6. Перехідні процеси в системах регулювання.

Як було зазначено вище, при виникненні збурення Z в об'єкті регулювання (ОР) замкнута САР виробляє певну дію регулювання Х і на виході регулятора виникає перехідний процес – зміна в часі t сигналу ε розбалансу або перехід в часі регульованої величини Y з одного стану рівноваги на інший, який відповідає новому навантаженню або новому значенню завдання U.

Перехідний процес в замкненій системі називають процесом автоматичного регулювання. Звичайно в теорії автоматичного регулювання властивості окремих елементів системи регулювання досліджуються з допомогою передавальних функцій, які отримуються з диференційних рівнянь.

Перехідні процеси, які після припинення дії збурення закінчуються новим станом рівноваги, називаються стійкими або збіжними. Якщо новий стан рівноваги в САР не настає, то такий перехідний процес називається нестійким (розбіжним або незбіжним). При цьому змінюється знак регулюючої дії Х, тобто передавання дії з виходу об’єкту на його вхід буде спрямоване в сторону збільшення початкового небалансу ε. Додатна спрямованість Х перетворює САР в систему з додатнім зворотним зв’язком на відміну від системи з від’ємним зворотним зв’язком, поданим вище.

Перехідний процес може відбуватись по різному, залежно від того, яку стійкість, якість і точність забезпечує САР. Так, на рисунку (крива 1) показаний перехідний процес стійкої системи. Сигнал ε розбалансу впродовж деякого часу t_Р регулювання без коливань, тобто аперіодично, стає рівним нулеві або меншим від деякого заданого значення похибки Δ.

На кривій 2 показаний перехідний процес також стійкої системи, але коливний, який відрізняється від попереднього тим, що сигнал ε приходить до значення, що не виходить за межі похибки , внаслідок декількох коливань, які згасають. І нарешті, на кривій 3 показаний перехідний процес нестійкої системи, коли сигнал ε розбалансу з часом не зменшується, а збільшується. Очевидно, САР з таким перехідним процесом не буде виконувати своєї основної функції, тобто забезпечувати в ідеалі ε = 0, і не буде приводити її до нового стану рівноваги.

Замкнені CAP повинні забезпечувати оптимальні перехідні процеси регулювання із заданим значенням показників якості. Якість перехідних процесів визначають з часової характеристики СAP, отриманої при стрибкоподібному збуренні Z, або при стрибкоподібній зміні завдання U. Графіки перехідних процесів для зазначених випадків подані на рисунку:

Для опису якості регулювання застосовують такі основні показники:

1. Динамічна похибка регулювання – це максимальне відхилення величини, що регулюється в перехідному режимі від її заданого значення. На рис.3 ця похибка дорівнює першій амплітуді коливань перехідного процесу .

2. Час регулювання – це час, впродовж якого, починаючи з моменту дії збурення на САР, величина, що регулюється, досягає нового рівноважного значення з деякою заздалегідь встановленою точністю і надалі не виходить за межі цієї зони. Час регулювання визначає швидкодію САР.

3. Перерегулювання перехідного процесу – це виражене у відсотках відношення другої і першої амплітуд, спрямованих в протилежні сторони .

Поряд з перерегулюванням для характеристики коливальності процесу застосовується ступінь згасання .

4. Інтегральна квадратична похибка І регулювання – це квадрат площі, обмеженої кривою перехідного процесу і значенням нового стану рівноваги системи

Якість перехідного процесу тим вища, чим менші її показники: час регулювання, динамічна та інтегральна квадратична похибки і перерегулювання .

Точність регулювання характеризують залишковою статичною похибкою САР в новому стані рівноваги (коли ). Ця похибка не повинна перевищувати деякого допустимого ( ) значення, яке задають згідно з технологічним регламентом ОР. Точність буде тим вищою, чим меншою буде статична похибка , тобто чим точніше буде підтримуватися задане значення U величини Y, що регулюється.

Залежно від вимог технології, як оптимальний вибирають переважно один з трьох типових перехідних процесів:

1. Граничний аперіодичний процес, який характеризують відсутністю перерегулювання ( ), мінімальним часом регулювання ( ), але найбільшою динамічною похибкою ( ) порівняно з іншими типовими процесами. Такий процес реалізують тоді, коли регулююча дія Х суттєво впливає не лише на регульовану величину Y, а й на інші параметри стану ОР.

2. Процес з 20%-м перерегулюванням ( ), який характеризують меншим значенням динамічного відхилення ( )регульованої величини , але більшим часом ( ) регулювання, ніж в попередньому випадку. Цей процес реалізують тоді, коли допускається деяке перерегулювання, але необхідно за короткий час зменшити динамічне відхилення регульованої величини до певного допустимого значення.

3 . Процес з мінімальною квадратичною площею відхилення величини, що регулюється, має значне перерегулювання ( ), найбільший час ( ) регулювання, але найменшу величну динамічної похибки ( ) регулювання порівняно з іншими типовими процесами.

Такий процес реалізують тоді, коли величина максимального динамічного відхилення повинна бути мінімальною.

В загальному випадку перехідний процес в замкненій САР залежить від динамічних характеристик об'єкта регулювання, характеру та величини збурень, від закону регулювання та числових значень параметрів настроювання регулятора.

Для проектування та розрахунку стійких систем, які б задовольняли також певні додаткові вимоги, що ставляться до вигляду перехідних процесів в САР, необхідно мати характеристики окремих елементів, з яких складається система.