39813

Анализ качества АСР

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Анализ качества АСР. Системы построенные только по условиям физической реализации как правило не удовлетворяют показателям качества а реализация переходного процесса близко к идеальному связано с большими энергозатратами. Наиболее тяжёлым для АСР является единичный сигнал поэтому если АСР удовлетворяет заданным показателям качества при ступенчатом воздействии то она будет вести себя не хуже при остальных воздействиях. Методы оценки качества переходного процесса АСР.

Русский

2013-10-08

433.5 KB

9 чел.

Лекция 9.

Анализ качества АСР.

Разрабатываемые АСР должны удовлетворять определённым техническим требованиям:

  1.  Физическая осуществимость;
  2.  Устойчивость;
  3.  Точность регулирования в установившемся режиме – статическая ошибка, ошибка по скорости и ускорению (для астатических систем);
  4.  Качество переходного процесса.

Таким образом, АСР тем качественнее, чем точнее она воспроизводит полезные (задающие) воздействия и чем сильнее подавляет возмущающие воздействия.

Системы, построенные только по условиям физической реализации, как правило, не удовлетворяют показателям качества, а реализация переходного процесса близко к идеальному связано с большими энергозатратами. Таким образом, на практике находят компромисс между качеством и стоимостью.

Качество АСР оценивается по реакции на типовые воздействия: единичная ступенька, единичный импульс, гармонический сигнал (sin), шумовое воздействие – случайный сигнал с заданными вероятностными характеристиками.

Наиболее тяжёлым для АСР является единичный сигнал, поэтому если АСР удовлетворяет заданным показателям качества при ступенчатом воздействии, то она будет вести себя не хуже при остальных воздействиях.

Различают три вида реакции на ступенчатый сигнал: монотонный (наилучший), апериодический, колебательный (для некоторых систем недопустим).

Методы оценки качества переходного процесса АСР.

Прямые методы: показатели качества определяются по кривой переходного процесса, снятой с объекта управления в опыте или рассчитанной по модели.

Показатели качества:

Время регулирования. В статической системе регулируемый параметр достигает заданного значения за бесконечное  время, на практике оперируют конечными значениями времени регулирования, которое определяется как время, за которое рассогласование достигает определённого значения и не превышает его в последствии, то есть .

обычно принимают 5%, но для точных систем управления она может быть и меньше. Иногда в качестве зоны берётся зона нечувствительности АСР (особенно для релейных систем).

Перерегулирование: ,%. Для большинства АСР , но есть объекты не допускающие перерегулирования.

Колебательность: количество min или max за время регулирования.

Прямые методы оценки просты, наглядны и точны, однако требуют опыта.

Косвенные методы:

Корневой – о качестве переходного процесса судят по корням числителя и знаменателя передаточной функции замкнутой системы. Корни числителя называются "нулями", а корни знаменателя – "полюсами". Влияние нулей на переходный процесс оценить очень тяжело, поэтому в основном оценку ведут по полюсам.

Если корни вещественные, то , а корни лежат на оси –Re.

 

Выбирается ближайший к мнимой оси корень, как наиболее сильно влияющий на время регулирования. Тогда , где - зона в которую должен войти переходный процесс. Если =0,05, то .

Если имеются комплексно сопряжённые полюса, тогда , а . Берутся также ближайшие к Im полюса, тогда верхняя оценка времени регулирования будет при .

Частотный – о характере переходного процесса судят по ВЧХ ЗС.

- по теореме Солодовникова.

  1.  монотонная, 2- невозрастающая, 3- возрастающая, 4- знакопеременная.

Характерные точки:

П  - частота пропускания, частота при которой P() входит в 10% зону.

0 - частота знакопостоянства, частота при которой P() пересекает прямую 0,1 и входит в 10% зону. (Для 1-3 ВЧХ П=0).

По виду ВЧХ сформулированы ряд правил:

  1.  Начальное значение ВЧХ есть установившееся значение ПХ.

Р(0)=lim t h(t)

  1.  Начальное значение ПХ есть установившееся значение ВЧХ.

h(0)= lim  P()

  1.  Монотонным ВЧХ соответствуют монотонные переходные процессы.

.Чем шире полоса пропускания, тем быстрее заканчивается ПП.

  1.  Невозрастающим ВЧХ соответствуют переходные процессы с , но чем больше полоса пропускания, тем больше .

  1.  Если одна ВЧХ повторяет другую в другом масштабе частот (P1()=P2(n)), то переходные процессы повторяют друг друга с учётом масштаба времени (y1(t)=y2(t/n)).

