ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЗВЕНЬЕВ 1-го ПОРЯДКА
В качестве элементарных рассматриваются следующие звенья:
- - интегрирующее;
- - инерционное;
- - реальное дифференцирующее;
- - интегро-дифференцирующее.
Методика анализа звеньев. Обозначим входное воздействие через X, а выходное - через Y (рисунок А.1).

Анализ звена производится в следующем порядке:
- 1) составление дифференциального уравнения;
- 2) переход к символической форме;
- 3) получение операторной передаточной функции W(p);
- 4) переход к частотной передаточной функции W(jw);
- 5) описание частотных характеристик (Re(w), Im(w), Im(Re(w)),A(w), Fi(w)).
- 1. Для звена первого порядка запишем дифференциальное уравнение входа
,
а затем выхода
и приравняем их
=.
Перейдем ко второму пункту анализа, записав полученное уравнение в символической форме.
2. Для перехода к символической форме выразим производные входа и выхода


; .

Введя обозначение , получим
,
где символ (оператор) дифференцирования.
Тогда описание звена в символической форме примет вид
=,
Или
=.

3. Воспользовавшись определением передаточной функции ,
из последнего уравнения получим выражение операторной передаточной функции

.
4 . Для перехода к частотной (комплексной) передаточной функции
воспользуемся подстановкой :

.
Рассмотрим формы комплексной передаточной функции
алгебраическую,
показательную,

где амплитуда;

фаза.
5. Представим полученную комплексную дробно-рациональную передаточную функцию в алгебраической форме. Для этого необходимо избавиться от иррациональности в знаменателе, помножив числитель и знаменатель на комплексно сопряженное знаменателю число

откуда получим

,

.
Найдя вещественную и мнимую составляющие, можно построить следующие частотные характеристики:
- - вещественную (ВЧХ);
- - мнимую (МЧХ);
- - амплитудную фазочастотную (АФЧХ) - годограф;
- - амплитудную (АЧХ);
- - фазовую (ФЧХ);
Характеристики интегрирующего, инерционного и реального дифференцирующего звеньев получаются как частные случаи полученных в ходе анализа частотных характеристик при следующих условиях:
Тип звена |
Значения коэффициентов |
интегрирующее |
; |
инерционное |
; |
Дифференцирующее |
; |
интегро-дифференцирующее |
. |