Понятие и показатели качества управления
Качество автоматической системы управления определяется совокупностью свойств, обеспечивающих эффективное функционирование как самого объекта управления, так и управляющего устройства, т. е. всей системы управления в целом. В теории автоматического управления термины «качество управления» используют в узком смысле: рассматривают только статические и динамические свойства системы. Такие свойства системы,выраженные в количественной форме,называютпоказателями качества управления. Эти свойства предопределяют точность поддержания управляемой величины на заданном уровне в установившихся и переходных режимах, т. е. обеспечивают эффективность процесса управления.
В частности, нами была рассмотрена точность системы в установившихся режимах. Теперь мы будут рассматривать показатели качества, характеризующие точность системы в переходных режимах.
Точность системы в переходных режимах оценивают при помощи прямых и косвенных показателей. Прямые показатели определяют по графику переходного процесса, возникающего в системе при ступенчатом внешнем воздействии. Косвенные показатели качества определяют по распределению корней характеристического уравнения или по частотным характеристикам системы.
К особой категории показателей качества относятся так называемые интегральные оценки, которые вычисляют либо непосредственно по переходной функции системы, либо по коэффициентам передаточной функции системы.
Вспомним, по лекции точность системы в переходных режимах определяется величинами отклонений управляемой переменной х(t) от заданного значения хз(t) и длительностью существования этих отклонений. Величина и длительность отклонений зависят от характера переходного процесса в системе. Характер переходного процесса в свою очередь зависит как от свойств системы, так и от места приложения внешнего воздействия.
При самой общей оценке качества обращают внимание прежде всего на форму переходного процесса. Различают следующие типовые переходные процессы (рис. 5.1): колебательный (кривая 1), монотонный (кривая 2) и апериодический (кривая 3).
Рис. 5.1. Типовые переходные процессы:
а — по заданию; б—по возмущению
Каждый из трех типовых процессов имеет свои преимущества и недостатки, и предпочтение той или иной форме процесса делают с учетом особенностей управляемого объекта. Так, например, в электромеханических объектах со сложными кинематическими передачами (лифты, экскаваторы, подъемные установки) нежелательны резкие знакопеременные усилия, и поэтому при выборе настроек систем управления такими объектами стремятся к апериодическим и монотонным процессам. В рассмотренной нами системе управления обогатительным аппаратом допустимы колебательные переходные процессы, так как кратковременные отклонения управляемых величин не ухудшают существенно показатели обогащения.
Прямые показатели.
Рассмотрим основные показатели качества управления применительно к типовой одноконтурной системе регулирования .
На графиках переходных процессов, вызванных ступенчатым изменением задающего воздействия хз(t) (рис. 5.2, а) и возмущения ув, действующего на входе объекта (рис. 5.2, б), за начало отсчета для выходной величины х(t) принято значение х(- 0), которое было до подачи ступенчатого воздействия.
Рис. 5.2. Прямые показатели качества процесса регулирования:
а—по каналу задания; б—по каналу возмущения
Одним из главных прямых показателей качества является перерегулирование s (%), которое равно отношению первого максимального отклонения управляемой переменной х(t) от ее установившегося значения х(¥) к этому установившемуся значению (см. рис. 5.2, а):
s = 100 (хм - х(¥)) / х(¥) = 100 A1 / х(¥). (5.1)
Качество управления считается удовлетворительным, если перерегулирование не превышает 30—40 %.
Для переходных процессов, вызванных возмущающим воздействием ув на входе объекта (см. рис. 5.2, б), перерегулирование можно определять как отношение второго (отрицательного) максимального отклонения А2 к первому максимальному отклонению A1:
s = 100 А2 / (хм - х(¥)) = 100 А2 / A1. (5.2)
Показатель, вычисляемый по данной формуле для переходных процессов по каналу возмущения, называют также колебательностью.
Другой важной характеристикой таких процессов служит динамический коэффициент регулирования Rд(%), который равен отношению первого максимального отклонения хм к отклонению выходной переменной х(t) нерегулируемого объекта, вызванному тем же возмущением, т.е.
Rд= 100 хм / ko . (5.3)
Коэффициент Rдпоказывает, насколько эффективно компенсирующее действие регулятора на объект.
Отметим, что и само первое максимальное отклонение хм, возникающее от возмущения на входе объекта, является показателем качества. При формировании требований к системе указывают допустимое значение максимального отклонения.
Длительность существования динамических отклонений управляемой величины х (t) от ее нового установившегося значения х (¥) принято оценивать с помощью нескольких характерных моментов времени. Самым важным из этой группы показателей является длительность переходного процесса (время регулирования) tп — интервал времени от момента приложения ступенчатого воздействия до момента, после которого отклонения управляемой величины х(t) от ее нового установившегося значения х (¥) становятся меньше некоторого заданного числа dп, т. е. до момента, после которого выполняется условие | х(t) — х (¥) | < dп . В промышленной автоматике величину dп принимают обычно равной 5 % от установившегося значения х (¥) [dп == 0,05 х (¥) ]. При оценке длительности переходных процессов, вызванных единичным возмущающим воздействием ув на входе объекта (см. рис. 5.2, б), величину dп можн принимать равной 5 % от значения передаточного коэффициента объекта ko [dп==0,05ko,
Библиографический список
1. Теория автоматического управления. Часть 1 / Под ред. Воронова А.А. – М.: Высшая школа, 1986.-367 с.
2. Петровский В.С., Харитонов В.В. Автоматика и автоматизация производственных процессов лесопромышленных предприятий. – М,: Лесная промышленность, 1990. – 240 с.
3. Пиргач Н.С. Пиргач В.С. Автоматическое регулирование и регуляторы. - М,: Лесная промышленность, 1975. -264 с.
4. Ползик П.В. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов деревообрабатывающих предприятий. – М,: Лесная промышленность, 1987. – 440 с.
5. Теория автоматического управления / Под ред. Соломенцева Ю.М. . – М,: Машиностроение, 1992. -268 с.
6. Савельев А.Д. Прикладная теория цифровых автоматов. – М,: Высшая школа, 1987. -272 с.
7. Ерофеев А.А. Автоматизированные системы управления строительными машинами. – Л,: Машиностроение, 1977.-224 с.
8. Воронов А.А., Титов В.К., Новогранов Б.И. Основы теории автоматического регулирования и управления. – М,: Высшая школа, 1977. – 517 с.
9. Боронихин А.С., Гризак Ю.С. Основы автоматизации производства. – М,: Стройиздат, 1981. – 343 с.
10. Зайцев Г.Ф. Теория автоматического управления и регулирования.-Киев,:Высшая школа,1988.-431с.
11. Теория автоматического управления./ Под ред.Шаталова А.С..-М,:Высшая школа,1978.- 445с.