ГЛАВА VIII. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА И СЕРВОМЕХАНИЗМЫ
Рассмотрение автономного сервомеханизма, имеющего ограниченную мощность источника энергии, позволяет получать решения только первого приближения, уточнения которых требуют одновременного рассмотрения и сервомеханизма, и источника энергии. Дальнейшие уточнения решений требуют рассмотрения иногда сложных цепей сервомеханизмов, каналов передачи информации и энергии, замыкающихся в соответствующих исполнительных подсистемах САУ. Поэтому получение точных решений динамических свойств систем автоматического регулирования, обычно включающих ряд сервомеханизмов требует их анализа как в информационном, так и в энергетических аспектах.
Возможность исследования энергетических свойств сервомеханизмов требует анализа по крайней мере двух сопряженных фазовых координат выхода — регулируемая координата 
и нерегулируемая промежуточная координата 
определяющая эффективные момент или усилие исполнительного двигателя. Эти фазовые координаты называются сопряженными, поскольку их произведение оценивает эффективную мощность исполнительного двигателя.
Сервомеханизм представляет собой преобразователь энергии с числом входных и выходных переменных не менее четырех. Рассмотрение изолированного сервомеханизма или совокупности ряда сервомеханизмов, входящих в общую систему автоматического регулирования, обусловлены конкретными особенностями решаемой задачи, которые не должны противопоставляться. Не следует также противопоставлять способы коррекции динамических характеристик изолированного сервомеханизма или группы сервомеханизмов, входящих в общую систему автоматического регулирования, а также коррекции этой системы в целом.
Анализ и синтез сервомеханизмов как многополюсников, а также учет их взаимовлияния приводит к необходимости учета по крайней мере двух нелинейностей типа перемножения переменных при реализации каждой регулируемой переменной входа. Поэтому аппроксимация свойств сколь-нибудь сложной системы автоматического регулирования, включающей несколько сервомеханизмов при помощи
линейного описания одного «эквивалентного» сервомеханизма, всегда приближенна и значения коэффициентов описывающего уравнения зависят также и от вида сигнала, передаваемого системой автоматического регулирования [17].
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ И ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ И СЕРВОМЕХАНИЗМОВ
Классификация гидравлических и пневматических сервомеханизмов может быть выполнена на базе различных признаков.
В зависимости от идеализации, принятой при математическом описании, сервомеханизмы подразделяются на два класса: линейные и нелинейные (рис. VIII. 1).
Рис. VIII. 1. (см. скан) Общая классификация гидравлических и пневматических сервомеханизмов
Линейные сервомеханизмы описываются линейными дифференциальными уравнениями, нелинейные сервомеханизмы — нелинейными уравнениями. В свою очередь, нелинейные сервомеханизмы подразделяются на однокаскадные и двухкаскадные (рис. VIII.2). Динамическая модель однокаскадного сервомеханизма, общая структурная схема которого приведена на рис. VIII.2, а, включает в себя нелинейный элемент У, линейную часть 2 и обратную связь 3. При этом характеристика нелинейного элемента может иметь сложный вид, поскольку в ней иногда сочетаются нелинейности нескольких устройств, например измерительного и усилительного устройств.
Линейная часть в модели однокаскадного сервомеханизма обычно описывается уравнением второго или третьего порядка. Обратная связь может осуществляться по различным законам в зависимости от предъявляемых к сервомеханизму требований.
Динамическая модель двухкаскадного сервомеханизма, общая структурная схема которой показана на рис. VIII.2, б, содержит два звена (каскада), включающие нелинейную характеристику и линейную часть. Здесь 1 и 3 — нелинейные характеристики; 2 и 4 — линейные части; 5 и 6 — обратные связи. Иногда в двухкаскадных сервомеханизмах применяется дополнительная обратная связь, охватывающая один из каскадов усиления. Линейные части в двухкаскадных сервомеханизмах описываются уравнениями более низкого порядка, обычно первого. Обратные связи, как основная, так и местная, осуществляются по различным законам в зависимости от требований, предъявляемых к динамике сервомеханизма. Нелинейные характеристики являются либо типовыми, либо различными сочетаниями из них.
Рис. VIII.2. Блок-схемы сервомеханизмов: а — однокаскадного; б — двухкаскадного
В зависимости от характера сигналов, преобразуемых в сервомеханизмах, последние подразделяются на три подкласса:
непрерывные, в которых сигналы на входе и выходе представляют собой непрерывные функции времени;
релейные, в которых функциональные связи между входом и выходом в усилительном или исполнительном устройствах определяются релейной функцией;
вибрационные, содержащие вибрационный контур, с помощью которого осуществляется вибрационная линеаризация.
По виду используемой энергии сервомеханизмы подразделяются на следующие группы: гидравлические, пневматические, газовые и комбинированные (пневмогидравлические, электрогидравлические и электропневматические).
Используются и другие классификационные признаки сервомеханизмов. Например, нелинейные сервомеханизмы различаются по виду описывающих их нелинейных уравнений. По этому признаку к первому классу нелинейных сервомеханизмов относятся такие, в которых уравнение нелинейного элемента содержит под знаком нелинейной функции только входную величину и ее производные либо только выходную величину и ее производные. Ко второму классу нелинейных сервомеханизмов относятся такие, в которых под знаки нелинейных
функций входят различные переменные, связанные между собой линейной передаточной функцией. К третьему классу нелинейных сервомеханизмов относятся такие, в которых под знаки нелинейных функций входят разные переменные, связанные между собой нелинейными дифференциальными уравнениями, т. е. связанные через линейные части и нелинейные звенья. Сервомеханизмы с логическими и цифровыми устройствами управления относятся обычно к нелинейным сервомеханизмам второго и третьего классов.
