Качество движения систем автоматики.

Устойчивость движения системы автоматики является ее основным, но недостаточным свойством. Под устойчивостью и неустойчивостью движения автоматических систем понимается наличие или отсутствие в них затухания переходного процесса.

Не всякая устойчивая система автоматики отвечает заданным техническим требованиям. Затухание переходного процесса происходит быстро или медленно с большими или малыми отклонениями регулируемого параметра от заданного значения, может быть колебательным или апериодическим. Все эти факторы отражают так называемое качество процесса регулирования и требуют специального исследования.

Существуют различные способы определения устойчивости: аналитический, экспериментальный и другие.

В целом качество регулирования характеризуется тремя показателями: затраты времени на затухание, обнаруженного возмущения; максимальным отклонением регулируемой величины от заданного значения и статической ошибкой. Однако нормативы на эти виды показателей отсутствуют. Их оптимальное значение определяют опытным путем для каждого объекта управления. При этом надо стремятся сократить переходный процесс и минимизировать статическую ошибку.

Качество работы системы автоматики характеризуют следующие показатели: запас устойчивости, точность, длительность переходного процесса и коэффициент перерегулирования.

Запас устойчивости системы характеризует положение зоны устойчивого управления от зоны неустойчивого состояния. Это положение выбирается с учетом возможного случайного изменения коэффициента усиления или фазового сдвига. Сам же запас устойчивости характеризуется запасом устойчивости по амплитуде (по модулю частной функции) и по фазе.

Запасом устойчивости по амплитуде будет некий сигнал усиления, который надо ввести в систему, чтобы она стала неустойчивой.

Запас устойчивости по фазе – это фазовый угол, который при введении в систему делает ее также устойчивой.

Точность работы систем автоматики характеризуется ошибкой: чем меньше ошибка, тем точнее работает система.

В зависимости от режима работы системы различают статические и динамические ошибки. При переходе системы из динамического режима в статический динамическая ошибка перейдет в статическую ошибку. Если в динамическом режиме ошибка не изменяется, то она называется установившейся динамической ошибкой.

Длительностью динамического процесса называют время , в течение которого он совершается. Обычно окончанием переходного процесса считается момент, когда регулируемая величина отличается на 5% от нового установившегося значения. Время переходного процесса , называемое также временем регулирования, характеризует быстродействие системы: чем меньше  , тем выше быстродействие системы.

Под перерегулированием понимается величина:

где  – максимальное значение регулируемой величины во время переходного процесса;

 - новое установившееся значение регулируемой величины.

При большом перерегулировании возникают перенапряжения в электрических элементах системы и значительные динамические усилия в механических частях системы, поэтому в технических заданиях на проектирование обычно ограничивают перерегулирование значением . Иногда ограничивают число колебаний регулируемой величины в период переходного процесса (обычно 1-2).

Как правило, объект регулирования и исполнительные элементы САР имеют определенную инертность, что при большом коэффициенте усиления приводит к колебательному переходному процессу в системе. Большой коэффициент усиления требуется для повышения точности работы САР, поэтому обычно в САР переходный процесс колебательный.

Помимо перечисленных основных оценок качества используются косвенные оценки. Важнейшими из них являются оценки качества связанные с расположением корней характеристического уравнения системы, так называемые интегральные оценки качества.

Наиболее часто употребляемыми интегральными оценками качества являются:

- простая интегральная оценка, характеризующая площадь, ограниченную кривой процесса регулирования, недостатком оценки является то, что она эффективна лишь для апериодичных процессов, протекающих без перемены знака (минимум оценки соответствует периодическому незатухающему процессу);

- квадратичная интегральная оценка;

- модульная интегральная оценка;

- обобщенная модульная интегральная оценка.

Последние две оценки удобны для исследования процессов регулирования с помощью аналоговых вычислительных машин.