Анализ качественных характеристик следящей системы (стр. 1 из 2)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра РТС

РЕФЕРАТ

На тему:

"Анализ качественных характеристик следящей системы"

МИНСК, 2008

Показатели качества следящей системы

Качество работы следящей системы оценивается следующими показателями качества: точности, запаса устойчивости и быстродействия.

По переходной характеристике могут быть оценены: быстродействие и перерегулирование, определяющее запас устойчивости.

Перерегулирование определяется как относительная величина максимального отклонения управляемой величины y(t) от установившегося значения в переходном процессе (рис.1):

.

Рис.1. Переходная характеристика.

Рекомендуемые значения перерегулирования составляют (10…30)%. Дополнительно к величине перерегулирования иногда задается число колебаний на длительности переходного процесса (от 1-2 до 3-4). По числу колебаний может быть качественно оценен запас устойчивости.

Быстродействие системы оценивается длительностью переходного процесса. Длительность переходного процесса – интервал времени от момента подачи на вход системы единичного сигнала, до момента, после которого выполняется неравенство (1).

; (1)

где

.

; (2)

Рис.2. Амплитудно-частотная характеристика замкнутой системы.

К частотным показателям качества относятся: запас устойчивости по фазе и амплитуде и показатель колебательности. Показателем колебательности называют абсолютный максимум АЧХ замкнутой системы (рис.2), отнесенный к ее значению на нулевой частоте. Для систем, содержащих интегрирующие звенья, у которых Н(0) = 1, показателем колебательности является абсолютный максимум АЧХ (рис.2):

.

Рекомендуемые значения показателя колебательности - 1,1…1.5.

Анализ установившейся (динамической) ошибки

Оценка показателей качества следящей системы производится при следующих типовых воздействиях:

- линейное;

- квадратичное;

- полиномиальное.

Линейное воздействие имеет место, в частности, в системе слежения за задержкой при слежении за объектом, перемещающимся с постоянной радиальной скоростью, в системе ФАПЧ при постоянной частотной расстройке входного и опорного сигналов.

Квадратичное – при слежении за объектом, перемещающимся с ускорением, в системе ФАПЧ – при линейно изменяющейся частотной расстройке и т.д.

При проектировании систем возникает необходимость оценки ошибки слежения в установившемся режиме при полиноминальном входном воздействии, являющемся аппроксимацией реальных воздействий на ограниченном интервале времени. В зависимости от вида передаточной функции фильтра системы эта ошибка может иметь конечное значение или изменяться с течением времени.

Если ошибка имеет конечное установившееся значение, для ее оценки используют теорию преобразований Лапласа, в частности, теорему о предельном значении оригинала:

,

где

; - передаточная функция от воздействия к ошибке.

Если ошибка изменяется с течением времени, для ее расчета используется метод разложения ошибки по производным входного воздействия. Рассмотрим этот метод.

Величина

может быть определена с помощью интеграла свертки:

. (3)

Передаточная функция связана с весовой функцией преобразованием Лапласа:

. (4)

Представим задающее воздействие степенным рядом с ограниченным числом членов:

. (5)

Подставив формулу (5) в (3), получим:

. (6)

Если

( ─ длительность переходного процесса), то в этом случае и можно заменить верхний предел интегралов в (6) на бесконечность, поскольку увеличение предела не изменяет значения интеграла. Тогда (5.6) можно записать в виде:

, (7)

где

– коэффициенты ошибки:

; ; ; .

- коэффициент ошибки по положению;

- коэффициент ошибки по скорости;

- коэффициент ошибки по ускорению;

- коэффициент ошибки по l-ой производной входного воздействия.

- ошибка по положению; - ошибка по скорости;

- ошибка по ускорению.

Нетрудно видеть, что

.

Понятие астатизма системы

С величиной коэффициентов ошибки связано понятие астатизма системы.

Порядок астатизма системы определяется индексом первого, отличного от нуля коэффициента ошибки. Если

система обладает астатизмом 0-го порядка и называется статической, если ; ─ система обладает астатизмом 1-го порядка.

; ; - система с астатизмом 2-го порядка и т.д.

Астатические системы обладают следующим свойством: если на вход системы с астатизмом k-го порядка подается входное воздействие, описываемое полиномом k-ой степени, значение ошибки в установившемся режиме постоянно и не равно нулю.

Если порядок астатизма больше степени полинома, установившееся значение ошибки равно нулю (

). Если порядок астатизма меньше степени полинома, определяющего задающее воздействие, ошибка изменяется с течением времени и в пределе будет равна бесконечности.

Порядок астатизма определяется числом интегрирующих звеньев в контуре следящей системы. Следовательно, для уменьшения ошибки необходимо увеличивать количество интегрирующих звеньев. Но это увеличение имеет ограничение, так как с увеличением числа звеньев ухудшается устойчивость системы (каждое интегрирующее звено вносит фазовый сдвиг, равный

). Поэтому для систем, имеющих порядок астатизма выше второго, для обеспечения устойчивости необходимо использовать специальные методы коррекции.

Порядок астатизма также зависит от точки приложения воздействия (рис.3).

Рис.3. К определению порядка астатизма системы.

Если астатизм определяется по отношению к воздействию

, то его порядок определяется суммой интегрирующих звеньев в (s) и (s).

Относительно

порядок астатизма определяется числом интегрирующих звеньев в (s) и не зависит от их числа в (s). Соответствующие передаточные функции, связывающие задающее воздействие и ошибку слежения, определяются выражениями