Що розуміється під поняттям динамічні режими роботи САУ?

Процесс установления требуемого значения управляемой величины называется регулированием. Ввиду инерционности звеньев регулирование не может осуществляться мгновенно. Рассмотрим САР, находящуюся в установившемся режиме, характеризующемся значением выходной величины y = y_o. Пусть в момент t = 0 на объект воздействовал какой - либо возмущающий фактор, отклонив значение регулируемой величины. Через некоторое время регулятор вернет САР к первоначальному состоянию (с учетом статической точности) (рис.24). Если регулируемая величина изменяется во времени по апериодическому закону, то процесс регулирования называется апериодическим.

При резких возмущениях возможен колебательный затухающий процесс (рис.25а). Существует и такая вероятность, что после некоторого времени Т_р в системе установятся незатухающие колебания регулируемой величины - незатухающий колебательный процесс (рис.25б). Последний вид - расходящийся колебательный процесс (рис.25в). Таким образом, основным режимом работы САУ считается динамический режим, характеризующийся протеканием в ней переходных процессов. Поэтому второй основной задачей при разработке САУ является анализ динамических режимов работы САУ. Поведение САУ или любого ее звена в динамических режимах описывается уравнением динамики y(t) = F(u,f,t), описывающее изменение величин во времени. Как правило, это дифференциальное уравнение или система дифференциальных уравнений. Поэтому основным методом исследования САУ в динамических режимах является метод решения дифференциальных уравнений. Порядок дифференциальных уравнений может быть довольно высоким, то есть зависимостью связаны как сами входные и выходные величины u(t), f(t), y(t), так и скорости их изменения, ускорения и т.д. Поэтому уравнение динамики в общем виде можно записать так: F(y, y’, y”,..., y⁽ⁿ⁾, u, u’, u”,..., u^(m), f, f ’, f ”,..., f^(k)) = 0. Свойства любой системы проявляются в процессе ее функционирования. Для определения этих свойств следует подавать на входы некоторые возмущающие воздействия и анализировать вектор выходного состояния САУ. При отработке различных внешних воздействий реакция системы автоматического управления зависит от ее структуры и параметров. Рассмотрим возможную реакцию САУ на ступенчатое воздействие, подаваемое на один из ее входов. При этом выходной сигнал может меняться апериодически (рис 1а) или при наличии нескольких затухающих колебаний (рис. 1б). Такой характер изменения выходной координаты системы характерен для устойчивых САУ.

Рис. 1. Возможные переходные процессы для устойчивых САУ.

Возможен случай, когда в системе возникают незатухающие колебания. САУ, обладающие таким свойством, называются консервативными. Характер изменения выходной координаты в консервативной САУ представлен на рис. 2.

Рис. 2. Переходной процесс в консервативной САУ

Для ряда систем характерно отсутствие постоянного или периодического сигнала на выходе САУ в течение всего периода ее работы. Такие системы называются неустойчивыми. Характер изменения выходного сигнала САУ при выводе ее из положения равновесия показан на рис. 3. Как рассматриваемая система автоматического управления будет отрабатывать внешние воздействия, каков характер переходного процесса и обеспечивается ли его устойчивость – вот основные вопросы, которые рассматриваются при исследовании динамики систем автоматического управления. Прямой путь решения этой задачи – это проведение натурных экспериментов с реальными системами автоматического управления. Однако проведение таких экспериментов с реальной системой экономически невыгодно, а с проектируемой – невозможно. Поэтому эксперименты для изучения свойств САУ проводят не с реальными системам, а их моделями.

Рис. 3. Характер изменения выходной координаты неустойчивой САУ.