3.2. Виды типовых элементов (звеньев)

При анализе динамических процессов в отдельных элементах или устройствах автоматики в целом удобно пользоваться типовыми звеньями. С этой целью необходимо подобрать для каждого реального элемента соответствующее ему типовое звено. Типовые звенья хорошо описаны в справочной литературе и их анализ как индивидуальный, так и в составе системы значительно упрощается. Основные виды ти­повых звеньев изложены ниже.

1. Апериодическое (инерционное) звено (рис. 3.6).

Дифференциальное уравнение и передаточная функция апериоди­ческого звена представлены выражениями (3.25) и (3.26).

(3.25) (3,26)

(3.25), (3,26)

где Т- постоянная времени апериодического звена; р - оператор Лапласа.

Рис. 3.6. Апериодическое звено

В момент времени t = О на вход этого звена подан ступенчатый сигнал. В качестве примеров апериодических звеньев можно привести следующие: RC-и RL-контуры, электро- или гидродвигатель, электрический генератор (входной сигнал - возбуждение, а выходной - ЭДС статорной обмотки).

2. Безынерционное звено (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Безынерционное звено

Передаточная функция имеет вид

(3.27)

Примерами таких звеньев могут служить: механический рычаг, ре­дуктор, усилитель напряжения на электронных элементах без учета L и С и т.д.

3. Колебательное звено (рис. 3.8).

При подаче на вход этого звена ступенчатого сигнала выходной сиг­нал стремится к новому установившемуся значению, совершая относи­тельно него затухающие колебания. Передаточная функция имеет вид

(3.28)

где - коэффициент преобразования (по статической характеристи­ке); - относительный коэффициент затухания.

Рис. 3.8. Колебательное звено

К такому виду звеньев относятся: RLC-контур (колебательный кон­тур) и любой другой элемент, где есть не менее двух накопителей энергии, которые обмениваются ею в процессе колебаний.

4. Интегрирующее звено (рис. 3.9).

Уравнение, описывающее это звено, и передаточная функция име­ют вид:

, (3.29)

. (3.30)

Рис. 3.9. Интегрирующее звено

Примеры интегрирующих звеньев: счетчик электроэнергии, элек­тродвигатели постоянного тока в период пуска (возмущение - напря­жение на зажимах, реакция - скорость вращения).

5. Дифференцирующее звено (рис. 3.10).

Уравнение и передаточная функция:

Рис. 3.10. Дифференцирующее звено

Пример: датчики скорости и ускорения.

6. Усилительное (пропорциональное) звено.

Характерной особенностью этого звена является то, что сигнал на выходе в любой момент пропорционален входному сигналу:

; (3.33)

. (3.34)

Примеры усилительных звеньев: безынерционный (электронный) усилитель, рычаг и т.д.

В реальных устройствах автоматики существует большое количест­во различных вариантов описанных выше звеньев. Все эти звенья вме­сте с их характеристиками изложены в специальной литературе.