Основы автоматического регулирования
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И СВОЙСТВА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
2.4 Типовые звенья систем регулирования.

     2.4.1 Звено системы регулирования – это элемент, обладающий определенными свойствами в динамическом отношении. Звенья систем регулирования могут иметь разную физическую основу (электрические, пневматические, механические и др. звенья), но относитсяк одной группе. Соотношение входных и выходных сигналов в звеньях одной группы описываются одинаковыми передаточными функциями. Простейшие типовые звенья, приведены на рис.2.4 (на рисунке представлены переходные характеристики и передаточные функции):

• а) усилительное,
• б), в) интегрирующее идеальное, интегрирующее реальное,
•  г) дифференцирующее (идеальное, реальное),
•  д) апериодическое инерционное,
•  е) колебательное,
•  запаздывающее.
  

Рисунок2.4 - Переходные характеристики и передаточные функции типовых звеньев

Пояснения к рисунку 2.4:

а) Усилительное звено, пропорциональное звено усиливает входной сигнал в К раз. Уравнение звена у = К*х, передаточная функция W(р) = К (где - К коэффициент усиления). Пример усилительного звена - механические передачи, датчики. Усилительное звено является безинерционным звеном.
б) Идеальное интегрирующее звеноимеет выходную величину пропорциональную интегралу входной величины. При подаче сигнала на вход звена выходнойсигнал постоянно возрастает. Идеальное интегрирующее звено является астатическим, т.к. не имеет установившегося режима.
в) Реальное интегрирующее звено имеет передаточную функцию представленную на рисунке 2.4-в. Реальное интегрирующее звено является звеном с запаздыванием. Переходная характеристика в отличие от идеального звена является кривой. Примеры интегрирующего звена: емкость, наполняемая водой;интегральный импульсный исполнительный механизм.
г) Идеальные дифференцирующие звенья физически не реализуемы.Реальные дифференцирующие звенья представляют собой дифференцирующие звенья большинства обьектов. Переходная характеристика и передаточная функция приведена на рис.2.4-г:
д) Апериодическое (инерционное) звено первого порядка представлено на рис.2.4-д, где Т постоянная времени. Большинство тепловых обьектов являются апериодическими звеньями. Например, при подаче на вход электрической печи напряжения ее температура будет изменяться по аналогичному закону.
е) Колебательное звено представлено на рис.2.4-е. При подачена вход ступенчатого воздействия амплитудой х0 переходная кривая будет иметь один из двух видов: апериодический (при Т1 ≥ 2Т2) или колебательный (при Т1<2Т2).
ж) Запаздывающее звено (на рис.2.4 не представлено). Передаточная функция звена: Y(t) = X(t - τ) или
W(р) = e^-τр. Выходная величина Y повторяет входную величину X с некоторым запаздыванием τ.
Например, ленточный транспортер, конвейер
.

             2.4.2 Соединения звеньев систем регулирования

               Исследуемый обьект в целях упрощения анализа функционирования разбиваетсяна элементарные звенья. После определения передаточных функций для каждого звена - решается задача обьединения их в одну передаточную функцию обьекта. Вид передаточной функции обьекта зависитот последовательности соединения звеньев:

 1) Последовательное соединение звеньев:

Wоб = W1 x W2 x W3 …                               (2.4)

         При последовательном соединении звеньев их передаточные функции перемножаются.

2) Параллельное соединение звеньев:

Wоб = W1 + W2 + W3 + …                          (2.5)

     При параллельном соединении звеньев их передаточные функции складываются.