Оценки качества управления

Качественные критерии системы управления

К автоматическим системам управления предъявляются требования по устойчивости процессов управления во всем диапазоне нагрузок на объект и по обеспечению определенных качественных показателей процесса автоматического регулирования.

Основные показатели качества регулирования:

• Ошибка регулирования (статистическая или среднеквадратическая составляющие).
• Время регулирования.
• Перерегулирование.
• Показатель колебательности.

Критериев качества регулирования много. Их разделяют на 4 группы:

• Критерии точности – используют величину ошибки в различных типовых режимах.
• Критерии величины запаса устойчивости – оценивают удаленность системы управления от границы устойчивости.
• Критерии быстродействия – оценивают быстроту реагирования системы управления на появление задающего и возмущающего воздействий.
• Интегральные критерии – оценивают обобщенные свойства системы управления: точность, запас устойчивости, быстродействие.

Оценку качества проведём, используя информацию о временных параметрах системы. Выбор критерия качества управления зависит от цели, для которой используется управление. Такими целями могут быть: поддержание постоянного значения параметра (например, температуры); слежение за изменением уставки или программное управление; управление демпфером в резервуаре с жидкостью и т.д.

Для той или иной задачи наиболее важными могут быть следующие факторы:

• форма отклика на внешнее возмущение (время установления, перерегулирование, коэффициент затухания и др.);
• форма отклика на шумы измерений;
• форма отклика на сигнал уставки;
• робастность по отношению к разбросу параметров объекта управления;
• требования к экономии энергии в управляемой системе;
• минимум шумов измерений и др.

Если в контуре управления возникает сигнал ошибки установившегося состояния, это означает, что регулируемая переменная не в состоянии точно достичь заданного стационарного рабочего состояния. Если сигнал ошибки незначителен в установившемся состоянии, это может быть приемлемо в некоторых ситуациях (например, очень простые или "нетребовательные" системы управления). Исчезновение любой остаточной ошибки зависит прежде всего от типа используемого контроллера (контроллер с или без компонента I), а также от типа регулируемой системы (с или без компенсации).

Большинство из известных количественных и качественных критериев для реакции контура управления на заданные изменения или помехи связаны со ступенчатыми изменениями заданной переменной или переменной помех.

Классификация внешних воздействий

Внешнее воздействие на входе системы наиболее характерно для программных и следящих систем. При этом надо так выбрать параметры и структуру системы, чтобы это воздействие воспроизводилось с минимальной ошибкой (ковариантная задача). В общем случае все эти воздействия на систему являются сложной функцией времени.

При исследовании качества процесса управления обычно принято рассматривать несколько типичных воздействий в виде следующих функций: единичной скачкообразной, импульсной, гармонической и соответствующей изменению сигнала с постоянной скоростью. Наиболее распространенным является воздействие в виде скачкообразной функции.

Изменение режима работы автоматической системы возникает в результате прикладываемых к ней внешних воздействий. При этом возможны различные режимы работы системы в зависимости от заданного закона изменения выходной переменной и внешних возмущающих воздействий. Внешнее возмущение в виде переменной нагрузки наиболее существенно для систем стабилизации управляемой переменной на заданном уровне. Основная задача при этом состоит в том, чтобы создать систему, которая не реагировала бы на это воздействие (инвариантная задача).

Оценивая реакцию на помехи, в том числе реакцию на скачок помех, в принципе используют те же самые параметры, что и при оценке реакции на изменения опорной величины. Следующий рисунок показывает типичную реакцию на скачок помех с соответствующими качественными критериями.

Дата добавления: 2014-01-03