6. ЗОНЫ НАСЫЩЕНИЯ
В зонах насыщения выходная координата системы автоматического регулирования или ее устройства не меняется с изменением входной координаты. В характеристике это отражается наличием участка, параллельного оси абсцисс.
Характерным примером могут служить гидравлический серводвигатель и пневмоусилитель (рис. VI.5 и VI. 17). Для наглядности примем, что зона нечувствительности отсутствует. Тогда вслед за линейной зоной в характеристике расположатся участки насыщения. Если в линейном диапазоне для рассматриваемых случаев передаточный коэффициент системы остается постоянным, то по мере вхождения в зону насыщения значение эквивалентного передаточного коэффициента будет уменьшаться, т. е. передаточный коэффициент такой нелинейной характеристики всегда будет меньше, чем у линейной зоны. Поэтому, если система автоматического регулирования с такой нелинейной характеристикой может при некотором передаточном коэффициенте (линейной зоны) приходить в расходящиеся колебания, то при отклонении выходной координаты за линейную зону эквивалентный передаточный коэффициент усиления будет снижаться и в системе могут установиться стационарные колебания (автоколебания).
Наличие зон насыщения в характеристиках систем автоматического регулирования объясняется ограниченными мощностями вспомогательных источников энергии, ограниченными размерами элементов, устройств и пр. При разработке тех или иных устройств стремятся повысить передаточный коэффициент, с тем чтобы получить возможно большее быстродействие системы. Однако выдерживать во всем необходимом диапазоне изменения входной координаты требуемый передаточный коэффициент часто конструктивно весьма сложно, так как это может привести к резкому увеличению потребляемых мощностей, а также габаритов, весов и т. д.
Далее, так как устойчивость обеспечивается малыми отклонениями относительно заданного состояния, то обычно достаточно узкого диапазона линейности характеристики. Наличие же широкого диапазона насыщения способствует быстрому возвращению регулируемого параметра системы автоматического регулирования к заданному состоянию, что повышает качество регулирования и стабилизации.
Примером устройства, имеющего теоретически наибольшее быстродействие, может служить система автоматического
регулирования с релейной характеристикой включения энергии. Однако получить при такой характеристике устойчивую систему является не таким простым делом.
Приведем ряд устройств, иллюстрирующих образование в характеристике зоны насыщения.
Пневмоусилитель (рис. VI. 18) в узком диапазоне изменения входной координаты (угла поворота сопел относительно заслонки) имеет линейный участок (а 1,5 угл. град) в остальном диапазоне изменения входной координаты (а ±30 угл. град) изменения выходной координаты (перепада давления воздуха на мембране) не происходит. У гидравлического серводвигателя, управляемого отсечным золотником (рис. VI.6) только в небольшом диапазоне хода золотника, скорость поршня изменяется примерно пропорционально открытию. Дальнейшее увеличение хода золотника уже почти не вызывает изменения скорости поршня. Наконец, в релейном устройстве (рис. VI. 15) линейный участок вообще отсутствует в характеристике, состоящей из зоны нечувствительности и зоны насыщения (без учета зоны неоднозначности).
