Aktuální vydání

celé číslo

03

2021

Digitální transformace, chytrá výroba, digitální dvojčata

Komunikační sítě, IIoT, kybernetická bezpečnost

celé číslo

Recenze: Praktické aspekty samočinně se nastavujících regulátorů: algoritmy a implementace

Automa 1/2000

doc. Ing. Jiří Macháček, CSc.,
Univerzita Pardubice

Recenze: Bobál, V. – Böhm, J. – Prokop, R. – Fessl, J.:
Praktické aspekty samočinně se nastavujících regulátorů:
algoritmy a implementace

Je všeobecně známo, že mezi novými poznatky teorie řízení a jejich využitím v praxi je časový posun, který neustále narůstá. Hlavními příčinami tohoto stavu jsou stále náročnější teoretické základy metod a současně nedostatek informací o možnostech jejich aplikace v praxi. Přitom nové směry, jako např. adaptivní řízení, kterým se předkládaná práce zabývá, znamenají v mnoha případech výrazné zkvalitnění řízení oproti stále používaným pevně nastaveným klasickým PID regulátorům. Většímu rozšíření progresivních metod řízení také brání nedostatek vhodné literatury směrované k pracovníkům zabývajícím se implementací řídicích algoritmů v praxi. Většinou jsou publikovány práce na vysoké teoretické úrovni, které od aplikace v praxi spíše odrazují. Recenzovaná kniha, zaměřená na praktické aspekty adaptivních řídicích algoritmů, může pomoci k většímu uplatnění metod adaptivního řízení v praxi.

Knihu zpracoval autorský kolektiv, který tvoří vysokoškolští učitelé (V. Bobál, R. Prokop), vědecký pracovník ÚTIA AV ČR (J. Böhm) a výzkumný pracovník firmy Honeywell (J. Fessl). Všichni jsou uznávanými odborníky v oblasti automatizace, s dlouholetou praxí a bohatou publikační činností. Velká část obsahu knihy zpracovává originální práce autorů publikované zatím pouze v časopisech nebo na vědeckých konferencích.

Monografie má 242 stran a je rozdělena do šesti kapitol. Každou kapitolu uzavírá obsáhlý seznam literatury k získání dalších informací. Přestože jednotlivé kapitoly napsali různí autoři, tvoří kniha obsahem i způsobem zpracování kompaktní celek.

V úvodní kapitole je stručně popsán historický vývoj metod adaptivního řízení. Ve druhé kapitole je nejprve definována podstata adaptivního řízení a potom zde jsou klasifikovány tři základní typy adaptivních řídicích systémů: heuristické systémy, systémy s referenčním modelem (MRAS) a samočinně se nastavující systémy. Třetí kapitola se zabývá modely procesů a odhadem jejich parametrů pomocí experimentální identifikace. Podrobně je vysvětlen algoritmus identifikační metody nejmenších čtverců a její průběžné formy, využívané právě pro samočinně se nastavující regulátory.

V obsáhlé čtvrté kapitole je přehledně zpracována problematika samočinně se nastavujících PID regulátorů. Vychází se z diskretizace spojitého PID regulátoru a z možných modifikací při volbě typu regulátoru. Velká pozornost je věnována otázkám použití těchto regulátorů v průmyslové praxi, jako jsou např. nelinearity v regulačních obvodech, potlačení efektu wind-up integrační složky, volba intervalu vzorkování a filtrace signálů. Podrobně je popsáno několik vybraných typů algoritmů PID regulátorů a jejich vlastnosti jsou dokumentovány na několika simulovaných příkladech, ze kterých jsou vyvozeny závěry pro praktické aplikace. Kapitolu uzavírá popis toolboxu STC PID, který byl pro tyto účely vytvořen v programovém prostředí MATLAB – SIMULINK.

Pátá kapitola je věnována algebraickým metodám řízení. Po nezbytném teoretickém úvodu jsou v první části kapitoly odvozeny algoritmy řízení, založené na metodě umístění pólů uzavřeného regulačního obvodu a na minimalizaci kvadratického kritéria pro jednoduché typy přenosů. Následuje odvození algoritmů pro modely delta a pro hybridní systémy. I pro tyto algoritmy byl vypracován MATLAB toolbox, nazvaný SELFTUN. Kapitolu uzavírají ilustrativní simulované příklady a výsledky řízení reálné laboratorní teplovzdušné soustavy.

Závěrečná kapitola se zabývá návrhem algoritmů založených na minimalizaci kvadratického kritéria (LQ řízení). Oproti dříve uvedeným algoritmům je tento přístup podstatně složitější a vyžaduje hlubší znalost teorie. Podle autora má význam implementovat LQ řízení pouze v případech, kdy jiné typy regulátorů nezajistí požadovanou kvalitu řízení. V první části kapitoly je vysvětlen princip metody, adaptivní verze LQ řízení a předloženy příklady využití, dále jsou uvedeny vlastnosti regulačního obvodu s LQ regulátorem, problémy nastavování regulátorů a numerické řešení minimalizace kvadratického kritéria. Kapitola obsahuje mnoho názorných simulací vypočtených s využitím vlastního LQ toolboxu, které osvětlují chování těchto regulátorů.

Kladně je třeba hodnotit především zaměření obsahu knihy na praxi. Teoretické základy metod jsou zde zpracovány pouze v nejnutnější míře pro pochopení principů, takže se kniha stává srozumitelnou pro široký okruh zájemců o tuto problematiku. Uvedené algoritmy řízení jsou prezentovány v uživatelské podobě a jsou doplněny doporučeními pro praktické aplikace. Podle sdělení autorů byly všechny metody s úspěchem ověřeny při řízení reálných objektů. Zpracované soubory programů v programovém prostředí MATLAB – SIMULINK jsou významným prostředkem pro získání informací o chování algoritmů v různých podmínkách, ještě před vlastní aplikací na reálném zařízení.

Kniha je vhodná pro pracovníky průmyslové praxe, kteří se zabývají zaváděním a užíváním řídicích systémů, počínaje projektanty a programátory a provozními pracovníky konče. Rovněž je určena studentům doktorandského a inženýrského studia studijních oborů automatizace a technická kybernetika na vysokých školách.

(Vysoké učení technické, Brno, Nakladatelství VUTIUM 1999)