Типовые звенья и их характеристики

Для любых систем, в которых протекают процессы управления (технические системы или живые организмы), характерна одна общая черта: отдельные элементы этих систем взаимосвязаны так, что передают друг другу некоторые сообщения о происходящих в них процессах посредством сигналов, т.е. информации. По этому признаку можно установить глубокое сходство и единство процессов управления.

Информация всегда связана с некоторым материальным носителем (физической величиной). В технических системах материальные носители информации называют носителями сигналов (например, электрическое напряжение и ток, давление, механическое перемещение и др.), которые можно изменять в соответствии с передаваемой информацией. Конструктивные элементы системы должны преобразовывать одни физические величины (и соответствующие им сигналы) в другие. Этот процесс отражается в кибернетическом понятии звена.

Звено – это входящий в систему автоматического управления элемент, в котором входной сигнал преобразуется в выходной по определенному закону или правилу. Схематически звенья изображаются в виде блоков, причем такое изображение не отражает особенностей их конструкции. Интерес представляет только связь между воздействием на вход звена и его реакцией на выходе. Такой подход позволяет создавать модели элементов различных технических или природных систем и имитировать их поведение, что значительно облегчает поиск эффективных методов управления.

Непременное условие, которое должно соблюдаться при членении системы на звенья, состоит в соблюдении правила однонаправленной передачи воздействий. Это означает, что выходная величина любого звена системы зависит от изменения его входной величины, однако обратное влияние выходной величины непосредственно через рассматриваемое звено на входную величину должно отсутствовать.

Среди всего разнообразия звеньев особого внимания заслуживают так называемые элементарные звенья, описываемые дифференциальными уравнениями первого и второго порядков, поскольку из таких звеньев чаще всего строятся математические модели систем управления. Их называют типовыми звеньями. Передаточные функции и характеристики типовых звеньев приведены ниже в таблицах.

Таблица 1- Уравнения звеньев

Звено	Уравнение звена	Переходная функция	Передаточная функция	Частотные характеристики
Усилительное
Интегри-рующее
Апериоди-ческое
Колебательное	при	, где ;
Дифференци-рующее идеальное		при ; при
Дифференци-рующее реальное
Запаздываю-щее		при ; при

Таблица 2 – Графические характеристики звеньев

Звено				Звено
Усилительное				Дифференцирую-щее идеальное
Интегрирующее				Дифференцирую-щее реальное
Апериодическое				Запаздывающее
Колебательное