§ 1.4. Схемы и обозначения

Для представления соотношений между сигналами в линейной системе, в технике используются блок-схемы. На рис. 1.4-1, а показана элементарная блок-схема, представляющая соотношение (1.3-3) между входом и выходом в области времени. Эта блок-схема изображает саму систему, которая описывается весовой функцией . Выход на схеме получается при помощи интеграла свертки весовой функции и функции входа.

Рис. 1.4-1. Элементарные схемы: а) описание системы в области времени; о) описание системы в области изображений.

На рис. 1.4-1,6 показана схема в области изображений. Здесь передаточная функция записана внутри прямоугольника. Изображение сигнала на выходе равно произведению изображения входного сигнала на изображение весовой функции Блок-схемы особенно полезны для представления взаимосвязей между сигналами в замкнутой системе. Если ввести изображение операций сложения или вычитания двух сигналов и использовать изображения для связи сигналов на входе и на выходе отдельных элементов системы регулирования, то можно получить детальную схему прохождения сигнала через всю систему. Такая схема значительно полезнее для инженера, чем эквивалентная система уравнений, так как она в некоторой степени напоминает физическую систему, на которой основана эта линейная модель. В то же время система уравнений на листе бумаги, очевидно, представляет нечто более абстрактное.

После второй мировой войны в различных профессиональных обществах работали комитеты по выработке общей номенклатуры схем и символов для систем регулирования. При написании этой книги стандарты еще не были одобрены американской ассоциацией стандартов. Комитетом по системам регулирования А.1.Е.Е. были одобрены

стандарты по терминологии для систем регулирования. Эти стандарты приобрели силу в апреле 1954 г. и в основном остались неизменными по сравнению с терминологией, принятой в 1951 г. подкомитетом A.I.E.E. по терминологии и обозначениям для систем регулирования и исполнительной группой комитета Американской ассоциации стандартов для символов в системах регулирования. Этот доклад был опубликован в журнале Electrical Engineering в 1951 г. [2]. Рис. 1.4-2 совпадает с рис. 2 этого доклада, который озаглавлен «Схема системы регулирования, содержащей все основные элементы.

Рис. 1.4-2. Основная схема и обозначения, одобренные Комитетом по системам регулирования Института инженеров электромехаников. Схема воспроизводит рис. 2. «Схема системы регулирования, содержащей все основные элементы» из доклада комитета Electrical Engineering, 1951, 70, стр. 905—909.

В этой книге время от времени по необходимости будут иметь место отклонения от принятых схем. Однако в общем мы будем стараться сохранять схему символов и обозначений, принятую A.I.E.E. В схеме буква используется для обозначения элементов в прямой цепи системы регулирования и буква для обозначения элементов в цепи обратной связи (от выхода к входу). Буква используется для обозначения входного сигнала и буква — для обозначения выходного сигнала. Эти символы в значительной степени произвольны. Так как основное внимание в книге уделено свойствам системы регулирования в целом, то здесь не делается различия между задающим воздействием и командным сигналом которое имеется в обозначениях A.I.E.E. Точно так же не будет производиться различие между регулируемой величиной с и косвенно регулируемой величиной Термин косвенно регулируемая величина

слишком громоздкий, и мы его заменим более коротким термином выход. Тогда логично использовать слово вход вместо командный сигнал, так как это лучше соответствует слову выход.

Другим существенным отличием между обозначениями A.I.E.E. и этой книги является природа входного сигнала V. Из схемы показывающей, что идеальное значение, или желаемый выходной сигнал, получается при помощи линейной операции над входным сигналом следует, что входной сигнал не засорен шумом и не искажается как-либо иначе. Один из существенных моментов этой книги есть представление систем регулирования в виде фильтра для выделения полезного входного сигнала из шума.

Рис. 1.4-3. Схема и обозначения, принятые в этой книге: , — заданные элементы, расположенные перед точкой приложения возмущений, — заданные элементы, расположенные за точкой приложения возмущения.

Следовательно, рассматриваемый входной сигнал должен содержать две составляющие: шум и полезную составляющую При этом предполагается, что идеальный выходной сигнал должен быть связан только с полезной составляющей. На рис. показана измененная схема и обозначения, которые используются в этой книге. Заданные элементы (заданная часть) системы регулирования обозначаются буквой Возмущение и, действующее на заданные элементы, учитывается добавлением его в соответствующей точке между входом этих элементов и выходом. Весовая функция заданных элементов перед точкой приложения возмущения обозначается буквой Весовая функция заданных элементов за точкой приложения возмущения обозначается буквой Корректирующие элементы системы регулирования обозначаются буквой Весовая функция элементов обратной связи

обозначается буквой Ошибка между идеальным выходным сигналом и действительным выходным сигналом обозначается буквой в соответствии с обозначениями A.I.E.E. Термин идеальная система (вместо «идеализированная система») используется для обозначения системы с весовой функцией связывающей полезную составляющую входного сигнала с желаемым выходным сигналом. Весовая функция всей системы, связывающая выход со входом обозначается буквой Эта система включает в себя все элементы, заключенные в прямоугольнике, обведенном штрих-пунктирной линией. В частотной области для обозначения передаточных функций используются прописные буквы, совпадающие с соответствующими строчными буквами для весовых функций. Однако для сигналов будут использованы строчные буквы как в изображениях, так и в оригиналах (функциях времени). Когда необходимо устранить какие-либо неясности, для аргументов будем использовать буквы или Перечень наиболее важных символов, используемых в этой книге в порядке их значимости, дается в приложении.