Любая система автоматического регулирования должна поддерживать регулируемый параметр с максимальной точностью, т.е. с наименьшим отклонением от заданного значения. Это достигается обычно за счет повышения чувствительности устройства сравнения. Однако чрезмерное повышение чувствительности может привести к потере устойчивости системы и возникновению колебаний.

Действительно, если в системе регулирования высоты полета самолета чувствительность слишком высока, то даже при незначительных отклонениях самолёта от заданной высоты (встретившаяся на земле копна сена) на рулевые органы поступает большой сигнал, вызывающий их отклонение на большой угол. Самолет обладает значительной инерционностью, а значит, продолжает реагировать на этот сигнал и изменять высоту полета, даже если сигнал уже закончился, а может быть, даже изменил свой знак на обратный. В конечном счете, это ведет к увеличению амплитуды колебаний высоты полета и потере устойчивости.

 Устойчивость - это способность системы самостоятельно возвращаться в состояние равновесия после прекращения воздействия, вызвавшего нарушение равновесия.  

Процесс перехода системы, в новое состояние после возмущающего воздействия на нее (или возврата системы к прежнему состоянию после прекращения воздействия) называется переходным процессом. Поведение системы в переходном процессе отражает ее устойчивость. Если при очень малых воздействиях в системе возникают колебания со все возрастающей амплитудой, то такая система является неустойчивой. Система, в которой колебания не возникают или возникающие колебания затухают в процессе ее возврата к состоянию равновесия, считается устойчивой. На самой границе устойчивости в системе могут возникнуть незатухающие колебания с постоянной небольшой амплитудой.

Рис. 3.9. Переходной процесс в системе автоматического регулирования

Качество регулирования оценивается двумя показателями: наибольшим отклонением  регулируемого от требуемого параметра значении во время переходного процесса и временем регулирования  (длительностью переходного процесса) (рис. 3.9). Время регулирования отсчитывается с момента поступления возмущающего воздействия (t) на вход системы до момента окончания переходного процесса, когда регулируемый параметр будет отличаться от требуемого значения на очень малую величину (так называемая зона нечувствительности).

Характеристики звеньев САР

Система автоматического регулирования представляет собой совокупность отдельных элементов технических средств. Датчиков, усилителей, преобразователей, запоминающих устройств, исполнительных механизмов и рабочих органов, в автоматике каждое из них называют и рассматривают с точки зрения их реакции на входное воздействие.

Реакция может быть различной. Например, изменение сигнала на входе электронного усилителя, работающего линейном режиме, приводит к пропорциональному изменению сигнала на его выходе, следовательно, электронный усилитель – пропорциональное звено.

Изменение сигнала на входе исполнительного механизма, например электрического двигателя, приводит обычно к плавному изменению частоты вращения до нового значения. Так проявляются инерционные свойства двигателя, следовательно, электрический двигатель – инерционное звено.

При этом не имеет значения, какова физическая природа звеньев или их конструктивное исполнение главное - как изменяется выходная величина (t) при том или ином воздействии (t) на входе звена.

Отношение выходной величины к входной называется на передаточной функцией, а характер изменения выходной величины во времени при сигнале прямоугольной формы на входе звена (переходной процесс) называется переходной характеристикой звена. Если известна переходная характеристика, то можно вычислить реакцию звена на любое входное воздействие и прогнозировать поведение системы.