  1.  Для возрастающих и знакопеременных ВЧХ , если  - не корректно.

  1.  Можно определить время переходного процесса:

Можно оценить колебательность переходного процесса по АЧХ:

- удовлетворительная колебательность, К – частота колебаний переходного процесса.

Приведенные свойства ВЧХ дают приближенную оценку качества регулирования, не производя при этом существенных расчетов. Косвенные методы оценки важны в инженерной практике для предварительной оценки правильности выполнения этапов проектирования и позволяют по совокупности признаков качества своевременно принять меры для изменения структуры и параметров разрабатываемой системы регулирования.

Интегральные методы.

Часто у АСР могут быть переходные процессы с одинаковыми показателями качества, однако необходимо оценить, какой переходный процесс лучше. Интегральные методы оценки качества как раз и разработаны для этого. Все критерии основаны на рассогласовании .

1. . На практике пределы интегрирования ограничиваются значением t или 2t. J1 – площадь между линией y и кривой переходного процесса. Критерий не работает для систем с перерегулированием, он корректен только для монотонных переходных процессов.

2. . Может быть использован для систем с колебательностью. Эта оценка также хороша тем, что позволяет в замкнутой форме выразить зависимость J2 от параметров системы.

3. .

4. . Вводя интегральную оценку по производной косвенно учитывают энергозатраты, то есть, чем меньше скорость изменения y(t), тем лучше система. Весовой коэффициент k выбирается из практических соображений. .

5. . Сейчас этот способ оценки распространяется в вычислительной технике. При нём сокращается время tp.

6. . Где U(t) – управляющее воздействие. Используется когда необходимо минимизировать энергозатраты на управление, особенно расход топлива. k - весовой коэффициент, определяет, на сколько важны энергозатраты.

Собственно интегральные методы оценки качества никакого физического смысла не имеют – это число и, чтобы его использовать, его надо сравнить с другим числом.

Понятие об оптимальном управлении.

Пусть имеется система управления с ПИД регулятором. Система позволяющая получить наилучшие показатели качества в каком-либо смысле называется оптимальной и реализует оптимальное управление. В системе с ПИД регулятором можно формировать различные переходные процессы в зависимости от параметров регулятора.

Пусть имеется сочетание параметров k, Tи, Тд, обеспечивающие устойчивость АСР. Имеется математическая модель неизменной части (объект управления). Выбирается критерий оптимальности или целевая функция – это может быть один из интегральных методов оценки качества или иной критерий. Кроме того, как правило, имеются ограничения физического характера или граничные условия, налагаемые на различные параметры и воздействия в системе.

Для построения оптимальной СУ при параметрах регулятора, обеспечивающих устойчивость, определяют критерий оптимальности, изменяют один или несколько параметров регулятора и снова вычисляют критерий. Операции повторяются для нахождения минимума целевой функции. Параметры регулятора, обеспечивающие минимум (реже максимум) критерия оптимальности соответствуют оптимальному управлению. В рассмотрении предполагается, что параметры оптимизации независимы.

Для оптимизации по нескольким параметрам одновременно или многомерной оптимизации используются различные методы:

  1.  Метод координатного спуска;
  2.  Метод градиентного спуска;
  3.  Симплекс метод.

На практике обычно пользуются несколькими методами для проверки.

Если в АСР каждый переходный процесс является оптимальным, то систему управления называют равномерно - оптимальной.

Когда нельзя обеспечить оптимальность каждого переходного процесса из-за случайных внешних воздействий, то можно построить статически – оптимальные системы, обеспечивающую оптимальное управление в среднем.

Есть ещё минимаксно - оптимальные системы, то есть лучшую из всех наихудших по заданному критерию, когда нет априорных сведений о вероятностных распределениях воздействий.

Оптимальную систему можно построить, но в процессе эксплуатации меняются как параметры объекта управления, так и параметры регулятора, поэтому с течением времени система перестаёт быть оптимальной. Поэтому желательно иметь систему управления, контролирующую изменение параметров и подстраивающуюся, приспосабливающуюся к текущему состоянию.

Такие системы управления называются адаптивными и имеют следующие особенности:

  •  Получение и анализ текущей информации об объекте управления (идентификация);
  •  Решение задачи синтеза системы адаптации по заданному критерию качества;
  •  Реализация процесса контролируемого изменения свойств системы управления.

Для выполнения этих функций в основной контур управления вводится вычислительное устройство, включающее три взаимодействующих блока – анализатор, синтезатор и исполнительное устройство решающее соответствующие задачи.

