- •А.В. Федотов теория автоматического управления
- •Список сокращений
- •Основы теории автоматического управления Введение
- •Примеры систем автоматического управления Классический регулятор Уатта для паровой машины
- •Система регулирования скорости вращения двигателей
- •Автоматизированный электропривод
- •Система терморегулирования
- •Следящая система автоматического управления
- •Система автоматического регулирования уровня
- •Обобщённая структура автоматической системы
- •Принципы автоматического управления
- •Математическая модель автоматической системы
- •Пространство состояний системы автоматического управления
- •Классификация систем автоматического управления
- •Структурный метод описания сау
- •Обыкновенные линейные системы автоматического управления Понятие обыкновенной линейной системы
- •Линеаризация дифференциального уравнения системы
- •Форма записи линеаризованных дифференциальных уравнений
- •Преобразование Лапласа
- •Свойства преобразования Лапласа
- •Пример исследования функционального элемента
- •Передаточная функция
- •Типовые воздействия
- •Гармоническая функция.
- •Временные характеристики системы автоматического управления
- •Частотная передаточная функция системы автоматического управления
- •Частотные характеристики системы автоматического управления
- •Типовые звенья
- •Безынерционное (усилительное) звено.
- •Инерционное звено (апериодическое звено первого порядка).
- •Колебательное звено.
- •Интегрирующее звено.
- •5. Дифференцирующее звено.
- •Неустойчивые звенья
- •Соединения структурных звеньев
- •Преобразования структурных схем
- •Передаточная функция замкнутой системы автоматического управления
- •Передаточная функция замкнутой системы по ошибке
- •Построение частотных характеристик системы
- •Устойчивость систем автоматического управления Понятие устойчивости
- •Условия устойчивости системы автоматического управления
- •Теоремы Ляпунова об устойчивости линейной системы
- •Критерии устойчивости системы Общие сведения
- •Критерий устойчивости Гурвица
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Применение критерия к логарифмическим характеристикам
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Построение области устойчивости системы методом d-разбиения
- •Структурная устойчивость систем
- •Качество системы автоматического управления Показатели качества
- •Точность системы автоматического управления Статическая ошибка системы
- •Вынужденная ошибка системы
- •Прямые методы анализа качества системы Аналитическое решение дифференциального уравнения
- •Решение уравнения системы операционными методами
- •Численное решение дифференциального уравнения
- •Моделирование переходной характеристики
- •Косвенные методы анализа качества Оценка качества по распределению корней характеристического полинома системы
- •Интегральные оценки качества процесса
- •Оценка качества по частотным характеристикам Основы метода
- •Оценка качества системы по частотной характеристике
- •Оценка колебательности системы
- •Построение вещественной частотной характеристики
- •Оценка качества сау по логарифмическим характеристикам
- •Синтез системы автоматического управления Постановка задачи синтеза системы
- •Параметрический синтез системы
- •Структурный синтез системы Способы коррекции системы
- •Построение желаемой логарифмической характеристики системы
- •Синтез последовательного корректирующего звена
- •Синтез параллельного корректирующего звена
- •Другие методы синтеза систем автоматического управления
- •Реализация систем автоматического управления Промышленные регуляторы
- •Особенности реализации промышленных регуляторов
- •Настройка промышленных регуляторов
- •Управление по возмущению
- •Комбинированное управление
- •Многосвязные системы регулирования
- •Обеспечение автономности управления
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Содержание
Качество системы автоматического управления Показатели качества
Устойчивость системы является весьма важной ее характеристикой, определяющей работоспособность системы. Однако система должна не просто работать, но и обеспечивать требуемое качество работы. Теория автоматического управления рассматривает процессы в системах автоматического управления. Поэтому показатели качества работы системы связываются с качеством переходных процессов в системе при внешних воздействиях на систему.
Для полной характеристики системы автоматического управления применяют качественные показатели, характеризующие свойства системы. Качественные показатели системы можно разделить на следующие группы.
Оценки точности управления в системе, использующие величину ошибки системы.
Оценка запаса устойчивости системы, характеризующая склонность системы к потере устойчивости.
Оценка быстродействия системы.
Косвенные и интегральные оценки, косвенно характеризующие точность и быстродействие системы.
При определении качественных показателей системы обычно рассматривается переходная характеристика системы в результате ступенчатого внешнего воздействия на систему. При рассмотрении переходной характеристики можно сделать ряд заключений о качестве системы. Следует иметь в виду, что оценка качества имеет смысл только для заведомо устойчивых систем. Неустойчивая система неработоспособна и невозможно обсуждать качество её работы.
Прежде всего, во внимание принимается вид переходной характеристики: апериодическая характеристика или колебательная характеристика. Наиболее благоприятны плавные апериодические процессы в системах. При колебательных процессах в системе возникают перегрузки, динамика системы становится хуже и длительность переходных процессов увеличивается. Поэтому колебательные процессы в системах либо не допускаются, либо на такие процессы накладываются жесткие ограничения.
В качестве примера для оценки качества системы на рис. 98 показана колебательная переходная характеристика в системе. Для оценки быстродействия системы используется величина длительности tп переходного процесса в системе.
Длительность переходного процесса определяется временем tп установления выходной величины y(t), по истечению которого абсолютное отклонение выходной величины y(t) от её установившегося значения не будет превышать некоторое установленное допустимое значение :
. В качестве допустимого отклонения часто используют отклонение от установившегося значения в 5 %.
Целью управления в автоматической системе является обеспечение заданного значения управляемой величины в каждый момент времени. Реальное значение управляемой величины в каждый момент времени будет отличаться от заданного из-за ошибки системы управления. Эта ошибка в разные моменты времени переходного процесса различна и носит название динамической ошибки системы управления:
. Динамическая ошибка описывается функцией времени, и использовать её для характеристики точности системы неудобно.
Если переходный процесс в системе носит колебательный характер, то в системе возникает перерегулирование (или "заброс") выходной величины, которое характеризуется величиной перерегулирования:
. Величина перерегулирования является составляющей характеристики точности системы.
Статическая точность системы характеризуется наибольшим отклонением ее выходной величины в установившемся режиме от заданного значения:
, где заданное постоянное значение входной величины в системе.
Требования, предъявляемые к перечисленным качественным показателям системы, можно сформировать графически в виде некоторой области, за пределы которой не должна выходить переходная характеристика системы (рис. 98).
В общем случае для определения качественных показателей системы автоматического управления, вообще говоря, необходимо найти графическое изображение переходной характеристики и оценить полученный график. В теории управления существуют две группы методов оценки качества систем автоматического управления.
Прямые методы оценки качества. Основываются на непосредственном получении и оценке переходной характеристики системы. Переходная характеристика может быть получена путем аналитического или численного расчёта.
Косвенные методы оценки качества. Позволяют получить некоторые числовые характеристики для системы, косвенно связанные с её быстродействием и точностью. К косвенным методам относятся: а) метод оценки распределения корней характеристического полинома на комплексной плоскости, б) метод интегральных оценок, в) частотный метод. Последний имеет наибольшее распространение.