3.6. Качество процессов в линейных импульсных системах

Основные показатели качества процессов в импульсных системах такие же, как и в непрерывных автоматических системах: время регулирования t_p, величина перерегулирования σ и число перерегулированийп (показатели качества переходного процесса); точность работы систем в установившихся режимах.

В чем же особенности исследования качества импульсных автоматических систем?

Оценку показателей качества переходного процесса производят по импульсной переходной функции системы h(пТ) — реакции на единичную ступенчатую дискретную функциюХ_вх (пТ) = 1(пТ).

Изображение реакции системы в смыслеZ-преобразования находят по формуле (3.14)

Так как изображение единичной дискретной функции

то изображение дискретной переходной функции импульсной системы

Как видно из этой формулы, изображение можно представить в общем случае в виде отношения двух полиномов.

Следовательно, для нахождения Н(z) достаточно знать передаточную функцию замкнутой системыФ(z).

Далее, необходимо по изображению найти оригинал h(nT), т. е. осуществить операцию обратногоZ-преобразования. Эту задачу часто решают методом разложения функции в степенной ряд по отрицательным степенямz (делением полинома числителя на полином знаменателя). Коэффициенты полученного степенного ряда равны дискретным значениям импульсной переходной функции в моменты времениt =пТ. Другой метод требует разложенияН (z) на простые дроби.

Рассмотрим на примере методику оценки показателей качества переходных процессов импульсной системы, изображенной на рис. 14.1, при различных значениях ее параметров k_vиT.

Изображение переходной функции системы с учетом формулы (19)

1. Приk_vТ= 1,5 изображение переходной функции системы

Врезультате деления числителя на знаменатель находим:

Коэффициенты степенного ряда определяют следующие значения дискретной переходной функции-оригинала:

и т. д.

График переходной функции для этого случая изображен на рис. 3.14, а. Анализ графика позволяет определить показатели качества переходного процесса: t_p = 5Т сек; σ= 50%;п = 4.

Очевидно, что для уменьшения величины перерегулирования необходимо уменьшать произведение k_vТ.

2. Приk_vТ= 1 изображение переходной функции системы

Дискреты переходной функции:

Из графика переходной функции, представленного на рис. 3.14,6, видно, что при k_vТ = 1 в системе имеет место оптимальный по быстродействию переходный процесс, так как он завершается за один период дискретностиТ без перерегулирования .

Рис. 3.14. Переходные функции импульсной системы

3. Приk_vТ = 0,5 имеем:

Отсюда находим:

График этой функции, изображенный на рис. 3.14, в, близок к экспоненте. Время регулирования в этом случае t_p = 5Тсек.

Проведенный анализ позволяет сделать важный вывод о том, что показатели качества переходного процесса импульсной системы существенно зависят от величины произведения коэффициента передачи k_v на период дискретностиТ.

Точность импульсной системы оценивается величиной ошибки в установившихся режимах. Для расчета ошибки необходимо знать изображение задающего воздействия и передаточную функцию ошибки Ф_ε(z). Методика вычисления дискретной функцииε(пТ) аналогична изложенной выше.