69334

Якість лінійних неперервних САК та методи її оцінки

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Стійкість системи є необхідною але недостатньою умовою робото спроможністю САК. Точність системи в перехідних процесах оцінюють за допомогою прямих та непрямих показників. Непрямі показники визначають за розташуванням коренів характеристичного рівняння або за частотними характеристиками системи.

Украинкский

2014-10-03

97 KB

13 чел.

Тема 9. Якість лінійних неперервних САК та методи її оцінки

  1.  Поняття та показники якості керування
  2.  Прямі показники якості керування
  3.  Непрямі показники якості керування
  4.  Чутливість САК

1. Стійкість системи є необхідною, але недостатньою умовою робото спроможністю САК. Достатньою умовою є якість процесів керування, яка оцінюється якістю перехідних процесів та помилками в усталених режимах.

Точність системи в перехідних процесах оцінюють за допомогою прямих та непрямих показників. Прямі показники визначають за графіком перехідного процесу, який виникає в системі при ступінчастій вхідній дії. Непрямі показники визначають за розташуванням коренів характеристичного рівняння або за частотними характеристиками системи. До окремої категорії непрямих показників якості відносяться так звані інтегральні оцінки, як розраховують або безпосередньо за перехідною функцією системи або за коефіцієнтами передаточної функції системи.

Точність системи в перехідних режимах визначається величинами відхиленнями керованої величини x(t) від заданого значення xз(t) та тривалістю існування цих відхилень. Величина та тривалість перехідного процесу залежать від характеру перехідного процесу.

Розрізняють наступні типові перехідні процеси: монотонний, коливальний, аперіодичний з перерегулюванням.

2. До основних прямих показників якості перехідних процесів відносяться час регулювання, перерегулювання, основна частота коливань, кількість коливань, максимальна швидкість та прискорення керованої величини.

Практично прийнято вважати, що перехідний процес закінчується, коли відхилення керованої величини від нового її усталеного значення не буде перевищувати допустимих меж.

.

Тривалість перехідного процесу tр (час регулювання) характеризує швидкодію системи. Також швидкодію системи можна характеризувати за допомогою tу – часу, за який система перший раз досягла усталеного значення; і tmax – часу, за який система досягає свого максимального значення (час «першого максимуму»).

Перерегулювання характеризує в процентному відношенні максимальне відхилення від усталеного значення

.

Перерегулювання з’являється внаслідок того, що система до нового усталеного значення підходить з певною швидкістю, яку графічно можна показати як тангенс кута нахилу.

Гранично припустиме перерегулювання для технічних процесів 20-30%.

Частота коливань

,

де Т – період коливань для коливальних перехідних процесів.

Ступінь затухання перехідного процесу

,

де А1, А3 – сусідні максимальні відхилення (амплітуди) одного знаку. Інтенсивність затухання коливань в системі вважається задовільною, якщо .

Іноді для оцінки коливальних процесів використовують показник якості, який називають логарифмічним декрементом затухання

.

Коливальність системи можна також оцінювати за кількістю переходів N величини x(t) через усталене значення x() за час tр. Задовільним вважається , іноді .

3. Всебічну оцінку якості перехідного процесу виконують за графіком перехідної функції. Але коли немає можливості отримати графік перехідного процесу експериментально, аналітично або шляхом моделювання на ЕОМ, використовують непрямі показники якості, які розраховуються за коефіцієнтами рівняння або частотними характеристиками системи.

Частотні показники якості.

Для оцінки якості використовують наступні частотні показники: частотний показник коливальності, резонансна (власна) частота коливань, смуга пропускання, частота зрізу, запаси стійкості за амплітудою та за фазою.

За амплітудною характеристикою замкненої системи оцінюють частотний показник коливальності, що дорівнює відношенню максимуму Aмax характеристики до її початкового значення

.

