Качество автоматических систем управления

Решение любых задач в человеческой деятельности прямо или косвенно связано с оценкой эффективности полученного результата с точки зрения поставленных целей. В простейшем случае такая оценка сводится к качественным понятиям "хорошо" или "плохо". Однако при подобном подходе возможны проявления субъективизма: что хорошо одному - может показаться плохо другому. Вместе с тем качественные характеристики не дают ответа на вопросы "насколько хорошо?" или "насколько плохо?".

Количественные характеристики привносят в наши представления об объекте исследования строгость и основательность, служат основой для целенаправленного улучшения качества работы систем.

Решение технических задач связано с оперированием количественными значениями параметров объектов, а также количественными характеристиками параметров рабочих процессов, осуществляемых данными объектами.

Численные показатели позволяют строго охарактеризовать различие объектов и процессов на основе количественного различия их параметров.

Цель дальнейшего изложения заключается в рассмотрении количественных характеристик систем управления с обратной связью.

Открытия закона функционирования систем управления - закона обратной связи - дало возможность целенаправленно вести проектирование АСР, зная основные необходимые элементы и порядок их связи в системах.

Известно, что использование обратной связи при управлении объектом позволяет учитывать сведения не только о желаемом, но и о действительном ходе рабочего процесса. С помощью обратной связи удается, не вдаваясь в детали причин, вызывающих отклонение регулируе­мой величины, корректировать ее значение на основании лишь информа­ции об этих отклонениях за счет определенным образом формируемого управляющего воздействия на объект управления. Чем лучше система справляется с задачей поддержания строгого соответствия между за­дающим воздействием и регулируемой величиной, т.е.: - чем меньше ошибка регулирования, тем совершеннее система.

Причины, вызывающие отклонения регулируемой величины, могут быть различны. Однако в общем случае можно выделить несколько основных источников ошибок регулирования.

1. Внешние возмущения - возмущения по нагрузке и по питанию.

Под "нагрузкой" понимается "потребитель" конечного результата работы объекта управления. Так, у двигателя, используемого для вращения шпинделя станка, нагрузкой является обрабатываемая деталь. Параметром нагрузки, характеризующим ее влияние на процесс регулирования скорости вращения, является усилие резания.

У бака, используемого для нагревания в нем жидкости, нагрузкой является агрегат, потребляющей эту нагретую жидкость в своем техно­логическом процессе. Параметром нагрузки в данном случае может быть расход жидкости, меняющийся при изменении производительности агре­гата.

Под "питанием" понимается энергия, используемая системой для осуществления операций регулирования. В зависимости от физического носителя параметром питания может быть величина напряжения, сила тока, давление сжатого воздуха и т.п.

На производстве один и тот же источник энергии используется в большинстве случаев рядом потребителей (станками, агрегатами, цехами), производительность, а следовательно и потребление энергии которых может меняться в производственном цикле. Вместе с тем любой реальный источник энергии обладает конечной мощностью. Отсюда изменения в потреблении энергии одним из агрегатов в большей или меньшей мере сказывается на изменении параметров носителя энергии: изменяется величина, напряжения в сети, меняется давление сжатого воздуха в пневмолиниях и т.п.

2. Внутренние возмущения как источники ошибки регулирования обусловлены изменениями параметров элементов систем из-за изменений условий окружающей среды (температуры, давления, влажности, вибрации), старения элементов и т.п.

3. Ошибка чувствительного элемента как измерительного органа системы связана с конструктивными особенностями и неизбежными погреш­ностями при его изготовлении. Ошибку чувствительного элемента мож­но рассматривать как некоторое возмущающее воздействие на систему.

4. Инерционность элементов и систем также является причиной так называемой динамической ошибки регулирования, присутствующей в системах из-за задержки изменения регулируемой величины на изменение управлявшего или задающего воздействия. Такая ошибка всегда свойственна системам в переходных процессах.

Таким образом ошибка регулирования зависит не только от дейст­вующих на систему сигналов, но и от собственных ее свойств, зависящих от параметров элементов системы. Так , как исполнительный и регулирующий орган выбираются из энергетических соображений, чувствительный элемент из соображений требуемой точности измерений, а преобразующее устройства из соображений, например, безопасности оперирования с сигналами, то параметры этих элементов, как и параметры объекта регулирования, в большинстве случаев изменениям не подлежат.

Регулятор, как устройство реализующее определенный закон регу­лирования, является тем звеном системы, параметры которого (насторойки регулятора) можно изменять.

Получение ошибки регулирования не более требуемого значения при проектировании системы сводится в простейшем случае к выбору закона регулирования и его коэффициентов (настроек регулятора), обеспечивающих заданное изменение регулируемой величины при дей­ствии на систему возмущения.

Рассмотрим количественные характеристики систем с обратной связью для того, чтобы объективно определить цену ее использова­ния.