- •Использование методов теории автоматического управления при разработке мехатронных систем
- •Список сокращений
- •Введение в мехатронику
- •Управление от эвм
- •Автоматическое регулирование
- •Обобщённая структура автоматической системы
- •Принципы автоматического управления
- •Задачи теории автоматического управления
- •Математическая модель автоматической системы
- •Классификация систем автоматического управления
- •Структурный метод описания сау
- •Понятие обыкновенной линейной системы
- •Передаточная функция
- •Типовые воздействия
- •Временные характеристики системы автоматического управления
- •Частотная передаточная функция системы автоматического управления
- •Частотные характеристики системы автоматического управления
- •Типовые звенья
- •5. Дифференцирующее звено
- •Соединения структурных звеньев
- •Преобразования структурных схем
- •Передаточная функция замкнутой системы автоматического управления
- •Передаточная функция замкнутой системы по ошибке
- •Построение частотных характеристик системы
- •Понятие устойчивости
- •Условие устойчивости системы
- •Теоремы Ляпунова об устойчивости линейной системы
- •Критерии устойчивости системы Общие сведения
- •Критерии устойчивости Гурвица
- •Критерий устойчивости Найквиста
- •Применение критерия к логарифмическим характеристикам
- •Критерий устойчивости Михайлова
- •Показатели качества
- •Точность системы автоматического управления Статическая ошибка системы
- •Вынужденная ошибка системы
- •Прямые методы анализа качества системы Аналитическое решение дифференциального уравнения
- •Численное решение дифференциального уравнения
- •Оценка качества сау по логарифмическим характеристикам
- •Постановка задачи синтеза системы
- •Параметрический синтез системы
- •Промышленные регуляторы
- •Настройка промышленных регуляторов
- •Библиографический список
- •Содержание
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 характеристики качества системы автоматического управления применяют оценки качества, характеризующие свойства системы. Оценки качества системы можно разделить на следующие группы.
Оценки точности управления в системе, использующие величину ошибки системы.
Оценки запаса устойчивости системы, характеризующие 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. 48 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 величиныy(t), по истечении которого абсолютное отклонение выходной величиныy(t) от её установившегося значенияне 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 величиныв каждый момент времени будет отличаться от заданного из-за ошибки системы управления. Эта ошибка в разные моменты времени переходного процесса различна и носит названиединамической ошибкисистемы 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 (на рис. 48 область выделена штриховкой).
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.