 2%

2. Программа на языке FBD должна реализовывать полную динамическую модель системы управления, т. е. содержать блок вычитания, блок ПИД-регулятора, блок объекта управления, соединенных в замкнутую систему. Рассчитать начальные значения параметров ПИД-регулятора по методу Зиглера-Никольса.

3. Рассчитать значения параметров ПИД-регулятора по методу Зиглера-Никольса. Реализовать функционирование системы управления с полученными значениями параметров ПИД-регулятора в реальном времени. Задать значения ограничений на управление на уровнях ±500 [%]. Снять переходную характеристику системы управления как реакцию на ступенчатое изменение уставки от 0 до 100 [%].

4. Произвести ручную настройку параметров ПИД-регулятора в тех же условиях, что и в п. 6.3. Сравнить полученные значения параметров ПИД-регулятора и переходную характеристику с теми, что получены по методу Зиглера-Никольса. Определить наилучшие значения параметров ПИД-регулятора и использовать их в дальнейшей работе.

5. По переходной характеристике системы определить значения показателей качества управления. Рассчитать отклонения показателей качества управления от заданных значений. В качестве заданных показателей качества использовать: t₁^* = N + T/2; t_н^* = t₁^* + 2T; σ^* = 20%. Для каждого из отклонений ∆ , ∆ , σ задать функции принадлежности треугольной формы для термов NB, ZO, PB. При этом в качестве максимальных отклонений (e_min, e_max по рис. 3.2):

• для ∆ , ∆ - значение T;

• для ∆ - значение 20%.

Рассчитать новые значения параметров ПИД-регулятора с использованием нечеткой логики.

6. Повторить пп. 6.3 и 6.5. Убедиться в том, что отклонения показателей качества управления от заданных уменьшились. Процедуру повторять до тех пор, пока показатели качества не будут соответствовать заданным.

Ход работы и результаты моделирования:

1. Изменена FBD-программа. Добавлены обратные связи.

2. Расчёт коэффициентов PID регулятора по методу Зиглера-Никольса:

Кп=0,67

Ки=0,25

Кд=2,24

Рисунок 1 – переходная характеристика при коэффициентах по Зиглеру-Никольсу

3. Расчёт коэффициентов регулятора ручным методом:

-обнуление всех коэффициентов;

-увеличение Кп: система работает стабильно без колебаний до Кп=0,59;

-увеличение Ки: система работает стабильно без колебаний до Ки=0,2;

-увеличение Кд: система работает стабильно без колебаний до Кд=0,009;

Рисунок 2 – переходная характеристика при ручных коэффициентах

4. Расчёт коэффициентов регулятора с помощью нечеткой логики

t₁*=N+T/2=4,75c

tн*=t₁+2T=4,75+7=11,75c

*=20%

Опытным путем вычислено t₁ и tн, :

t₁=1c

tн=t₉₀-t₁=5-1=4c

=5%

Отсюда:

∆ = t₁*- t₁=3,75c

∆ = tн*- tн=7,75c

σ = *- =20-5=15%

Согласно базе правил:

∆ = ZO, ∆ =ZO, σ=ZO, следовательно, настройка окончена, ручные коэффициенты сразу дали качественные результаты.

Рисунок 3 – переходная характеристика при коэффициентах из нечеткой логики

Вывод: в ходе данной лабораторной работы были изучены принципы расчета начальных значений параметров ПИД-регулятора, принципы функционирования и правил ручной настройки параметров ПИД-регулятора на основе правил и на основе нечеткой логики, а также использована SCADA-система TRACE MODE 6 для моделирования замкнутой системы управления с ПИД-регулятором.