Качество процесса управления

Определение устойчивости системы и ее стабилизация являются первой проблемой, решаемой при создании автоматических систем. Вторая не менее важная задача – исследование качества процесса управления.

Качество процесса управления определяется поведением автоматической системы при переходе с одного режима работы на другой. Различают следующие основные показатели качества процесса управления (рис.1.14): точность (ошибка δ), время переходного процесса t_p, колебательность переходного процесса, зона нечувствительности ε, максимальное превышение (перерегулирование) Х_макс управляемой величины от заданного значения.

Рис.1.14. Качественные показатели процесса управления.

 

Точность управления зависит от величины погрешности, т.е. отклонения управляемой величины Х_вых от заданного значения Х_н:

ΔХ_вых = Х_н – Х_вых,

или ΔХ_вых = ΔХ_уст + ΔХ_перех.

В статических системах установившееся значение управляемой величины всегда меньше заданного и всегда имеется статическая ошибка, которая тем меньше, чем больше коэффициент усиления К системы.

Если управляемая величина принимает за время переходного процесса значение, большее установившегося, вводится понятие о максимальной величине отклонения управляемой величины Х_макс. При большой величине максимального отклонения могут возникнуть значительные динамические усилия в механической части системы и чрезмерные перенапряжения в электрических элементах (при сварке большой всплеск тока может привести к выбросу части электрода из сварочной зоны или прожогу изделия). Поэтому Х_макс ограничивают в техническом задании на проектирование.

Быстродействие системы определяется временем переходного процесса t_p, являющийся одним из показателей качества процесса управления. Теоретически переходной процесс продолжается бесконечно долго, поэтому на практике принимают такое время, по истечении которого отклонение управляемой величины не будет превосходить некоторых пределов ε. Часто считают, что переходной процесс заканчивается в тот момент времени, начиная с которого отклонение управляемой величины отличается от нового установившегося значения не более, чем на 5% (если ε не задано).

По виду переходной характеристики процесс управления может быть апериодическим, колебательным или монотонным (рис.1.15).

Рис.1.15. Характер затухания переходного процесса.

 

Процесс является монотонным, если отклонение управляемой величины от нового установившегося значения с течением времени только уменьшается (кривая 1 на рис. 1.15); он является апериодическим, если имеет место не более одного перерегулирования относительно начального значений управляемой величины (кривая 2), и колебательным, если управляемая величина в течение переходного процесса несколько раз отклоняется в обе стороны от конечного установившегося значения (кривая 3 на рис. 1.15).

В некоторых случаях необходимо иметь суждение о быстроте затухания переходного процесса. В случае монотонного и апериодического процессов быстрота затухания характеризуется абсолютным значением наименьшего вещественного корня характеристического уравнения данной системы.

Для суждения о быстроте затухания колебательного процесса пользуются логарифмическим декрементом затухания, который равен натуральному логарифму отношения двух последовательных экстремумов кривой затухания (рис. 1.15, справа).

 

 

Вопросы для самопроверки

1.Что изучает автоматика?

2.В чем цель курса «Автоматика и автоматизация сварочных процессов?

3.Что такое управляемый объект, управление, автоматическое управление?

4.Что такое автоматическая система?

5.Что такое задающие воздействия, возмущения?

6.Каким образом осуществляется формализация объекта управления? Для чего она нужна?

7.Какие основные методы применяются для создания математической модели объекта управления?

8.Перечислите основные типы систем автоматического регулирования и управления.

9.Укажите принципиальную разницу между разомкнутыми и замкнутыми автоматическими системами.

10.Как классифицируются автоматические системы в зависимости от типа задающего воздействия?

11.Какие бывают принципы управления?

12.Из каких этапов состоит разработка автоматических систем?

13.Что такое статический и динамический режим работы автоматической системы?

14.Какими признаками характеризуется звено автоматической системы?

15.Рассмотрите характеристики типовых звеньев.

16.Что такое структурная схема автоматической системы?

17.Чему равна передаточная функция системы последовательно соединенных звеньев? То же – для параллельно соединенных?

18.Что такое отрицательная и положительная обратные связи?

19.Чем жесткая обратная связь отличается от гибкой?

20.Что такое устойчивость автоматических систем?

21.Назовите необходимые и достаточные условия устойчивости автоматической системы (теорема Ляпунова).

22.Какие методы проверки автоматических систем на устойчивость Вы знаете?

23.Назовите основные показатели качества регулирования.