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

32370. Метод беседы (интервью) 13.89 KB
  Отличительной особенностью беседы непосредственный характер общения исследователя с испытуемым. Может проводится заметно для субъекта с соблюдением норм профэтики Программа и содержание могут быть гибкими изменяться психологом в соответствии с целями Недостатки: Субъективность результатов эффект двойной субъективности Сильное влияние психолога на результаты исследования эффект ореола особенности внимания и памяти психолога Позиция психолога: Обязан создать доверительную спокойную доброжелательную атмосферу в ходе исследования без...
32371. Взаимодействие детей со взрослыми на различных возрастных этапах 14.64 KB
  Основа – органические нужды ребенка которые заставляют первоначально выделить взрослого в окружающем мире. Взаимодействие с членами расширенной семьи бабушки дедушки дяди тети – обогащает внутренний мир ребенка и вписывает новые соц. в психике ребенка формируется новообразование – самооценка учится оценивать свою деятельность.
32372. Социальное развитие личности. Социализация. Направления социализации и ее задачи на разных этапах развития личности 14.9 KB
  Стилизованный субкультура Межличностный Психолгический подражание идентификация рефлексия Периодизация развития личности: В младенчестве главную роль в жизни ребенка играет мать она кормит ухаживает дает ласку заботу в результате чего у ребенка формируется базовое доверие к миру. Базовое доверие проявляется в легкости кормления хорошем сне ребенка нормальной работе кишечника умение ребенка спокойно ждать мать не кричит не зовет ребенок как бы уверен что мать придет и сделает то что нужно. Сильно выраженный дефицит...
32373. Метод анкетирования 13.88 KB
  Недостатка: Не позволяет исследовать глубинные механизмы психики Проводится заочно способом поэтому ограничен контроль правдивости ответов нет гарантии что все вопросы поняты правильно нет возможности уточнить Несерьезное отношение иногда негативное Небольшой процент возврата 515 Правила составления: Вопросы должны быть изложены простым и понятным языком Наследует использовать сложной научной терминологии. отпечатана на чистой белой бумаге Вначале А располагаются вопросы общего характера возраст профессия Наиболее важные...
32374. Аномальное и отклоняющееся развитие. Дизонтогенез. Факторы, типы и психологические параметры дизонтогенеза 14.07 KB
  К аномальным неправильным относятся дети у которых физические и психические отклонения приводят к нарушению общего развития. Категории: Дети с нарушениями слуха глухие слабослышащие позднооглохшие Дети с нарушениями зрения слепые слабовидящие0 Дети с тяжелыми нарушениями речи логопаты Дети с нарушениями интеллектуального развития умственно отсталые психически недоразвитые Дети с комплексными нарушениями слепоглухонемые слепоумственно отсталые Дети с нарушением опорнодвигательного аппарата Дизонтогенез – это нарушение развития...
32375. Психологическая структура личности 13.13 KB
  стрра личности – это целостная модель системы качеств и свойств которая полно характеризует психологические особенности личности человека индивида. Элементами психологической структуры личности являются ее психические свойства и особенности обычно называемые чертами личности. Но все это труднообозримое число свойств личности психологи пытаются условно уложить в некоторое количество подструктур.
32376. Специфика детско-родительских отношений. Особенности диагностической и коррекционной работы с семьей 14.57 KB
  Особенности диагностической и коррекционной работы с семьей. В диагностике направления работы с ребенком условно можно выделить наиболее часто встречающиеся задачи: Контроль развития ребенка с целью своевременного обнаружения трудностей отставаний профилактики возможных неблагоприятных вариантов развития. Полученные данные могут использоваться специалистами психологами и социальными педагогами для построения профилактической коррекционной работы с детьми и для просветительской работы с родителями. Этические нормы работы психолога не...
32377. Метод анализа результата деятельности. Анализ почерка. Анализ детского рисунка. Анализ внешнего поведения 11.75 KB
  Учение о почерке – графология. Первые научные представления появились в Древнем мире. Аббат Мишон основал первое графологическое общество. Зуев-Инсаров (в России начало 20в.) один из известных графологов. После революции графология была признана лженаукой.
32378. Понятие деятельности. Психологическая характеристика деятельности. Психологическая структура деятельности. Классификация видов деятельности 14.17 KB
  Психологическая характеристика деятельности. Психологическая структура деятельности. Классификация видов деятельности.