При определении работоспособности системы регулирования устойчивость является необходимым, но недостаточным условием. Вторая не менее важная задача — обеспечение качества процесса регулирования.
Из всех качественных показателей выделяют несколько наиболее важных, которые достаточно полно определяют качество почти всех систем регулирования. К таким показателям относятся: время переходного процес-са, максимальное отклонение (перерегулирование) регулируемой величины от заданного значения, колебательность и точность.
Качество процесса регулирования в каждом конкретном случае определяется динамическими свойствами объекта {k, Гит), выбранным типом автоматического регулятора (П-, И-, ПИ- и ПИД-) и установкой параметров настройки.
По виду характеристики переходный процесс может быть апериодическим или колебательным. На рис. 7.4, а представлена кривая при апериодическом переходном процессе, а на рис. 7.4, б — при колебательном переходном процессе.
Временем регулирования называется время, в течение которого, начиная с момента приложения воздействия к системе, отклонение регулируемой величины y(t) отличается от нового установившегося значения не более чем на е = 5% (если величина | не задана); этот показатель характеризует быстродействие системы. Чем меньше /р, тем лучше реагирует система на внешние воздействия.
Кроме одного из основных показателей качества — времени регулирования §§ на кривой можно указать еще несколько значений времени, характеризующих форму кривой переходного процесса; это время опережения t0, в течение которого регулирующая величина впервые достигнет значения, соответствующего новому установившемуся состоянию; время пика время, необходимое для достижения регулируемой величины в первый раз своего максимального значения.
Наименьшее время регулирования дает система с пропорциональным регулятором. Несколько дольше протекает процесс регулирования в системе с ПИД-регулятором, более длителен процесс в системе с изодромным регулятором и особенно длителен в системе с интегральным регулятором.
Максимальным значением, или леререгулированием а, является величина первого отклонения регулируемой величины от заданного значения; эта величина выражена в процентах.
Абсолютная величина макс определяется с помощью кривой переходного процесса:
Этот показатель совместно с двумя последующими характеризует плавность протекания переходного процесса в системе.
Для апериодических процессов регулирования, протекающих без колебаний, максимальное отклонение равно нулю.
Использование регуляторов разных типов на одном объекте приводит к различным величинам максимальных отклонений регулируемой величины. Система с интегральным регулятором дает наибольшее отклонение. Система с пропорциональным регулятором снижает максимальное отклонение регулируемой величины. Система с изодромным регулятором снижает его еще более, система с ПИД-регулятором значительно уменьшает отклонение регулируемой величины и сокращает время регулирования. Чем меньше площадь, ограничивающая кривую переходного процесса, тем лучше качество регулирования.
Колебательность системы п характеризуется числом колебаний регулируемой величины в системе за время переходного процесса. Колебательность системы связана со степенью затухания выражением где п — колебательность системы.
Под степенью затухания ношение разности соседних амплитуд ленных в одну сторону, к первой из них:
Если за время регулирования число колебаний кривой переходного процесса будет меньше или равно заданному по условиям технологии, то считается, что в части колебательности система обладает требуемым качеством регулирования.
Точность в системы регулирования определяется величиной отклонения установившегося значения регулируемой величины от заданного значения.
Разность между заданным и действительным значениями регулируемой величины называется статической ошибкой регулирования или остаточным отклонением. Возвращение регулируемой величины к заданному значению без остаточного отклонения достигается введением в закон регулирования воздействия по интегралу от отклонения регулируемой величины.
В системах с интегральным регулятором в процессе регулирования имеют место большие динамические отклонения регулируемой величины. В изодромном регуляторе наличие пропорциональной составляющей уменьшает динамические отклонения регулируемой величины и увеличивает устойчивость. Наличие интегральной составляющей устраняет остаточное отклонение и возвращает регулируемую величину к заданному значению. Поэтому системы с изодромными регуляторами получили самое широкое распространение.
Рассмотренные выше методы оценки качества относятся к прямым методам исследования систем — по кривой переходного процесса, которая представляет собой графическое изображение решения дифференциального уравнения системы. Однако зачастую снять кривую переходного процесса экспериментально бывает затруднительно для сложных систем регулирования. Поэтому используются косвенные методы оценки — интегральный, корневой и частотный, которые позволяют установить характер переходного процесса без построения его графика.
Корневой метод основан на утверждении, что чем левее лежат корни характеристического уравнения системы от мнимой оси на комплексной плоскости, тем большим запасом устойчивости обладает система.
Интегральный метод основан на вычислении определенных интегралов без решения дифференциальных уравнений системы.
Для переходного процесса без перерегулирования качество регулирования оценивается по величине площади, заключенной между кривой переходного процесса и осями координат:
Для колебательного переходного процесса используется квадратичная интегральная оценка:
этот интеграл определяет качество процесса по квадратичной сумме площадей, заключенных между кривой переходного процесса и осями координат. Чем меньше величина /2, тем лучше качество переходного процесса.
Частотный метод предполагает наличие зависимости качества регулирования от вида вещественной частотной характеристики
При расчете используются аппроксимированные вещественные частотные характеристики.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100