Частотный критерий устойчивости Найквиста

Данный критерий позволяет по амплитудно-фазовой частотной характеристике разомкнутой системы оценить устойчивость системы. АФЧХ может быть получена экспериментально или аналитически. Аналитическое построение АФЧХ производится обычными методами.

Для устойчивости замкнутой системы необходимо и достаточно, чтобы АФЧХ разомкнутой системы при изменении частоты от 0 до не охватывала точку с координатамиI, j0. Если АФЧХ разомкнутой системы проходит через точку с координатамиI, j0, то система будет нейтральной.

Критерий Найквиста позволяет наглядно проследить влияние изменения параметров передаточной функции на устойчивость системы.

Оценки качества регулирования

Кроме устойчивости САР анализируются с точки зрения качества регулирования. В общем случае качество регулирования представляет собой совокупность точности в установившемся режиме и качества переходных процессов.

Оценки качества могут быть прямыми и косвенными. В свою очередь прямые и косвенные могут быть статическими и динамическими. Динамические оценки характеризуют переходной процесс, а статические — установившийся режим.

Прямые оценки определяются непосредственно по переходной характеристике по каналу управления или возмущения.

Если переходная характеристика представляет собой затухающие колебания, то система считается устойчивой. При этом допускается не более 2−3 колебаний. К основным прямым оценкам относятся следующие: -регулирование, t_p— время регулирования, — декремент затухания, — частота колебаний, n — число колебаний, которое имеет переходная характеристика за время регулирования t_p, t_H — время нарастания переходного процесса, t_max — время достижения первого максимума.

Перерегулирование есть разность между максимальным значением h_max1 переходной характеристики и её установившимся значением, выраженная в процентах:

В большинстве случаев требуется, чтобы перерегулирование не превышало 10−30%,.

Время регулирования оценивает длительность переходного процесса. Так как теоретически длительность переходного процесса идеальных систем равно, за время регулирования принимается тот интервал времени, по истечении которого отклонение переходной характеристики от установившегося значения не превышает некоторой заданной величины q. Значение q выбирают обычно равным 5%.

При заданных значениях и t_p переходная характеристика не должна выходить из определенной области, которая называется областью допустимых отклонений.

В статическом режиме САР оценивается коэффициентом статизма (астатизма):

где x — задание;

y_уст — установившееся значение рабочего параметра.

Рассмотренные выше оценки качества относятся к прямым. Вместе с тем существуют косвенные, среди которых наибольшее распространение получили интегральные оценки. Существует две разновидности интегральной оценки: линейная и квадратичная. Численно линейная интегральная оценка равна площади, ограниченной кривой ошибки иди разности Х — Y. Значение Y берется в пределах временного интервала от 0 до t_p. Линейная интегральная оценка определяется следующим выражением:

Эта оценка может быть применена только при монотонных переходных процессах при отсутствии колебаний.

Квадратичная интегральная оценка применяется как при монотонных, так и при колебательных переходных процессах и определяется следующим соотношением:

Недостаток квадратичной интегральной оценки заключается в том, что различные по характеру переходные процессы могут иметь одну и ту же величину оценки.