Бесекерский В.А., Елисеев А.А., Небылов А.В. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.А.Бесекерского (1985), страница 3

На рис. 1.5 представлены типовые статические характери- + в я'1 стики звеньев: а — характериРас. цв стикалинейногозвена; б — ж— характеристики нелинейных звеньев: б — характеристика звена с насыщением; в — характеристика звена с зоной нечувствительности; г — характеристика звена с насыщением н с зоной нечувствительности; д — характеристика звена релейного действия; е — характеристика звена релейного действия с зоной нечувствительности; ж — типовая дискриминачианная характеристика.

Существенно, что статические характеристики звеньев замкнутых автоматических систем являются нечетными функциями, т. е. обладают свойством)( — х)= — 1(х). Физически это означает, что с изменением знака входной величины звена изменяется знак его выходной величины, что принципиально необходимо для функционирования замкнутых автоматических систем. Динамическая характеристика элемента автоматики определяется дифференциальным уравнением, описывающим динамические процессы в этом элементе. Например, часто используемый в автоматических системах ЛС-фильтр нижних частот описывается дифференциальным уравнением первого порядка: Тьй,+и,=и,.

Уравнением такого же вида'(Тл»)„+О„='нки описывается процесс изменения скорости вращения ротора электродвигателя Йк под действием приложенного к двигателю управляющего напряженйя и . Поэтому ЛС-фильтр нижних частот н электрический двигатель обладают аналогичными динамическими характеристиками и относятся к одной и той же группе динамических звеньев. Типовые динамические звенья автоматических систем рассмотрены в й 1.5. ( '4 Классификация систем радиоавтоматики по характеру внутренних динамических процессов.

Всякая автоматическая система пред ст авляет собой соединение отдельных элементов (звеньев). Поэтому ди намические процессы в каждом звене отражаются натхарактере дина мических процессов в автоматической системе в целом. Математически это обстоятельство находит свое выражение в том, что динамические процессы в автоматической системе описываются всей совокупностью уравнений звеньев, входящих в состав этоя системы, нли одним уравнением, полученным из системы уравнений звеньев. В зависимости от характера динамических процессов и соответственно от вида уравнений, описывающих эти процессы, звенья и системы разделяют на следующие группы. Система непрерывного и дискретного действия. Звенья, непрерывным изменениям входной величины которых соответствуют непрерывные изменения выходной величины, называют звеньями непрерывного действия.

Процессы в таких звеньях описываются дифференциальными уравнениями. Помимо звеньев непрерывного действия в автоматических системах используются также звенья дискретного действия. Непрерывным изменениям входной величины звена дискретного действия соответствуют дискретные, скачкообразные изменения его выходной величины. Динамические процессы в звеньях дискретного действия описываются разностными уравнениями.

Автоматические системы, состоящие лишь из звеньев непрерывного действия, являются системами непрерывного действия. Процессы в таких системах описываются дифференциальными уравнениями. Если же в составе автоматической системы имеется хотя бы одно звено дискретного действия, то система в целом становится системой дискретного действия и процессы в ней описываются разностным уравнением. Системы линейнае и нелинейные. Звенья, процессы в которых описываются линейными (алгебраическими, дифференциальными или разностными) уравнениями, называют линейными звеньями.

Звенья, процессы в которых описываются нелинейными уравнениями, называют нелинейными звеньями. Автоматические системы, в состав которых входят лишь линейные звенья, являются линейными системами. Процессы в линейных автоматических системах описываются линейными уравнениями. Если же автоматическая система содержит хотя бы одно нелинейное звено, то система является нелинейной системой и пропессы в ней описываются нелинейным (дифференциальным или разностным) уравнением.

Важным частным случаем нелинейных сне~ем является автома. тическая система релейного действия, т. е. система, содержащая звено релейного действия. Звеном релейного действия является, например, рулевая машинка подвижного объекта. Системы стпционпрнае и нестационпрнае. Устройства (элементы), входящие в состав автоматической системы, характеризуются некоторыми величинами, влияющими на динамические процессы в этих устройствах и в системе в целом.

Например, усилитель напряжения характеризуется коэффициентом усиления. Кроме того, если коллектор- И ная нагрузка транзисторного усилителя имеет индуктивный характер, то помимо коэффициента усиления существенное влияние на процессы в усилителе оказывает постоянная времени усилителя, равная отношению индуктивности нагрузки к активному сопротивлению коллекторной цепи усилителя. Такие величины называют параметрами устройства. Элементы автоматических систем, параметры которых не изменяются в процессе работы автоматической системы, называют звеньями с постоииными параметрами или стационарными звеньями.

