Реальное дифференцирующее звено

Дифференциальное уравнение и передаточная функция такого звена имеют вид: .

Примером реального дифференцирующего звена может служить RC - цепочка:

с передаточной функцией .

Амплитудно-фазовая частотная характеристика реального дифференцирующего звена: ;

ВЧХ и МЧХ:

Причем, при , . Вся АФЧХ расположится в первом квадранте. Так же, как для апериодического звена, можно показать, что это уравнение окружности.

АЧХ: ; ЛАХ:

Для построения ЛАХ рассматриваются две частотные области - низкочастотная и высокочастотная:

Н.Ч.: ;

В.Ч.: .

ФЧХ:

Переходная характеристика:

ℒ ;

Весовая функция: .

Это звено также опережающее и его можно применять для коррекции.

Интегрирующее звено

Данному звену соответствует интегральное уравнение и передаточная функция .

Ниже приведены частотные характеристики интегрирующего звена.

АФЧХ: ; ВЧХ: ; МЧХ: ; АЧХ: ; ФЧХ: ;

ЛАХ: .

Построение их не вызывает сложностей. ЛАХ интегрирующего звена изображена на рисунке:

Форсирующее звено

Данное звено используется в системах автоматического управления для целей коррекции. Его передаточная функция имеет вид:

;

Частотные характеристики:

АФЧХ: ; ВЧХ: ;

МЧХ: ; ФЧХ: ; ; при .

АЧХ: .

ЛАХ: Для построения ЛАХ форсирующего звена рассматриваются области низких частот НЧ и высоких частот ВЧ:

НЧ: ; ;

ВЧ: ; .

Точка пересечения ЛАХ оси ординат определяется как:

.

Квазиинерционное звено

Имеется две разновидности квазиинерционного звена, представленные передаточными функциями и . В обоих случаях корни полинома знаменателя передаточной функции (полюса звена) - положительные. Следовательно, звено является не минимально фазовым.

Для первого звена его АФЧХ: .

Соответственно ВЧХ и МЧХ: , .

АЧХ: (такая же, как у инерционного звена).

ФЧХ: , причем , а . Следовательно, фазовая характеристика поменяла знак по сравнению с фазовой характеристикой инерционного звена.

Для построения АФЧХ звена выполним следующие преобразования:

, , ,

, - получили уравнение окружности. А так как и , то графиком АФЧХ является полуокружность, расположенная в первом квадранте:

Получим частотные характеристики для второй разновидности квазиинерционного звена.

АФЧХ: ;

ВЧХ: ; МЧХ: ; ФЧХ:

Для построения АФЧХ выполняются аналогичные преобразования:

; ; .

АЧХ: - совпадает с характеристикой предыдущего звена и реального усилительного звена.

Звенья второго порядка. Передаточные функции

Математически модели данных звеньев могут быть представлены дифференциальным уравнением и передаточной функцией .

В зависимости от величины коэффициентов это звено может быть апериодическим второго порядка, колебательным, либо консервативным.

Примером звена второго порядка является RLC-цепочка:

Получим передаточную функцию RLC-цепочки. На основании законов Кирхгофа имеем: ; ; . Далее, после соответствующих подстановок и преобразований, получаем дифференциальное уравнение в операторной форме: и передаточную функцию:

.

где постоянные времени .

Другим примером может служить двигатель постоянного тока независимого возбуждения

Если составить уравнение якорной цепи и уравнение движения:

, ; , то можно получить передаточную функцию:

где .

В зависимости от постоянных времени Т_м и Т_я двигатель может являться либо колебательным, либо апериодическим звеном второго порядка:

Если , то звено апериодическое 2 порядка;

Если , - колебательное звено;

Если , - граничный случай.

Представим передаточную функция звена второго порядка в виде:

где ; .

Характеристическое уравнение (смотри знаменатель передаточной функции): , корни которого: .

1. Если постоянные таковы, что , то корни . Такому звену соответствует апериодическое движение 2 порядка. Передаточная функция трансформируется к виду: .

2. Если , тогда корни - движение колебательное.

3. Если - граничный случай: .

4. Если , - консервативное звено. Физически это означает, что в данном звене отсутствует рассеяние энергии. Звено теряет свойство диссипативности. При этом .

Передаточную функцию колебательного звена можно привести к виду:

,

где - частота собственных, недемифированных колебаний (при ).

, откуда , - коэффициент затухания.

1) 0 < <1 - звено колебательное.

2)  > 1 - апериодическое звено.