Дослідження сучасних програмних методів вдосконалення та модифікацій класичного ПІД-регулятора

Abstract

Об’єктом дослідження цієї роботи ‒ автоматизація налаштування пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора (далі ПІДрегулятора). Предмет дослідження ‒ можливі програмні методи вдосконалення ПІД-регулятора. В ході виконання кваліфікаційної роботи задля досягнення вичерпних результатів дослідження було поглиблено вивчено регулювання за алгоритмами пропорційно-інтегрально-диференціального регулятора ПІДрегулятора, системи автоматизованого регулювання (далі САР) за участю цього регулятора, було вивчено тонкощі, що виникають під час його експлуатації не тільки з теоретичної точки зору а й з практичного сторони, було вивчено проблеми його експлуатації та все вище зазначене детально було звітовано в пояснювальній записці. В процесі пошуку рішення було розглянуто чи мало можливих рішень в просторі можливостей програмного забезпечення. Пошук починався посеред традиційних методів застосовуваних в реаліях експлуатації для зменшення впливу негативних властивостей регулятора та закінчився пошуком у просторі популярних методів використовуваних для вирішення проблем машинного навчання як потенційне рішення або як конкурентоспроможна альтернатива з огляду її відносної новітньості. Потенційне рішення могло мати будь яку основу для себе, чи буть то чисто традиційне, чи методи застосовувані в машинному навчанні, може їх поєднання, чи їх рейтингування, або виведення закономірностей вигідності їх застосування у порівнянні одне іншим. Тобто поле для пошуку рішень було дійсно широким. В процесі побудови математичної моделі САР на базі абстракцій реального обладнання, було вивчено яким чином виконати моделювання електродвигуна постійного струму з обмоткою незалежного збудження та реалізовано два різних за ступенем точності розрахунків чисельних методів вирішення системи диференціальних рівнянь для коректного моделювання поведінки процесу визначеного в контексті САР як регульованого. Розроблена математична модель САР цілком була задовільнена в своїх потребах за допомогою абстракції двигуна у ролі об’єкта керування. Виконано проектування програмного забезпечення за парадигмою об’єктно-орієнтовного програмування на мові C++, що реалізувало програмну реалізацію математичної моделі, засоби фіксації результатів моделювання. Як додаткові програмні модулі було розроблено налаштовувачі регулятора, що використовували принципіально різні методи налаштовування регулятора в автоматичному режимі призначені для рішення проблеми визначеної в цій роботі. Оцінка проводилася шляхом багаторазового проведення експериментів з різними умовами пусків, та отримані результати налаштувань перевірялись також за допомогою багаторазових пусків в різних умовах моделі САР з відповідними налаштуваннями та визначенням фітнес-функції кожного пуску, що слугувала як певна метрика якості налаштування. В результаті проведених досліджень було виведено цілу низку стверджень про потенціал кожного з досліджуваних напрямків вирішення проблеми, про можливості подальших досліджень та зроблене вичерпне заключення щодо способу вирішення розглядуваної проблеми.