2. НЕЛИНЕЙНЫЕ ПАССИВНЫЕ И АКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Как известно, возможности линейных корректирующих устройств в системах автоматического регулирования, имеющих в Своем составе нелинейности, ограничены. Эти устройства не могут обеспечить требуемого качества переходного процесса и высокой динамической точности системы. Например, в системе управления с усилителями, имеющей линейное корректирующее устройство, а также нелинейность типа насыщения, происходит затягивание переходного процесса во времени. Переходный процесс существенно сокращается, если в системе используется нелинейное корректирующее устройство, в которое введен дополнительный усилитель с нелинейностью типа насыщения, уровень которого согласован с уровнем насыщения основного усилителя.
Нелинейные корректирующие устройства уменьшают влияние помех (шумов), действующих на систему автоматического регулирования. Так, включением последовательного нелинейного корректирующего устройства в систему регулирования удается повысить ее фазовую характеристику в районе частоты среза, не изменяя при этом амплитудной характеристики. Включение линейного корректирующего устройства одновременно с повышением фазовой характеристики приводит к значительному расширению полосы пропускания входного сигнала замкнутой системы и повышению влияния шумов.
Необходимо также отметить, что методы синтеза систем, оптимальных по быстродействию, всегда приводят к нелинейным законам регулирования, которые реализуются с помощью нелинейных корректирующих устройств. Все это явилось причиной того, что в современных системах автоматического регулирования широко применяют нелинейные корректирующие устройства на пассивных или активных элементах.
В системах автоматического регулирования используют следующие виды нелинейных пассивных корректирующих устройств: нелинейные четырехполюсники, образованные нелинейностями, заключенными между линейными фильтрами, и псевдолинейные четырехполюсники.
Нелинейные четырехполюсники образуются при введении нелинейного элемента между двумя пассивными 
-цепочками. Нелинейный пассивный элемент образуется с помощью нелинейных резисторов. На рис. VIII. 10 показан наиболее просто реализуемый нелинейный четырехполюсник, в который входят две линейные 
и нелинейный элемент 2.
Пусть на вход данного пассивного нелинейного корректирующего устройства поступает сигнал
Напряжение на выходе первой 
-цепочки
В этом случае
где 
Рис. VII 1.10. Схема одноканального нелинейного корректирующего устройства с пассивными элементами
Рис. VIII.11. Блок-схема двухканального пассивного псевдолинейного корректирующего устройства
Рис. VIII.12. Блок-схема одноканального активного нелинейного корректирующего устройства
Напряжение на выходе нелинейного корректирующего устройства
Псевдолинейные четырехполюсники обеспечивают в системах управления либо изменение фазы при неизменной амплитуде, либо изменение амплитуды при постоянной фазе. Четырехполюсники этого типа состоят из двух ветвей, сигналы с которых поступают на блок суммирования. В цепи сигналов могут быть включены линейные 
-цепочки обычного типа.
На рис. VIII. 11 показана блок-схема двухканального псевдолинейного корректирующего четырехполюсника. Сигнал на выходе этого устройства можно представить в следующем виде:
где 
— амплитуда колебаний; (30 — фазовый угол; со — круговая частота (см. гл. X, XIV).
Значительно большее применение получили активные нелинейные корректирующие устройства, в которых для формирования нелинейных зависимостей применяют операционные усилители с индуктивностями (рис. VIII.12).
Как видно из рис. VIII.12, в корректирующее устройство входят операционный усилитель, дифференцирующий сигнал, и катушка индуктивности 
представляющая собой нелинейный элемент, характеристика которого показана на рис. VIII. 13.
Аппроксимируем характеристику 
индуктивности двумя прямыми с наклонами 
Для данной нелинейности запишем следующие зависимости:
или
где 
— число витков катушки; Ф — магнитный поток.
Рис. VIII.13. Характеристика индуктивного элемента одноканального корректирующего устройства
Ток в катушке представим в виде
Если 
то можно получить
Введем обозначение 
тогда
С помощью формул (VIII.49) и определяют соответствующие эквивалентные амплитудную и фазовую частотные характеристики одноканального нелинейного корректирующего устройства.
Рассмотрим некоторые способы реализации активных псевдолинейных корректирующих устройств. На рис. VIII.14, а, б показаны схемы двух корректирующих устройств. Каждое из этих устройств состоит из двух каналов. В каналах с блоками абсолютного значения формируются амплитудные
Рис. VIII.14. (см. скан) Блок-схемы многоканальных активных нелинейных корректирующих устройств псевдолинейного типа: а и б — двухканальиых; в — трехканальных
Рис. VIII.15. Нелинейная функция и ее аппроксимация кусочно-линейной зависимостью
соотношения, а в каналах с релейным блоком — фазовые. Если в корректирующее устройство (рис. VIII.14, в) входит нелинейная функция, изображенная на рис. VIII.15, то его реализация возможна или с помощью диодных линеек (рис. VII 1.16, а), или с помощью варистора и резисторов (рис. VIII. 16, б). В этом случае получается трехканальное корректирующее устройство. Вольт-амперная характеристика варистора имеет следующий вид:
или
где 
и 
— постоянные коэффициенты показательной функции; 
— передаточные коэффициенты.
Резисторы 
(рис. VIII. 16, б) предназначены для изменения характеристик варистора и выбора соответствующей рабочей точки. Резистор 
позволяет установить масштаб 
для согласования с сумматором или операционным усилителем.
Структурные схемы нелинейных четырехполюсников с нелинейностями, реализуемыми на основе операционных усилителей, представлены на
Рис. VIII.16. (см. скан) Способы реализации нелинейных функций с помощью: а — диодных линеек; б — варистора и резисторов
схема ее реализации: 
— опорные напряжения; 
— операционные усилители; 
— резисторы; 
— напряжение на входе; 
— напряжение на выходе
показаны возможные схемы реализации этих характеристик на резисторах, диодах и операционных усилителях.
