Оценка качества регулирования системы автоматического управления
Качество регулирования – это способность автоматической системы управления обеспечивать заданную точность регулируемой величины при наименьшей длительности переходного процесса.
Качество системы автоматического управления определяется совокупностью свойств, которые обеспечивают эффективное функционирование объекта управления и регулирующего устройства, то есть всей системы. Качество системы автоматического управления может быть оценено общепринятыми показателями, например, вес, габариты, долговечность, надежность, стоимость и т. п. Совокупность вышеперечисленных показателей характеризует качество системы автоматического управления в широком смысле. В теории автоматического управления термины «качество системы» или «качество регулирования» используются в более узком смысле:
- Статические свойства.
- Динамические свойства.
Перечисленные свойства определяют точность поддержания регулируемой величины или выходной переменной объекта на заданном уровне в переходных и установившихся режимах, то есть обеспечивают эффективность процесса регулирования. В данном случае свойства системы, которые выражаются в количественной форме называются показателями качества регулирования.
Переходный процесс – это изменение координат динамической системы во времени до некоторого установившегося состояния, которое возникает из-за влияния возмущающих воздействий, изменяющих структуру, состояние или параметры системы.
Точность системы автоматического управления в переходных режимах оценивается при помощи косвенных и прямых показателей. Прямые показатели которые возникают в системе в случае ступенчатого воздействия, определяются по графику переходного процесса. Косвенные показатели качества регулирования определяются по распределению характеристического полинома или по частотным характеристикам системы.
Особой категорией показателей качества регулирования являются интегральные оценки, которые вычисляются или непосредственно по переходной функции, или по коэффициентам передаточной функции системы. Точность системы в переходном режиме определяется величиной отклонений регулируемой величины от заданного значения, а также длительностью существования данных отклонений. Данные свойства зависят от характера переходного процесса в системе. Характер переходного процесса зависит от места приложения внешнего воздействия и свойств системы. При самой общей оценке внимание обращается в первую очередь на форму переходного процесса. Типовыми переходными процессами являются:
- Колебательный процесс.
- Монотонный процесс.
- Апериодический процесс.
Рисунок 1. Переходные процессы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На рисунке выше представлены: а - переходный процесс по заданию; б - переходный процесс по возмущению; 1 - колебательный процесс; 2 - монотонный процесс; 3 - апериодический процесс.
У каждого из представленных выше переходных процессов имеются свои преимущества и недостатки.
Методы оценки качества регулирования. Теория надежности
Методы оценки качества регулирования системы делятся на прямые и косвенные. Прямые методы позволяют осуществлять аналитическое построение переходного процесса для оценки его качества. Прямые методы совпадают с методами решений неоднородных линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Благодаря косвенным методам можно получить суждение о качестве регулирования без решения дифференциальных уравнений. К таким методам относится частотный метод, который основан на обратном преобразовании Фурье. В данном случае ведется построение при помощи экспериментальных или расчетных частотных характеристик, которые используются при исследовании устойчивости. В последнее время широко используется метод исследования, который основан на моделировании системы на электронно-вычислительной машине.
Важным показателем качества регулирования является надежность. Важными понятиями теории надежности являются:
- Отказ - неисправность, после наступления которой невозможно использовать хотя бы одно из свойств системы.
- Среднее время наработки на отказ, которое рассчитывается посредством деления времени исправности системы на количество отказов.
- Интенсивность отказов, которая определяется следующим образом. Вычисляется отношение количества отказавших составляющих к длительности интервалов работы, в результате получается скорость, с которой происходят отказы. Затем находится отношение этой скорости к первоначальному количеству составляющих.
