Details

В работе проведен сравнительный анализ эффективности замкнутой системы стабилизации инерционного объекта первого порядка с запаздыванием, имеющего один вход и один выход. Рассмотрены различные методы синтеза замкнутой системы: с использованием ПИ-регуляторов (настройка коэффициентов ПИ-регулятора по методу Chien–Hrones–Reswick (CHR), настройка коэффициентов ПИ-регулятора по методу Яковиса), с использованием предиктора Смита и внутренней модели (IMC). Исследовано влияние величины транспортного запаздывания на устойчивость замкнутой системы и качество стабилизации. Построены зависимости запаса по фазе, перерегулирования и времени установления в зависимости от относительного запаздывания (отношения времени запаздывания к постоянной времени объекта). Проведено сравнение эффективности указанных методов синтеза регулятора для объектов с различными значениями постоянной времени. Для замкнутых систем с предиктором Смита и внутренней моделью численно исследовано свойство робастности по отношению к ошибке оценивания времени запаздывания в модели объекта. В результате моделирования и сравнительного анализа получены оценки качества стабилизации замкнутых систем с различными регуляторами. Определены области эффективного применения методов синтеза регуляторов. Показано, что выбор метода зависит от постоянной времени модели объекта, величины относительного запаздывания и точности оценки запаздывания.

This work is devoted to the study of a first-order inertial object with delay having one input and one output. The influence of transport delay on the stability and control quality of a closed-loop system is investigated. An analysis of the phase margin variation depending on the ratio of delay time to the object time constant is carried out. The influence of relative delay on transient response quality indices, including overshoot and settling time, is also studied. Various methods for stabilization of objects with delay are considered: PI-controller tuning using the Chien–Hrones–Reswick (CHR) method, PI-controller tuning using the method, the Smith predictor, and the Internal Model Control (IMC) method. A comparison of the effectiveness of these methods for objects with different values of the time constant and relative delay is performed. For the Smith predictor, an additional study of the influence of delay estimation errors on control quality is carried out. As a result of simulation and comparative analysis, the performance of the considered methods is evaluated and the ranges of their effective application are determined. It is shown that the choice of a delay compensation method depends on the object parameters, the magnitude of the relative delay, and the accuracy of the available mathematical model.