Типовые звенья автоматических систем.

Любую автоматическую систему, можно представить в виде составных частей – звеньев, каждые из которых обладает, определенными динамическими свойствами. Некоторые элементы системы автоматического регулирования, можно рассматривать как звенья с одинаковой динамикой работы, поэтому для выяснения динамических свойств системы необходимо знать, динамические свойства, входящих в нее элементов. Принцип действия и схемы звеньев могут быть различные, но их можно свести к нескольким типовым звеньям, если в основу взять зависимость входных и выходных сигналов звена, от времени, и описать их дифференциальными уравнениями. При составлении диф уравнения, типовых звеньев, применяется операторная форма записи, при которой символ дифференцирования по времени d/dt заменяется оператором P. введение типовых звеньев удобно, для представления сложной системы, в виде параллельного или последовательного соединения, входящих в нее звеньев. Зная диф уравнения всех звеньев, можно составить уравнения всей системы. Передаточная функция получается из диф уравнения, после замены в нем символа дифференцирования, на соответствующую степень P, и деление образованного, таким образом многочлена, правой части уравнения, на многочлен левой части уравнения.

Передаточная функция зависит от параметров звеньев, и вида задающего или возмущающего воздействия. Для выделения динамических свойств любого звена или элемента, в качестве типового входного сигнала, применяется скачкообразная функция.при подаче на вход звена, мгновенного скачка, выходной сигнал во время переходного процесса меняется по определённому закону. Звенья имеют различные передаточные функции, и различаются видом переходного процесса, который возникает при изменении входной величины. При представлении элементов системы в виде динамических звеньев, не имеет значение принцип построения элементов, элементы самых различных физической природы, могут быть представлены в виде одинаковых динамических звеньев, если их динамические свойства, описываются одинаковыми диф уравнениями. В зависимости от характера протекания переходного процесса, различают следующие типовые звенья:

Пропорциональное звено (усилительное)

Звено, в котором выходная величина Y изменяется прямо пропорционально входной величине X называется пропорциональным. Оно описывается уравнением y=k*x (k – коэффициент передачи/усиления.) При подаче на вход пропорционального звена скачкообразного сигнала на его выходе мгновенно без запаздывания появляется выходной сигнал. Подобные звенья так же называют без инерционными. (делитель напряжения, электронный усилитель, редуктор, трансформатор и тп.)

Апериодическое звено

Звено, в котором при скачкообразном изменении входной величины X выходная величина Y запаздывает, относительно входной и изменяется по экспоненциальному закону, с постоянной времени T называется апериодическим или инерционным. (Генераторы и электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением, контуры состоящие из резистора и емкости, термопары)

Дифференцирующее звено

Звено в котором выходная величина пропорциональна скорости изменения входной величины. Те. Выходная величина пропорционально производной от входной величины.

Интегрирующее звено – это такое звено в котором выходная величина, пропорциональна интегралу по времени от входной величины, или у которого скорость изменения выходной величины, пропорциональна входной величине. Интегрирующее звено так же называется астатическое. к интегрирующим звеньям относятся эл.двигатель постоянного тока, с независимым возбуждением, входной величиной является напряжение якоря, а выходной угол поворота вала фи электро двигателя. Например: вращающийся вал, гидравлический усилитель.

Колебательное звено – это такое звено в котором при скачкообразном изменении входной величины выходная величина стремится к новому установившемуся значению, совершая затухающие колебания.

Запаздывающее звено – в автоматических системах некоторые элементы передают воздействие со входа на выход не одновременно с изменением водного сигнала, а с некоторым запаздыванием, те с задержкой во времени. Выходной сигнал при этом в точности повторяет входной сигнал. Такие элементы называются звеньями постоянного или чистого запаздывания. Данное явление имеет место в с системах в которых используется запись