ГЛАВА ДЕСЯТАЯ. КАЧЕСТВО ПРОЦЕССОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ В ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМАХ

10-1. КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ПРОЦЕССА РЕГУЛИРОВАНИЯ

Устойчивость является необходимым, но недостаточным условием работоспособности линейной системы автоматического регулирования.

Устойчивость означает, что переходные составляющие процессов или движений затухают. Для практики этого мало. Поэтому возникают определенные требования к времени затухания переходных составляющих, к характеру реакции системы на управляющие и возмущающие воздействия, к точности воспроизведения входных сигналов и к величинам ошибок, вызванных действием возмущений. Все эти стороны работоспособности систем регулирования обобщаются в понятии качества процесса регулирования. Качество процесса регулирования оценивается рядом критериев или показателей:

1. Переходные функции, их характер (число и величина колебаний, время регулирования и т. п.). Переходная функция является одной из важнейших характеристик динамических свойств системы регулирования, так как, с одной стороны, она представляет собой реакцию системы на весьма распространенное и неблагоприятное для отработки воздействие в виде ступенчатого сигнала, а с другой стороны, по переходным функциям можно судить о характере затухания переходных составляющих, возникающих при включениях системы и при действии разнообразных возмущений.

2. Ошибки в установившихся вынужденных режимах. Из исследования этих режимов вытекают критерии оценки передающих свойств системы в установившихся режимах и в случаях, когда воздействия являются медленно меняющимися функциями времени в сравнении с переходными функциями. Частным и важным случаем медленно меняющихся воздействий являются постоянные воздействия, т. е. случаи, когда где Для следящих систем, кроме этого, важны медленно меняющиеся входные сигналы вида и реже , а также синусоидальные сигналы причем в последнем случае со должна лежать в полосе пропускания системы.

Критерием оценки передающих свойств системы в установившемся режиме служит ее точность или значение ошибки в установившемся режиме этом важны как ошибка воспроизведения так и ошибка вызванная действием возмущения

3. По своей природе как управляющие воздействия так и возмущения случайные

функции времени и как таковые могут быть заданы своими вероятностными характеристиками.

В связи с этим возникает проблема о вероятностной оценке ошибки по известным вероятностным характеристикам воздействий и известной динамической структуре системы. Вероятностные критерии точности систем автоматического регулирования разработаны сравнительно недавно. Более ранняя и не менее важная постановка вопроса о точности, изложенная в предыдущем пункте, сводится к определению ошибок, когда случайные по своей природе воздействия аппроксимируются заданными функциями времени, в частности типовыми функциями времени.

4. Частотные критерии качества процесса регулирования. Изложенные в предыдущих трех пунктах критерии качества процесса регулирования можно назвать прямыми в том смысле, что с помощью их оценивается непосредственно рабочий процесс системы. Частотные критерии качества — в основном косвенные критерии, поскольку в этом случае оценка характера рабочего процесса производится по отображению этого процесса из области времени в область частоты . К основным частотным критериям относятся: 1) вид амплитудно-фазовой или логарифмической характеристики разомкнутой системы и характерные частоты (частота среза и т. п.); 2) вид и характерные частоты вещественной частотной характеристики замкнутой системы; 3) характерные частоты, роказатель колебательности и полоса пропускания амплитудной характеристики замкнутой системы.

Вычисления в частотной области (области ) обычно проще вычислений в области поэтому частотные критерии являются весьма эффективным и простым средством оценки и определения прямых критериев, в том числе и вероятностных прямьих критериев качества процесса регулирования. С другой стороны, можно в некоторых случаях [Л. 10-1] ограничиться только частотными критериями качества, такими как полоса пропускания, показатель колебательности, частота среза, запас устойчивости, не уточняя вопроса в области времени

В настоящей главе будут рассмотрены основные вопросы качества процесса регулирования, за исключением исследования реакции системы на случайные воздействия (излагается в гл. 11).