Алгоритмические структуры систем управления и их элементарные звенья. Виды схем. Понятие элементарного звена

Существуют различные виды структурных схем систем управления, например, функциональные и алгоритмические схемы.

Структурная схема системы управления графически отображает ее состав; входящие в эту систему элементы и связи между ними.

На функциональных схемах элементы системы группируются на основании общности выполняемых ими функций, например, по принадлежности к объекту или к контроллеру. На алгоритмических схемах основное значение имеет характер преобразования сигналов в отдельных элементах. На физических схемах отражаются аппаратурные особенности и физическая природа носителей сигналов и т.д. Теория автоматического управления, как правило, абстрагируется от физической природы объекта.

При разделении схемы на звенья необходимо соблюдать принципы (правила) автономности и детектирования.

Принцип автономности состоит в том, что при изменении внутренних свойств одного звена внутренние свойства всех остальных остаются неизменными.

Принцип детектирования (или принцип однонаправленной передачи воздействий) состоит в том, что выходная величина любого звена зависит только от его входной величины, обратное влияние через звено отсутствует.

Элементарным звеном называется звено описываемое дифференциальным уравнением первого порядка. Из элементарных звеньев часто строят модели систем управления и регулирования.

Элементарные звенья

- статическое (безинерционное, пропорциональное, П);

- интегрирующее (И);

- дифференцирующее (идеальное дифференцирующее, Д);

- реальное дифференцирующее (РД);

- инерционное звено первого порядка (апериодическое, А);

- звено запаздывания (З);

- интегродифференцирующее (ИД);

- инерционное звено второго порядка (колебательное, К).

Инерционное звено второго порядка (или колебательное звено) описывается дифференциальным уравнением второго порядка, тем не менее, его тоже относят к элементарным звеньям.

Статическое звено

Также называется безинерционным, пропорциональным или П-звеном. Примером физической реализации П-звена является рычаг, клапаны с линеаризованными характеристиками, пружина обратной связи в гидравлическом регуляторе и т.д.

Дифференциальное уравнение П-звена имеет вид: .

Коэффициент k в дифференциальном уравнении П-звена называется также коэффициентом передачи П-звена. Необходимо заметить, что это размерная величина, размерность которой представляет собой отношение размерности выходного сигнала к размерности входного сигнала.

Передаточная функция П-звена имеет вид: .

КЧХ П-звена имеет вид: .

АЧХ П-звена имеет вид: .

ФЧХ П-звена имеет вид:

Переходная характеристика П-звена имеет вид: .

Импульсная переходная характеристика П-звена имеет вид: .

Графики всех упомянутых функций тривиальны, поэтому приводить их здесь нет необходимости.