Постоянство параметров таких звеньев находит свое математическое выражение в постоянстве коэффициентов уравнений, описывающих процессы в этих звеньях. Поэтому стационарным звеньям соответствуют уравнения с постоянными коэффициентами. Помимо стационарных звеньев в автоматических системах часто встречаются звенья иестационарные, т. е.

такие устройства, параметры которых изменяются в процессе раГюты автоматической системы. Примером нестационарпого звена может служить самолет. Одной из важнейших характеристик -самолета, как объекта управления, является его момент инерции относительно центра масс в плоскости управления. По мере выгорания топлива при полете самолета его масса и соответственно момент инерции изменяются, что отражается на динамике процессов управления. Математически же момент инерции является одним из коэффициентов уравнения движения самолета.

Поэтому уравнение движения самолета — это уравнение с переменными коэффициентами. Таким образом, нестационарным звеньям соответствуют уравнения с переменными коэффициентами. Если автоматическая система состоит лишь из стационарных звеньев, то она сама является стационарной системой и ей соответствует уравнение с постоянными коэффициентами., В случае же, когда в составе автоматической системы имеется хотя бы одно нестационарное звено, система в целом являетси системой иестациоиарной и ей соответствует уравнение с переменпымп коэффициентами.

Системы с распределенными параметрами и системы ссосредоточенными параметрами. Если в составе автоматической системы имеются устройства типа длинных линий, волиоводов и т. д., т. е. устройства, в которых имеет место явление распространения процесса, то такие системы описываются дифференциальными уравнениями в частных производных и называются системами с распределенными параметрами. Если же подобные устройства в автоматической системе отсутствуют, то система описывается обыкновенным дифференциальным уравнением и называется системой с сосредоточенными параметрами.

Системы с запаздыванием. Наличие в составе автоматической системы устройства «с распространением» (а также некоторых других устройств, например, цифровых вычислительных машин) приводит к явлению запаздывания. Характерным примером может служить система радиоуправлеиия космическими летательными аппаратами. Радиоканал связи наземного пункта управления с летательным аппаратом является устройством с «распространением», но сам процесс распространения радиоволн, очевидно, не интересует инженеров-специа- листов по автоматичесому управлению, которые должны лишь учитывать конечный результат работы радиоканала — запаздывание управляющего сигнала с Земли на объект и сигнала обратной связи с объекта на Землю на время т,=Р~с, где Р— удаление летательного аппарата от Земли; с — скорость распространения радиоволн в космическом пространстве.

Такие системы рассматривают как системы с сосредоточенными параметрами. Они называются системами с запаздыванием и описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями с запаздынающим аргументом. Целесообразность классификации автоматических систем по характеру динамических процессов в них состоит в том, что методы решения уравнений различных типов, соответствующих рассмотренным классам автоматических систем, различны, как и методы исследования автоматических систем разных классов.

Установление принадлежности исследуемой системы к тому или иному классу позволяет выбрать адэкватный метод анализа или синтеза этой системы. а ът. типовыв систвмы эддиодвтомдтики Классификация систем радиоавтоматики по виду управляемой величины. В зависимости от вида управляемой величины можно указать три основных типа систем радиоавтоматики: системы автоматического сопровождения по направлению движущихся объектов (АСН), системы автоматического сопровождения по дальности движущихся объектов (АСД) и системы автоматической подстройки частоты (АПЧ).

Применение таких систем радиоавтоматики позволяет решать ряд задач. Так, система АСН осуществляет автоматическое измерение угловых координат движущегося объекта и одновременно пространственную селекцию этого объекта по угловым координатам. Система АСД является устройством селекции по дальности движущегося объекта и в то же время устройством измерения расстояния до этого объекта. Еще более многообразны функции систем управления частотой генераторов.

Такие системы используются в качестве следящих доплеровских измерителей скорости движущихся объектов, а также в качестве устройств частотной селекции этих объектов. Кроме того, системы ЧАП и ФАП широко применяются для постройки частоты гетеродина в супергетеродинных радиолокационных приемных устройствах, для управления частотой гетеродина в устройствах следящего приема частотно-модулированных сигналов.