Требования, предъявляемые к качеству процессов управления

Замкнутая система (включающая только функционально-необходимые элементы), которая изначально обладала бы соответствующим качеством без проведения дополнительных мероприятий, — это весьма редкий случай. Изменение параметров функционально необходимых элементов часто оказывается недостаточным и по известным обстоятельствам нежелательным.

Поэтому для достижения заданного качества управления должна быть изменена конфигурация (структура) системы, а именно — в нее необходимо вводить дополнительный элемент, цель которого — изменение динамических характеристик замкнутой системы в направлении, обеспечивающем качество работы, задаваемое тактико-техническими требованиями (ТТТ). Такое дополнительное звено в системе называется корректирующим устройством или регулятором.

Регулятор должен обладать большими возможностями, чтобы скомпенсировать влияние динамических свойств всех элементов системы.

Необходимо отметить, что включение синтезированного регулятора в структуру системы может привести к появлению новых свойств замкнутой САУ.

Синтез регуляторов является творческим процессом инженерной практики, это определенный вид искусства, то есть в большинстве случаев он является эвристическим. В такой ситуации приходится прибегать к проверке всяких догадок, удачных идей или любых разумных способов решения рассматриваемой задачи.

Достаточно часто структура и изменяемые параметры регулятора известны заранее. Задача в данном случае состоит в нахождении оптимальных значений, обеспечивающих требуемые показатели качества.

Исходными данными при синтезе регуляторов могут быть следующие требования.

По заданной передаточной функции неизменяемой части разомкнутой системы требуется выбрать регулятор заданной структуры, обеспечивающий получение необходимых характеристик качества замкнутой системе в переходном и установившемся режимах.

К таким требованиям обычно относятся:

1. Устойчивость системы управления (в вычислительном отношении для проверки устойчивости системы наиболее удобно использовать алгоритм решения нелинейных уравнений Ньютона);

2. Заданное расположение нулей и полюсов системы, включающей регулятор и объект управления

3. система должна обладать астатизмом 1-го порядка;

4. коэффициенты ошибок по скорости и ускорению не должны превышать заданных -

5. длительность переходного процесса не должна превышать заданного значения ;

6. перерегулирование в системе также должно быть ограничено некоторой величиной ;

7. максимальное ускорение в системе (для инерционных механических объектов) не должно превышать при начальном рассогласовании .

Таким образом, при минимизации функционала (критерия оптимальности), порожденного невязкой между выходом системы с синтезируемым регулятором и эталонным сигналом уравнения системы необходимо накладывать различного рода ограничения.

Соответственно задача синтеза регуляторов становится задачей условной оптимизации. Для ее решения необходимо использовать методы нелинейного программирования. Необходимо отметить, что целевая функция, в которую в конечном итоге преобразуется функционал качества, характеризующий работу системы, является многоэкстремальной, поэтому расчет глобального экстремума встречает большие трудности. В данном вопросе последнее слово остается за инженером – проектировщиком систем управления.

При минимизации функционала (целевой функции) предпочтительнее выбирать программы, специально предназначенные для минимизации именно квадратичных функций.

В процессе синтеза необходимо выполнять анализ синтезированной системы, который должен включать не только расчет выходных процессов и проверку выполнения требуемых ограничений, определяющих качество работы САУ, но и исследование динамических характеристик элементов системы, выявление факторов, влияющих на качество процессов, анализ проблем, связанных с физической реализуемостью регулятора, рассмотрение свойства грубости и др.