Понятие о динамических звеньях систем регулирования и основные типовые звенья

Динамические характеристики любого функционального элемента систем автоматики связывают аналитически входной и выходной параметры в переходном режиме.

Все функциональные элементы различают по виду уравнений, определяющих характер переходных процессов, возникающих в том или другом элементе си­стемы при одинаковых исходных условиях и одинаковом виде возмущения. В связи с этим вводится понятие элементарного динамического звена системы регулирования. Такое рассмотрение упрощает определение динами­ческих свойств систем регулирования. Поэтому элемент системы или группу эле­ментов системы (соединение деталей, устройств, узлов), обладающих одинаковыми свойствами определяют как типовое элементарное динамическое звено или просто звено системы.

Элементарные типовые звенья описываются дифференциальными уравнениями нулевого, первого и максимум второго порядка. Таким образом, разновидностей элементарных линейных звень­ев, с которыми практически приходится иметь дело, весьма немного и все многообразие конструктивных эле­ментов схем с точки зрения общности их динамических свойств можно свести к ограниченному числу эквива­лентных им звеньев.

При таком рассмотрении все разнообразие суще­ствующих линейных элементов удается характеризовать небольшим числом типовых звеньев или их комбинаций.

Обычно различают следующие типы звеньев:

1) безынерционное; 4) интегрирующее; 7) запаздывающее

2) инерционное; 5) дифференцирующее;

3) колебательное; 6) интегро-дифференцирующее;

Иногда в литературе встречаются и несколько отлич­ные от указанных типы и наименования звеньев. Безынерционное звено (усилительное)

Звено принято называть безынерционным или усилительным, если связь между входом и выходом звена определяется алгебраи­ческим уравнением вида

, (1)

где k - коэффициент усиления звена;

x_ВХ, х_ВЫХ- соответственно входная и выходная его вели­чины.

Это звено иногда называют также усилительным или безъемкостным.

При подаче на вход возмущения, рав­ного х_ВХ = const = A[1], будет определяться уравнением (1), т. е. х_ВЫХ=kx_ВЫХ. Графически эта зависимость изо­бражена на рисунке 1.

Примером конструктивного выполнения такого звена могут служить:

а) усилительный каскад на транзисторе;

б) рычажное сочленение;

в) механический редуктор, приведенные на рисунке 2, и др.

Рисунок 1 - График переходного процес­са длябезынерционного звена

Рисунок 2 - Примеры конструктивного испол­нения безынерционных звеньев

Передаточная функция безынерционного звена может быть из (1) записана как отношение выходной вели­чины к входной в следующем виде:

. (2)

Его частотная функция будет иметь вид

. (3)

Модуль этого выражения равен:

. (4)

Фазовый угол соответственно равен:

. (5)

Рисунок 3 - Частотные характери­стики безынерционного звена

Амплитудно-фазовая характеристика безынерцион­ного звена, построенная по уравнению (2), и ампли­тудно-частотная характеристика, т. е. зависимость мо­дуля |К| от частоты, приведены на рисунке 3, а и б.