7. Линейные компоненты вычислительных систем. Операционные усилители (оу) – основа построения линейных и нелинейных вычислительных звеньев.

За последнее время для исследования систем автоматического управления и, в частности, для построения переходных процессов стали широко применяться вычислительные машины непрерывного действия и цифровые вычислительные машины. Удобство первых заключается в том, что физическому процессу, протекающему в исследуемой системе, соответствует протекание в вычислительной машине (модели) некоторого другого аналогового процесса, описываемого теми же диффереициальными уравнениями, что и исходный процесс. Это позволяет изучать процессы в системах управления наиболее наглядно, так как каждый обобщенной координате в исследуемой системе соответствует некоторая переменная в вычислительной машине, например электрическое напряжение.

Моделирующие или аналоговые вычислительные машины позволяют моделировать как всю систему в целом, так и отдельные ее части. Так, например, часто вычислительная машина используется для моделирования объекта, например самолета, корабля, паровой турбины, двигателя внутреннего сгорания и т. п., а само управляющее устройство может быть реальным. При сопряжении реального управляющего устройства с объектом, в качестве которого выступает модель, получается замкнутая система, которая может быть исследована еще до того, как будет построен сам объект.

Вычислительные машины целесообразно использовать для исследования обыкновенных линейных систем в тех случаях, когда последние описываются дифференциальными уравнениями сравнительно высокого порядка и их аналитическое исследование становится малоэффективным. Однако наибольшее значение имеют вычислительные машины при исследовании линейных систем с переменными параметрами и нелинейных систем, поскольку для этих случаев пока еще мало разработано приемлемых для практики методов, а иногда аналитические методы вообще отсутствуют.

Операционный усилитель— усилитель постоянного тока с дифференциальным входом и, как правило, единственным выходом, имеющий высокий коэффициент усиления. ОУ почти всегда используются в схемах с глубокой отрицательной обратной связью, которая, благодаря высокому коэффициенту усиления ОУ, полностью определяет коэффициент передачи полученной схемы.

В настоящее время ОУ получили широкое применение как в виде отдельных чипов, так и в виде функциональных блоков в составе более сложных интегральных схем. Такая популярность обусловлена тем, что ОУ является универсальным блоком с характеристиками, близкими к идеальным, на основе которого можно построить множество различных электронных узлов.

Линейные и нелинейные вычислительные звенья строятся по дифференциальному уравнению, которым описывается исследуемая система. Линейные вычислительные звенья относятся к моделированию линейных-дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. При необходимости исследовать процессы в системах с переменными коэффициентами или в системах с временным запаздыванием к линейной электронной модели добавляются соответственно блоки переменных коэффициентов и блоки временного запаздывания. Добавление нелинейных блоков позволяет исследовать процессы в нелинейных системах. Все эти добавочные блоки существенно повышают эффективность электронных моделей, так как позволяют сравнительно просто и достаточно точно исследовать процессы в сложных системах, что является в большинстве случаев недоступным для аналитических методов расчета.