Автоматические системы состоят из различного числа элементов, взаимосвязанных между собой. Все элементы, независимо от их назначения, конструкции и принципа действия можно в зависимости от их динамических свойств (изменение выходной величины во времени) разделить на ограниченное число звеньев, называемых типовыми.
Характер изменения выходной величины зависит от свойств самого элемента и от параметров входного сигнала. Динамические свойства элементов оцениваются по их реакции на скачкообразные изменения входного сигнала.
В зависимости от характера протекания переходного процесса различают следующие типовые звенья систем автоматического регулирования: дифференцирующее, усилительное, интегрирующее, апериодическое, колебательное и звено чистого запаздывания.
Дифференцирующим звеном называют элемент, у которого скорость изменения выходного сигнала пропорциональна скорости изменения входного сигнала, т. е. пропорциональна первой производной от скорости изменения входного сигнала по времени.
|
|
Переходная функция звена на единичное входное воздействие показана на рис. 2.11, а. К числу устройств, осуществляющих дифференцирование, относятся тахометр, спидометр, дифференцирующие операционные усилители, индукционные датчики и т. д.
Усилительным звеном является звено, позволяющее пропорционально изменять заданную величину в какое-то число раз (рис. 2.11, 6). При этом выходной сигнал без запаздывания повторяет входной сигнал.
Примером усилительных звеньев являются редукторы, трансформаторы, усилители и другие элементы, выходной сигнал которых практически мгновенно следует за изменением входного с определенным коэффициентом k.
Рисунок 2.11 - Графики переходных режимов типовых звеньев
Интегрирующим звеном считают такое звено, выходная величина которого пропорциональна интегралу по времени от входной.
В качестве примера интегрирующего звена можно назвать любой двигатель вращения, у которого угол поворота выходного вала пропорционален входному сигналу, например напряжению на якоре двигателя постоянного тока. Переходная функция показана на рис. 2.11, в.
В апериодическом звене выходная величина изменяется по экспоненциальному закону, стремясь к определенному предельному значению.
Апериодическое звено образуется из элемента, накапливающего энергию (например, индуктивность, емкость), и элемента, рассеивающего эту энергию (например, электрическое сопротивление). Различают устойчивое (кривая 1 рис. 2.11, г) и неустойчивое (кривая 2) апериодические звенья. Примером таких звеньев могут быть инерционные датчики (термопары), магнитные усилители, ДПТ с независимым возбуждением, LC и RC четырёхполюсники и д.р.
|
|
В колебательном звене переходная функция имеет форму колебаний, расходящихся (кривая 2 на рис. 2.11, д) для неустойчивого и затухающих (кривая 1 на рис. 2.11, д) для устойчивого звена. Колебательное звено, так же как и апериодическое, содержит элементы, накапливающие энергию, и элементы, рассеивающие ее. К колебательным звеньям можно отнести маятник, электрический контур RC, центробежный тахометр, поплавковый уровнемер.
Звено с чистым запаздыванием - это звено, в котором выходная величина идеально повторяет входную, но с отставанием на постоянный отрезок времени (рис. 2.11, е).