Якість слідкуючої системи вважається задовільною, якщо М=1,21,5. Якщо М<1,2, то система буде мати великий час регулювання. Якщо М буде занадто великим, то буде збільшуватися перерегулювання і система буде прямувати до межі стійкості.

Частоту р, при якій АЧХ замкненої системи має максимум, називають резонансною частотою системи, тобто на цій частоті гармонічні коливання проходять з найбільшим підсиленням.

Смуга пропускання системи – це інтервал частот від 0 до 0, при якій виконується умова

, або   ,

Смуга пропускання не повинна бути занадто широкою, інакше система буде пропускати високочастотні перешкоди.

Частота зрізу зр – частота, при якій АЧХ системи приймає значення 1, тобто . Ця частота непрямо характеризує тривалість перехідного процесу. Чим менша частота зрізу, тим гірша швидкодія системи

.

Якщо перехідний процес має одне-два коливання, то час досягнення перехідною характеристикою першого максимуму

.

Запаси стійкості необхідно приймати у зв’язку з тим, що деякі параметри об’єкту керування можуть довільно змінюватися в процесі роботи.

Кореневі показники якості

Для непрямої оцінки використовують також кореневі показники якості, які визначаються за розташуванням коренів характеристичного рівняння замкненої системи.

Основний вплив на характер перехідного процесу мають корні, розташовані ближче до уявної вісі, які дають найбільш тривалі складові перехідного процесу і називаються домінуючими.

Відстань від уявної вісі до найближчого до неї кореня називається ступенем стійкості . Якщо найближчий корінь є дійсним, то домінуючою складовою перехідного процесу буде експонента з показником ступеня pk =

,     (9.1)

якщо ж найближчим до уявної вісі є два комплексно спряжених комплексних кореня, то домінуючою складовою буде одна коливальна складова, яка затухає також за коливальною складовою (9.1). В обох випадках тривалість перехідного процесу визначається наближеною формулою

.

При виборі параметрів налаштування регулятора завжди намагаються компенсувати (виключити з рівняння) домінуючі (найменші) корені, яким відповідають найбільші постійні часу об’єкту, і тим самим збільшити швидкодію системи.

Коливальні властивості системи регулювання визначає та k-та пара коренів pk = k + jk, для якої є найбільшим співвідношення

.

Відношення  уявної частини до дійсної частини домінуючої пари комплексних коренів називають ступенем коливальності.

В практичних розрахунках частіше використовують кореневий показник коливальності

.

При налаштуванні регуляторів намагаються отримати значення = 0,20,5.

Інтегральні оцінки якості

Узагальненим критерієм якості перехідних процесів є інтегральна оцінка. Інтегральна оцінка уявляє собою визначений інтеграл за часом (від 0 до ) від деякої функції перехідної складової помилки. Звичайно інтегральні оцінки приймають для слідкуючих систем, які є астатичними. В таких системах усталене значення помилки при ступеневому сигналі завдання дорівнює нулю. Перехідна складова помилки дорівнює помилці системи

,

.    (9.2)

Інтегральна оцінка (9.2) враховує як величину динамічних відхилень, так і тривалість їх існування. Тому чим менша величина помилки, тим вища якість керування.

Інтеграл відповідає (9.2) площі під кривою перехідної складової сигналу помилки, що викликана зміненням сигналу завдання або збурення. Площа під кривою буде тим меншою, чим швидше закінчується перехідний процес та та чим меншим є відхилення сигналу x(t) від заданого значення xз(t).

Недоліком інтегральної оцінки (9.2) є те, що вона може бути використана тільки для перехідних процесів без перерегулювання, коли помилка не змінює свого знаку.

У зв’язку з цим для коливальних перехідних процесів іноді використовують модульну інтегральну оцінку

,    (9.3)

При аналізі та синтезі систем керування з коливальними властивостями найширше використовується квадратична інтегральна оцінка

.    (9.4)

Квадратична оцінка, так само як і лінійна, враховує величину та тривалість відхилень. Але у зв’язку з піднесенням до квадрату перші (більші) відхилення мають в кінцевому значенні інтегралу суттєво більшу вагу, чим наступні малі відхилення. Тому мінімальні значення оцінки завжди відповідають коливальним процесам з малим затуханням.

