2-9. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗВЕНЬЯХ
а) Форсирующие и дифференцирующие звенья
Три элементарных звена: колебательное, инерционное и интегрирующее — обладают одним общим свойством — запаздыванием. Преобразование сигнала этими звеньями сопровождается запаздыванием. На это указывают, в частности, частотные характеристики этих звеньев: фазовая характеристика — отрицательная, а амплитудная — уменьшается с ростом частоты. Для компенсации запаздывания, связанного с упомянутыми тремя звеньями, в системах автоматического регулирования предусматриваются форсирующие и дифференцирующие звенья. Эти звенья обладают свойствами, противоположными запаздывающим звеньям. Фазовые характеристики этих звеньев положительны, амплитудные — растут с ростом частоты.
Передаточные функции форсирующих звеньев — обратные величины передаточных функций инерционного и колебательного звеньев. Передаточная функция дифференцирующего звена получается как обратная величина передаточной функции интегрирующего звена.
Форсирующее звено первого порядк а
Форсирующее звено второго порядка
Дифференцирующее звено
Переходные функции форсирующих звеньев в общем случае (включают ступенчатую функцию,
-функцию и ее производную. Частотные характеристики обратны по свойствам частотным характеристикам запаздывающих звеньев.
Логарифмические характеристики (фазовые и амплитудные) форсирующих и дифференцирующих звеньев являются зеркальным отображением логарифмических характеристик запаздывающих звеньев. Для примера на рис. 2-30,а, б, в (приведены частотные характеристики дифференцирующего звена.
Передаточные функции форсирующих и дифференцирующего звеньев
Рис. 2-30. Частотные характеристики дифференцирующего звена. а — амплитудная и фазовая характеристики; б - ЛАХ; в — годограф амплитудно-фазовой характеристики.
в представленной идеальной форме точно не могут быть реализованы
б) Неустойчивые звенья
Колебательное и инерционное звенья, которые рассматривались ранее, являются устойчивыми. Корни характеристических уравнений этих звеньев лежат слева от мнимой оси в плоскости корней. Переходная составляющая процесса в таких звеньях всегда затухает. Если хотя бы один из корней характеристического уравнения звена находится справа от мнимой оси, то звено будет неустойчивым, поскольку переходная составляющая будет расходящейся.
Наиболее часто встречается неустойчивое инерционное звено, передаточная функция которого
К неустойчивым звеньям можно отнести также колебательное звено без затухания
или консервативное звено. Его передаточная функция