Основные показатели качества автоматического регулирования. Устойчивость системы автоматического регулирования является необходимым, но далеко не достаточным условием ее практической пригодности. Понятие устойчивости отражает наличие или отсутствие затухания переходного процесса в системе. Однако характер затухания переходного процесса может быть самым разнообразным. Кроме того, регулируемый параметр может иметь различные отклонения от заданного значения в установившемся режиме. Следовательно, необходимо оценить качество процессов, протекающих в системе автоматического регулирования.

Под качеством регулирования понимают свойство системы автоматического регулирования поддерживать с достаточными точностью и быстродействием заданный закон изменения регулируемого параметра. Требования к качеству регулирования в частном случае могут быть самыми разнообразными. Однако из всех показателей качества можно выделить несколько наиболее существенных, которые в достаточной мере характеризуют работу большинства систем автоматического регулирования.

На рис. 41 показана кривая переходного процесса в системе автоматического регулирования при ступенчатом изменении входного сигнала. Существуют несколько показателей, характеризующих качество регулирования

1. Длительность переходного процесса t_Р — интервал времени с момента подачи ступенчатого входного сигнала до момента окончания переходного процесса. Обычно считают переходный процесс законченным, если регулируемый параметр отличается от заданного не более чем на 5 %. Время переходного процесса характеризует быстродействие системы и зависит от ее динамических свойств и числа входящих в ее состав звеньев. С увеличением числа звеньев быстродействие обычно уменьшается.
2. Перерегулирование σ (%) представляет собой отношение разности максимального отклонения регулируемого параметра и установившегося значения к установившемуся значению: 

Большое перерегулирование (выброс) вызывает чрезмерные силы в механических и перенапряжения в электрических узлах систем автоматического регулирования. Для большинства систем перерегулирование ограничено: σ ≤ (10 … 30) %. Однако в некоторых системах оно допускается до 70 %, а в ряде случаев и вообще может отсутствовать.

3. Статическая ошибка (%) представляет собой отношение разности между заданным у_З и установившимся (фактическим) у_УСТ значениями регулируемого параметра к установившемуся значению: δ = (у_З — у_УСТ)100/у_УСТ.

Статическая ошибка характеризует точность регулирования в установившемся режиме. В астатических системах δ = 0, в статических δ ≤ 3 … 5%.

4. Частота колебаний в переходном процессе определяется числом колебаний V регулируемого параметра за время переходного процесса. Обычно число колебаний ν = 1,5 … 2.

Требования, предъявляемые к показателям качества переходного процесса системы автоматического регулирования, наглядно можно изобразить на графике в виде области, за пределы которой не должен выходить регулируемый параметр, удовлетворяющий этим требованиям.

Методы исследования качества процесса регулирования. Качество процесса регулирования определяют прямыми и косвенными методами. Прямые методы предусматривают решение дифференциального уравнения и графическое изображение его решения, т. е. кривой переходного процесса системы. Прямые методы наиболее точны, однако с ростом порядка дифференциальных уравнений их решения усложняются.

Косвенные методы позволяют обойтись без сложных вычислительных операций. Одним из косвенных методов является метод интегральных оценок, основанный на вычислении определенных интегралов вида: отклонение регулируемого параметра от заданного значения.

Интегралы I₀, I₁, представляют собой площадь, заключенную между кривой переходного процесса и установившимся значением регулируемой величины. Чем меньше значения I₀, I₁, тем ближе переходный процесс к идеальному (рис. 42).