По диапазону адаптивных свойств выделяют три основных класса адаптивных систем:

  •  Самонастраивающиеся системы, обеспечивают контролируемое изменение параметров и управляющих воздействий;
  •  Самоорганизующиеся системы, обеспечивают контролируемое изменение структуры и возможное изменение параметров и управляющих воздействий;
  •  Самообучающиеся системы, в которых обеспечивается контролируемое изменение структуры, параметров, алгоритмов управления с использованием опыта функционирования.

БА- блок адаптации, А- анализатор, С- синтезатор, ИУ- исполнительное устройство.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21326. Межсетевой экран 214 KB
  Владелец компьютера имеющего выход в Internet устанавливает межсетевой экран чтобы предотвратить получение посторонними конфиденциальных данных хранящихся на защищаемом компьютере рис. Если с другой стороны это приложение таково что по вашему мнению оно не должно взаимодействовать с другим компьютером например текстовый редактор или новая игра загруженная из Internet то скорее всего вы создадите правило которое будет блокировать передачу пакетов этим приложением. Но тем не менее самой защищенной является сеть которая...
21327. Основные понятия информационной безопасности 59 KB
  Информация и формы ее существования на объекте Информация Сведения о лицах предметах фактах событиях явлениях и процессах независимо от формы их представления закон об информации Информация это то что дает возможность получателю логически сформулировать или изменить представление о некоторой структуре образ схема модель. Информация Сведения раскрываемые технической разведкой через демаскирующие признаки объектов защиты или путем несанкционированного доступа к техническим средствам обработки информации. Справочник ВНИИ...
21328. СИСТЕМА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ 80 KB
  Винахід (корисна модель) - це результат інтелектуальної діяльності людини в будь-якій сфері технології. Винахід (корисна модель) може бути секретним, якщо містить інформацію, віднесену до державної таємниці.
21329. Политика информационной безопасности 174 KB
  Лекция: Политика Рассмотрены вопросы политики информационной безопасности методика разработки политик создания развертывания и эффективного использования. Наверное самая неинтересная часть профессиональной работы в сфере информационной безопасности это разработка политики. Но политика имеет огромное значение для организации и вероятно является наиболее важной работой отдела информационной безопасности. Таким образом политика выполняет две основные функции: определяет безопасность внутри организации; определяет место каждого служащего...
21330. Протоколирование и аудит 94.5 KB
  Реализация протоколирования и аудита решает следующие задачи: обеспечение подотчетности пользователей и администраторов; обеспечение возможности реконструкции последовательности событий; обнаружение попыток нарушений информационной безопасности; предоставление информации для выявления и анализа проблем. Разумный подход к упомянутым вопросам применительно к операционным системам предлагается в Оранжевой книге где выделены следующие события: вход в систему успешный или нет; выход из системы; обращение к удаленной системе; операции с...
21331. Службы информационной безопасности 246.5 KB
  Службы информационной безопасности и типы атак Атаки Службы безопасности Конфиденциальность Целостность Доступность Идентифицируемость Доступа X X Модификации X X Отказ в обслуживании X Отказ от обязательств X X Конфиденциальность Служба конфиденциальности обеспечивает секретность информации. Правильно сконфигурированная эта служба открывает доступ к информации только аутентифицированным пользователям. Выполняя эту функцию служба конфиденциальности ограждает системы от атак доступа.
21332. Информационная культура 27 KB
  Для отражения этого факта был введен термин информационная культура. Информационная культура это умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения обработки и передачи компьютерную информационную технологию современные технические средства и методы. Информационная культура в узком смысле это уровень развития сферы информационного общения людей а также характеристика информационной сферы жизнедеятельности человека в которой мы можем отметить степень достигнутого количество и качество созданного...
21333. Общее представление об информационной системе 3.9 MB
  Информационные системы обеспечивают сбор хранение обработку поиск и выдачу информации необходимой в процессе принятия решений в любой области. Информационная система ИС взаимосвязанная совокупность средств методов и персонала используемая для хранения обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Современное понимание ИС предполагает использование компьютера в качестве основного технического средства переработки информации. Они становятся стратегическим источником информации и используются на всех уровнях...
21334. Основные понятия, терминология и классификация 185 KB
  Опираясь на рассмотренное содержание понятия технология можно сформулировать следующее определение понятия информационная технология: Информационная технология это совокупность средств и методов их применения для целенаправленного изменения свойств информации определяемого содержанием решаемой задачи или проблемы Информационная технология ИТ это совокупность методов производственных и программнотехнических средств объединенных в технологическую цепочку обеспечивающую сбор хранение обработку вывод и распространение...