2 Понятие качества процесса управления

Качество процесса управления определяется поведением автоматической системы при переходе с одного режима работы на другой. Различают следующие основные показатели качества процесса управления: колебательность переходного процесса, максимальное отклонение (перерегулирование) управляемой переменной от заданного значения, точность, время переходного процесса.

Для практики важно знать, как быстро система входит в установившийся режим, как велики перерегулирования во время переходного процесса и т. д., т. е. в понятие качества процесса управления нужно включить качество переходных процессов.

После окончания переходных процессов в системе устанавливается режим, когда с той или иной степенью точности выходная координата следует за задающим воздействием. На характер изменения выходной координаты в установившемся режиме существенное влияние оказывает форма воздействий. Иными словами, качество одной и той же системы зависит от характера приложенных к ней воздействий. Качество системы в установившемся режиме зависит также от ее структуры и параметров, поэтому, чтобы характеризовать свойства системы, в общее понятие качества надо включить и оценку качества установившегося режима.

Методы оценки качества процесса управления могут быть самыми различными, но определяются они в основном тремя факторами. Во-первых, они зависят от выбора критерия качества (когда систему считать «хорошей», а когда «плохой»); во-вторых, от исследуемого режима работы системы (в переходном режиме ошибки управления намного больше, чем в установившемся, а значит, и методы исследования должны быть разные); в-третьих, от характеристик воздействий.

Качественные критерии системы управления

К автоматическим системам управления предъявляются требования по устойчивости процессов управления во всем диапазоне нагрузок на объект и по обеспечению определенных качественных показателей процесса автоматического регулирования.

Основные показатели качества регулирования:

• Ошибка регулирования (статистическая или среднеквадратическая составляющие).

• Время регулирования.

• Перерегулирование.

• Показатель колебательности.

Критериев качества регулирования много. Их разделяют на 4 группы:

• Критерии точности – используют величину ошибки в различных типовых режимах.

• Критерии величины запаса устойчивости – оценивают удаленность системы управления от границы устойчивости.

• Критерии быстродействия – оценивают быстроту реагирования системы управления на появление задающего и возмущающего воздействий.

• Интегральные критерии – оценивают обобщенные свойства системы управления: точность, запас устойчивости, быстродействие.

Оценки качества управления

Оценку качества проведём, используя информацию о временных параметрах системы. Выбор критерия качества управления зависит от цели, для которой используется управление. Такими целями могут быть: поддержание постоянного значения параметра (например, температуры); слежение за изменением уставки или программное управление; управление демпфером в резервуаре с жидкостью и т.д.

Для той или иной задачи наиболее важными могут быть следующие факторы:

• форма отклика на внешнее возмущение (время установления, перерегулирование, коэффициент затухания и др.);

• форма отклика на шумы измерений;

• форма отклика на сигнал уставки;

• робастность по отношению к разбросу параметров объекта управления;

• требования к экономии энергии в управляемой системе;

• минимум шумов измерений и др.

Если в контуре управления возникает сигнал ошибки установившегося состояния, это означает, что регулируемая переменная не в состоянии точно достичь заданного стационарного рабочего состояния. Если сигнал ошибки незначителен в установившемся состоянии, это может быть приемлемо в некоторых ситуациях (например, очень простые или "нетребовательные" системы управления). Исчезновение любой  остаточной ошибки зависит прежде всего от типа используемого контроллера (контроллер с или без компонента I), а также от типа регулируемой системы (с или без компенсации).

Большинство из известных количественных и качественных критериев для реакции контура управления на заданные изменения или помехи связаны со ступенчатыми изменениями заданной переменной или переменной помех.