З метою усунення цього недоліку використовують покращену квадратичну оцінку

яка, окрім самих відхилень, враховує з ваговим коефіцієнтом  похідну відхилень. Звичайно ваговий коефіцієнт  приймають в межах

,

де  – бажана тривалість перехідного процесу.

4. При аналізі стійкості та якості САК вважалось, що значення параметрів об’єкта та керуючого пристрою залишаються в процесі експлуатації постійними. Але в реальних промислових умовах під впливом ряду причин (змінення температури, спрацювання обладнання, старіння ізоляції тощо) параметри системи поступово змінюються, і їх дійсні значення завжди відрізняються від розрахункових. Вплив варіацій параметрів системи називають параметричними збуреннями, а відхилення характеристик системи від розрахункових значень, які виникають при цьому – параметричними помилками.

Чутливість – це властивість системи змінювати свої вихідні координати та показники якості при відхиленні того або іншого її параметра від вихідного або розрахункового значення. Для позначення протилежної властивості використовується термін грубість. Системи, які зберігають свої властивості при будь-яких параметричних збуреннях, називають грубими або робастними.

В якості кількісних оцінок чутливості використовуються функції чутливості. Функція чутливості є частинною похідною координати системи або окремого показника якості по параметру системи, який змінюється (варіюється).

У загальному випадку функцію чутливості можна записати у вигляді

.

Індекс 0 відповідає визначенню функції чутливості при початковому (номінальному) значенні параметрів системи.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

52695. Новое время: встреча Америки и Европы. 4-й класс 44 KB
  – Зачем люди отправлялись в путешествия ответы детей– Что вы знаете об открытии Америки ответы детей слайд 1 см. На пути Колумба оказалась земля которую он принял за Индию слайд 2. Фернан Магеллан был португальцем слайд 3. Даниэль Дефо 1660–1731 написал знаменитый приключенческий роман “Жизнь и удивительные приключения Робинзона Крузо†восславивший труд и волю к жизни слайд 4.
52696. Венерические болезни и меры профилактики 31.5 KB
  Проблемное обучение Тема: Венерические болезни и меры профилактики. Цель: сформировать понятия венерические болезни гонорея сифилис генитальный герпес знание мер профилактики симптомов возбудителей болезни. Планируемый результат: знать понятия венерические болезни гонорея сифилис генитальный герпес знание мер профилактики симптомов возбудителей болезни. На всем Земном шаре люди сталкиваются независимо от их желания с такой проблемой как венерические болезни а столкнувшись с ней не очень компетентны в данной области.
52697. Сценарій свята, присвяченого останньому дзвонику «Хай доля ваша буде дзвінка та крилата»! 111 KB
  Хай відкривають двері у майбутнє. На все життя запам’ятайте мить чудову Ми радо запрошуємо на свято 53 випуск Манвелівської середньої загальноосвітньої школи щоб їх благословити на доросле життя В Під рушниками – оберегами Хай перший ваш проляже шлях Хай біжить він не по тернах по квітучих вже полях випускники зупиняються В. Побажаємо щастя хай доля стелиться їм світлим полотном танцюристи передають рушники батькам які роблять почесний коридор.
52699. Повторение изученного материала. (Сложение и вычитание многозначных чисел) 51 KB
  Проверка выполнения домашнего задания. В течение урока мы будем помогать строителям дома выполняя разные математические задания тем самым будем закреплять изученный материал. а Подготовка площадки для строительства нового дома: 1.10кг б как вы думаете с чего начинается строительство дома ответы детей с планапроекта грамотное составление плана проекта способствует правильному строительству дома поэтому внимание: расшифруйте фразу из ответов решив эти примеры по 2 командам.