Характеристики типовых звеньев систем автоматического регулирования

Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 
 
 
 
Н. М. Задорожная, В. А. Дудоладов  
 
 
 
Характеристики типовых звеньев 
систем автоматического регулирования 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

УДК 517.1 
ББК 22.161 
З-15 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/200/book760.html 
 
Факультет «Информатика и системы управления» 
Кафедра «Системы автоматического управления» 
Рекомендовано Научно-методическим советом  
МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве учебного пособия 
Рецензенты:  
канд. техн. наук, доцент В. В. Рыбин,  
канд. техн. наук, доцент Г. И. Ревунков 
 З-15 
 
Задорожная, Н. М. 
  
 
Характеристики типовых звеньев систем автоматического регулирования : учебное пособие / Н. М. Задорожная,  
В. А. Дудоладов. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. — 37, [3] с. : ил. 
ISBN 978-5-7038-4099-3 
Рассмотрены динамические характеристики типовых звеньев систем автоматического регулирования, которые описываются дифференциальными уравнениями первого и второго порядка. Анализ  
типовых звеньев осуществляется по временным и частотным характеристикам. Приведена методика составления структурных схем, 
дифференциальных уравнений и передаточных функций, необходимых для проведения анализа и синтеза систем автоматического регулирования. В качестве примера рассмотрена методика определения 
передаточных функций и логарифмических частотных характеристик 
следящей системы с астатизмом первого порядка. 
Для студентов машиностроительных и приборостроительных 
специальностей, изучающих курсы «Управление в технических системах», «Основы теории автоматического управления», «Системы 
автоматического управления». 
 
УДК 517.1 
ББК 22.161 
 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4099-3 
 
 
       МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014 
 
2 

 
ВВЕДЕНИЕ 
При проектировании и исследовании систем автоматического 
регулирования (САР) и систем автоматического управления (САУ) 
необходимо применять методы анализа и синтеза, разработанные в 
теории автоматического регулирования и управления. Процесс 
проектирования САР (САУ) подразделяют на несколько этапов, 
первым из которых является построение математических моделей 
объекта регулирования (управления) и всей системы в целом. 
При анализе и синтезе САР ее разбивают на типовые звенья, 
которые различаются по своим динамическим свойствам. Типовые 
динамические звенья описывают определенными дифференциальными уравнениями, что позволяет рассматривать качественные 
показатели системы вне зависимости от физической природы ее 
элементов. 
В основе классификации звеньев лежат их математические модели — дифференциальные уравнения, которыми описываются 
устройства, весьма разнообразные как по своему функциональному назначению, так и по конструктивному исполнению. Используя 
типовые динамические звенья, можно создавать математические 
модели сколь угодно сложных линейных систем. 
Данное пособие предназначено для студентов машиностроительных и приборостроительных специальностей, изучающих курсы «Управление в технических системах», «Основы теории управления», «Системы автоматического управления». 
 
 
3 

 
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ  
СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ  
В ВИДЕ ТИПОВЫХ ЗВЕНЬЕВ 
Система автоматического регулирования и ее отдельные элементы, как правило, работают в переходных режимах, поэтому 
необходимо знать их динамические свойства. Основными характеристиками элементов систем регулирования являются дифференциальные уравнения, которые во многих случаях можно линеаризовать и свести к линейным дифференциальным уравнениям с 
постоянными коэффициентами. Однако, несмотря на огромное 
разнообразие конструктивных форм отдельных элементов и выполняемых ими функций, многие из них описываются одинаковыми дифференциальными уравнениями. Поэтому можно унифицировать отдельные элементы по их динамическим свойствам и 
свести их к так называемым типовым звеньям САР.  
Типовым линейным звеном называют такой элемент системы, 
динамические свойства которого описываются дифференциальным уравнением не выше второго порядка. Более сложные звенья, 
описываемые дифференциальными уравнениями третьего порядка 
и выше, могут быть сведены к комбинациям типовых звеньев. 
Представление САР или ее отдельных элементов в виде соответствующей комбинации типовых звеньев позволяет упростить решение задач анализа и синтеза систем. 
В теории автоматического регулирования предполагается, что 
все типовые звенья обладают направленностью действия. Под 
направленностью действия звена понимают такое его состояние, 
при котором выходная величина звена в переходном режиме не 
влияет на входную величину, если в системе не существуют специально организованные внутренние обратные связи. Дифференциальное уравнение звена направленного действия не меняется вне 
зависимости от того, подключено к его выходу последующее звено 
системы или оно работает вхолостую. Направленность действия 
типовых звеньев, входящих в состав САР, существенно упрощает 
исследование и проектирование систем. 
 
4