8. Основные типы звеньев
Любые элементы или их самостоятельные части, описываемые одними и теми же дифференциальными уравнениями, могут быть исследованы в общем виде, унифицированы и в этом случае называются звеньями системы. Для целей исследования удобно разделение системы автоматического регулирования на простейшие элементарные звенья, назыв элементарными типовыми звеньями.
1)Пропорциональное (безынерционное, усилительное) звено
Звено называют пропорциональным, если входная и выходная его величины пропорциональны друг другу, т. е. если связь между ними может быть записана так
хвых =k хвх.
Кривая разгона
пропорционального звена приведена на
рис. 
2)Интегрирующее (нейтральное, астатическое) звено
Звено называют интегрирующим, если скорость изменения его выходной величины пропорциональна входной величине, т. е. если входная и выходная величины звена связаны между собой дифференциальным уравнением
(2.5)
Рис. 2.9. Кривая разгона интегрирующего звена
Примерами конструктивного воплощения интегрирующего звена могут служить уже рассмотренные выше одноемкостный регулируемый объект, лишенный самовыравнивания, например, в виде бака (рис. 2.7, a) или гидравлического сервомотора, приведенного на рис.
3)Апериодическое звено (инерционное звено первого порядка)
Звено называется апериодическим или инерционным первого порядка, если его входная и выходная величины связаны между собой дифференциальным уравнением
(
2.10)
Рис. 2.10. Кривая разгона апериодического звена
Примерами конструктивного воплощения апериодического звена могут служить уже рассмотренные выше одноемкостный регулируемый объект, только при наличии самовыравнивания.
4)Идеальное дифференцирующее звено
Звено носит название идеального дифференцирующего, если его выходная величина пропорциональна скорости изменения входной величины, т. е. если связь между входной и выходной величинами звена записывается следующим образом
(
2.15)
Рис. 2.11. Кривая разгона идеального дифференцирующего звена
5)Реальное дифференцирующее звено
Звено носит название реального дифференцирующего, если его входная и выходная величины связаны между собой дифференциальным уравнением
(
2.18)
Интегрирование (2.18) при однократном ступенчатом возмущении дает
(2.20)
где
(
2.21)
Таким образом, кривая разгона реального дифференцирующего звена (рис. 2.12) представляет собой экспоненту, асимптотически приближающуюся к оси времени и имеющую в начале процесса некоторую конечную величину х0 вых.
Рис. 2.12. Кривая разгона реального дифференцирующего звена
Физический смысл постоянной времени виден при рассмотрении кривой разгона (рис. 2.21) и уравнения (2.38, б) в предположении однократного скачкообразного возмущения. В этом случае
(2.22)
откуда Т=tп.
9. Элементы автоматических регуляторов.
Автоматическим регулятором называют автоматически действующее устройство, предназначенное для выполнения задачи поддержания заданной величины регулируемого параметра.
Регулируемый объект вместе с автоматическим регулятором составляют в целом так называемую систему автоматического регулирования (САР).
Автоматический регулятор для выполнения перечисленных функций включает в себя следующие элементы:
датчик или измерительный орган, воспринимающий отклонение от заданного значения регулируемого параметра и преобразующий это отклонение в определенный сигнал, величина которого обычно зависит от величины отклонения регулируемого параметра. Само отклонение называют ошибкой или рассогласованием;
усилитель, или управляющий орган, который воспринимает сигнал, выработанный датчиком, усиливает его, а в необходимых случаях преобразует;
исполнительный механизм или исполнительный орган, преобразующий полученный от усилителя командный сигнал и воздействующий уже на последующий элемент - регулирующий орган;
регулирующий орган преобразует сигнал, полученный от исполнительного механизма, и измеряет величину притока либо стока вещества или энергии.
Регуляторы классифицируются по ряду признаков:
Регуляторы прерывного и непрерывного действия. В регуляторах прерывного действия связь с регулирующим органом включается периодически. В регуляторах непрерывного действия связь между датчиком и регулирующим органом действует в течение всего времени, пока регулируемая величина не совпадет с заданным значением.
Регуляторы прямого и непрямого действия. В регуляторах непосредственного или прямого действия усилие, необходимое для перемещения регулирующего органа, создается отклонением величины регулируемого параметра от заданного значения без применения постороннего источника энергии. Источником энергии для регуляторов непрямого действия может служить давление жидкости или газа (воздуха), параметры которых регулируются данным регулятором. Регуляторы прямого действия, как правило, просты по устройству и дешевы, обладают высокой степенью надежности, требуют минимального ухода и наблюдения в эксплуатации.