Показатели качества следящей системы

Качество работы следящей системы оценивается следующими показателями качества: точности, запаса устойчивости и быстродействия.

По переходной характеристике могут быть оценены: быстродействие и перерегулирование, определяющее запас устойчивости.

Перерегулирование определяется как относительная величина максимального отклонения управляемой величины y(t) от установившегося значения в переходном процессе (рис.1):

.

Рис.1. Переходная характеристика.

Рекомендуемые значения перерегулирования составляют (10…30)%. Дополнительно к величине перерегулирования иногда задается число колебаний на длительности переходного процесса (от 1-2 до 3-4). По числу колебаний может быть качественно оценен запас устойчивости.

Быстродействие системы оценивается длительностью переходного процесса. Длительность переходного процесса – интервал времени от момента подачи на вход системы единичного сигнала, до момента, после которого выполняется неравенство (1).

; (1)

где .

; (2)

Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы.

К частотным показателям качества относятся: запас устойчивости по фазе и амплитуде и показатель колебательности. Показателем колебательности называют абсолютный максимум АЧХ замкнутой системы (рис.2), отнесенный к ее значению на нулевой частоте. Для систем, содержащих интегрирующие звенья, у которых Н(0) = 1, показателем колебательности является абсолютный максимум АЧХ (рис.2):

.

Рекомендуемые значения показателя колебательности - 1,1…1.5.

Анализ установившейся (динамической) ошибки

Оценка показателей качества следящей системы производится при следующих типовых воздействиях:

 - линейное;

 - квадратичное;

 - полиномиальное.

Линейное воздействие имеет место, в частности, в системе слежения за задержкой при слежении за объектом, перемещающимся с постоянной радиальной скоростью, в системе ФАПЧ при постоянной частотной расстройке входного и опорного сигналов.

Квадратичное – при слежении за объектом, перемещающимся с ускорением, в системе ФАПЧ – при линейно изменяющейся частотной расстройке и т.д.

При проектировании систем возникает необходимость оценки ошибки слежения в установившемся режиме при полиноминальном входном воздействии, являющемся аппроксимацией реальных воздействий на ограниченном интервале времени. В зависимости от вида передаточной функции фильтра системы эта ошибка может иметь конечное значение или изменяться с течением времени.

Если ошибка имеет конечное установившееся значение, для ее оценки используют теорию преобразований Лапласа, в частности, теорему о предельном значении оригинала:

,

где ;  - передаточная функция от воздействия к ошибке.

Если ошибка изменяется с течением времени, для ее расчета используется метод разложения ошибки по производным входного воздействия. Рассмотрим этот метод.

Величина может быть определена с помощью интеграла свертки:

. (3)

Передаточная функция связана с весовой функцией преобразованием Лапласа:

. (4)

Представим задающее воздействие степенным рядом с ограниченным числом членов:

. (5) 

Подставив формулу (5) в (3), получим:

. (6)

Если ( ─ длительность переходного процесса), то в этом случае  и можно заменить верхний предел интегралов в (6) на бесконечность, поскольку увеличение предела не изменяет значения интеграла. Тогда (5.6) можно записать в виде:

, (7)

где – коэффициенты ошибки:

; ; ; .

 - коэффициент ошибки по положению;

 - коэффициент ошибки по скорости;

 - коэффициент ошибки по ускорению;

 - коэффициент ошибки по l-ой производной входного воздействия.

 - ошибка по положению;  - ошибка по скорости;

 - ошибка по ускорению.

Нетрудно видеть, что

.