Preview

Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie

Advanced search

Robust Synthesis of Discrete PID Controllers for Objects with Interval Parameters

https://doi.org/10.17587/mau.19.374-379

Abstract

The main aim of this paper is the robust control synthesis of the cascade system with discrete proportional integral (PI) controllers. The PI and proportional integral derivative (PID) controllers are employed for the control of the various, in particular, high order plants with structural and parametric uncertainties. But with PI controllers, only the low order plants can be correctly controlled. Consequently, the synthesis must be completed with the first order models of the plant in the control loops. Hence, the problem is to calculate the PI controller parameters in order to offer the dynamics quality in conditions of structural and parametric uncertainties of it he plant. The proposed parametric synthesis is based on the time scale approach and roots location on the complex plane. The small constant ε is denoted as a spectral value of the slow mode as percentage to the fast one. The nominal dynamics of each loop must be similar to the second order model dynamics. For the second order subsystems the regions of the admissible eigenevalues is denoted with limitations of real root boundary, bandwidth and damping. The analysis of the roots deviation on the complex plane with plant parameters variations allow to establish the conditions of dominant roots location in the denoted area. The values of small constant ε < 0,25 get the linear system with calculated discrete PI controllers and the valid (not reduced) plant similar to the chosen second order model dynamics. The proposed synthesis method is helpful for the system with the fast and slow components; in particular, the electrical drives control system. The numerical example of synthesis is presented with simulation results, which illustrate the application of the method

About the Author

O. F. Opeiko
Belarusian National Technical University
Russian Federation


References

1. Kessler C. Uber die Vorausberechmmg optimal abgestimmer Regelkreise // Regehmgsteclmik. 1954. N. 12. P. 274-281.

2. Astrom K. J., Hagglund T. Advanced PID Control. North Carolina: ISA, 2006. 461 p.

3. Keel L. H., Bhattacharia S. P. Controller Synthesis Free of Analytical Models: Если же 2hi - hi № 0, то у = 1 и yi может принимать произвольные значения yi > 1, однако интервал дискретности контура ограничивается условием (7). Three Term Controllers // IEEE Trans on AC. 2008. Vol. AC-53, N. 6. P. 1353-1369.

4. Vesely V., Rosinova D. Robust PSD Controller Design // Proc. of the 18th International Conference on Process Control. Tatranska Lomnica, Slovakia. 2011. P. 565-570.

5. Кузнецов А. П., Марков А. В., Шмарлевский А. С. Анализ настроек канала регулирования потокосцепления ротора в системе векторного управления // Доклады БГУИР. 2008. № 4 (34). С. 84-91.

6. Chow J. N., Kokotovic P. V. A Decomposition of Near-Optimum Regulators for Systems with Slow and Fast Modes // IEEE Trans. on Autom. Contr. 1976. Vol. AC-21, N. 5. P. 701-705.

7. Enrigh W. H., Kamel M. S. On Selecting a Low-Order Model Using the Dominant Mode Concept // IEEE Trans. On AC. October 1980. Vol. AC-25, N. 5. P. 976-978.

8. Pernebo L., Silverman L. M. Model Reduction via Balanced State Space Representation // IEEE Trans. on Autom. Contr. 1982. Vol. AC-27, N. 2. P. 382-387.

9. Saksena V. R., O'Reilly J., Kokotovic P. V. Singular Perturbation and Time-scale Methods in Control Theory: Survey 1976-1983 // Automatica. 1984. Vol. 20, N. 3. P. 273-293.

10. Yousuff R. E. Skelton. Controller Reduction by Component Cost Analysis // IEEE Trans. on Autom. Contr. 1984. Vol. AC-29, N. 6. P. 520-530.

11. Anderson D. O., Liu Y. Controller Reduction Concepts and approaches // IEEE Trans. on Autom. Contr. 1989. Vol. AC-34, N. 8. P. 802-812.

12. Опейко О. Ф. Синтез линейной системы на основании упрощенной модели объекта // Автоматика и телемеханика. 2005. № 1. С. 29-35.

13. Opeiko O. F. Design of a Linear System Using a Semplified Plant Model // Autom. Remote Control. 2005. Vol. 66, N. 1. P. 24-30.

14. Sootla A., Rantzer А., Kotsalis G. Multivariable Optimization Based Model Reduction // IEEE Transactions on Automatic Control. 2009.Vol. 54, N. 10. P. 2477-2480.

15. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Концепция модальной редукции моделей управляемых систем // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 12. С. 2-8.

16. Гайдук А. Р., Плаксиенко Е. А. Робастность редуцированных динамических систем автоматизации // Мехатроника, автоматизация, управление. 2016. № 5. С. 308-315.

17. Гайворонский С. А., Езангина Т. А. Параметрический синтез линейного регулятора для интервального объекта управления // Мехатроника, автоматизация, управление. 2013. № 9. С. 5-9.

18. Aschemann H., Minisini J., Rauh A. Interval Arithmetic Techniques for the Design of Controllers for Nonlinear Dynamical Systems with Application in Mechatronics. I // Известия РАН. Теория и системы управления. 2010. № 5. С. 5-16.

19. Джури Э. Инноры и устойчивость динамических систем. М.: Наука. 1979. 304 с.

20. Петров Б. Н., Соколов Н. И., Липатов А. В. и др. Системы автоматического управления объектами с переменными параметрами. Инженерные методы анализа и синтеза. M.: Машиностроение, 1986. 256 с.

21. Опейко О. Ф. Подчиненное управление объектом с параметрической неопределенностью // Системный анализ и прикладная информатика. № 3. 2015. С. 21-24.

22. Опейко О. Ф. Условия робастной оптимальности дискретно-непрерывной системы // Труды XVI Международной конференции "Проблемы управления и моделирования в сложных системах" (30 июня - 03 июля 2014 г., г. Самара, Россия). Самара: Самарский научный центр РАН, 2014. С. 617-620.


Review

For citations:


Opeiko O.F. Robust Synthesis of Discrete PID Controllers for Objects with Interval Parameters. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2018;19(6):374-379. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.19.374-379

Views: 481


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)