Тема 6. Исследование качества пр0цесса регулирования

Программа

Требования к переходному процессу. Косвенные методы исследования: частотные, корневые, интегральные, метод корневого годографа. Понятие запаса устойчивости. Критерий Найквиста для расширенных частотных характеристик.

Исследование автоматических систем с Помощью частотных характеристик. Трапециидальные характеристики.

Методические указания

Прежде всего необходимо познакомиться с критериями качества переходных процессов, которые, как и методы исследования, делятся на три группы. Среди всего множества критериев следует выделить следующие: частотные - запас устойчивости по модулю и фазе показатель колебательности; корневые - степень устойчивости, степень затухания, степень колебательности; интегральные-линейные, квадратичные, обобщенные. Кроме того необходимо сформулировать требования к переходному процессу и установить взаимосвязь между последним и критериями качества.

Затем необходимо изучить критерий Найквиста для расширенных амплитудно-фазовых характеристик, который дает ответ - при каких условиях замкнутая система будет обладать заданной степенью колебательности. Рекомендуется также использовать метод корневого годографа, согласно которому можно выбрать значение варьируемого параметра, соответствующее наиболее выгодному расположению корней с точки зрения требований к качеству конкретной системы. Данный метод можно рассмотреть на конкретных примерах.

Наибольшее распространение в конкретной практике получили частотные методы, используемые при расчетах систем автоматического управления, в частности при построении кривой переходного процесса. Среди множества методов рекомендуется рассмотреть только метод оценки качества по вещественным частотным характеристикам (ВЧХ), установив взаимосвязь между ВЧХ и формой кривой переходного процесса. Закончить изучение темы следует построением кривой переходного процесса с помощью трепециидальных характеристик.

Вопросы для самопроверки

I. Какова связь степени затухания со степенью устойчивости и

степенью колебательности ?

2. Какие частотные критерии Вам известны?

3. Каким образом можно обеспечить заданную степень колебательности в замкнутых системах?

4. В чем состоят особенности интегральных критериев качества?

5. Сформулируйте основные свойства вещественных частотных характеристик и соответствующих им переходных процессов.

6. В чем заключается метод построения переходного процесса с

помощью трапециидальных характеристик?

Литература: [I.], [2], [3].

Тема 7. Синтез одноконтурных автоматических систем

РЕГУЛИРОВАНИЯ

Программа

Синтез оптимальных законов регулирования из условия предельной точности регулирования и, в частности, условия минимизации средне-квадратичной ошибки регулирования. Физическая осуществимость оптимальных алгоритмов.

Графоаналитический метод синтеза систем. Алгоритм расчета области настроек типовых регуляторов, обеспечивающих запас устойчивости не менее заданного, методом РАФХ. Выбор оптимальных настроек типовых регуляторов.

Методические указания

Как известно, основным и практически наиболее важным приложением результатов полученных теорий автоматического управления является синтез автоматических систем, под которым следует понимать выбор структуры и составных элементов системы. При изучении данной темы студент знакомится только с вопросами синтеза оптимальных законов регулирования из условия предельной точности регулирования. В качестве критерия качества регулирования выбрана квадратичная интегральная оценка, дающая представление об отклонении переходной характеристики от идеальной. Здесь же необходимо четко уяснить себе физическую осуществимость оптимальных алгоритмов.

Существует много методов расчета настроек регуляторов, но подробно следует рассмотреть только один - метод расширенных частотных характеристик. После общего знакомства с этим методом необходимо освоить методику выбора оптимальных Настроек для типовых законов регулирования: пропорционального, интегрального, пропорционально-интегрального, пропорционально-интегрально-дифференциального. Проследить, как участвует задаваемая степень колебательности переходного процесса в расчете настроек, разобраться зачем привлекается в расчете квадратичный интегральный критерий,.

Вопросы для самопроверки

1. Как Вы понимаете синтез оптимальных законов регулирования?

2. В чем заключается физическая осуществимость оптимальных алгоритмов?

3. Для чего используется понятие РАФХ в расчете настроек регуляторов?

4. Как меняется переходный процесс в системе с ПИ-регулятором с увеличением интегральной составляющей от нуля до номинального значения?

5. Каковы особенности расчета ПИД-регуляторов?

Литература: [I]

Tема 8 СТАТИЧЕСКИЕ И АСТАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ. СХЕМНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Программа

Понятие статических и астатических объектов, регуляторов и систем. Переходные процессы.

Регуляторы с сигналами из промежуточной точки. Каскадные АСР. Регулирование объектов с взаимосвязанными координатами. Условия автономности. Принцип инвариантности, условия реализуемости инвариантных систем.

Методические указания

Вопрос о статическом и астатическом регулировании всегда вызывает трудности. Кратко напомним, что регуляторы, которые при действии возмущения не сохраняют номинального значения регулируемой величины, называются статическими, в противном случае они являются астатическими. Не следует путать понятия статического и астатического регулирования и объекта.

Далее следует познакомиться со схемными методами повышения качества переходных процессов, это проще всего введение двухконтурных схем регулирования, каскадных АСР. Необходимо уметь приводить, примеры промышленных АСР, освоить методику расчета настроек регуляторов двухконтурных схем. Особое внимание следует обратить на случай, когда быстродействие внутреннего контура значительно превосходит внешний, а также на приведение схемы с сигналом из промежуточной точки к двухконтурной.

При изучении вопроса регулирования объектов с взаимосвязанными координатами более подробно слезет изучить обоснования внутренних связей по переходным каналам, принципы автономности и инвариантности. Автономное регулирование позволяет, вводя внешние компенсирующие связи между регуляторами, добиться расчленения сложной системы со многими взаимосвязанными параметрами на ряд простейших систем, обладающих одним регулируемым параметром каждая. Инвариантное же регулирование позволяет достичь независимость регулируемой величины от внешних возмущающих воздействий путем их полной компенсации. Особое внимание следует обратить на особенности, достоинства, недостатки, а также методы расчета и условия реализуемости систем автономного и инвариантного регулирования.

Вопросы для самопроверки

1. Какое регулирование называется статическим?

2. Как рассчитываются настройки регуляторов в двухконтурной САР, если быстродействие контуров близки?

3. Почему в схемах с введением сигнала из промежуточной точки используется дифференцирующее устройство?

4. Перечислите условия реализуемости компенсаторов.

5. Выведите условие автономности для возможных схем компенсации.

6. Как определяются настройки конкретных типов компенсаторов?

Литература: [3].