СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА системы автоматического регулирования (CAP), графич. изображение такой системы в виде совокупности частей, на к-рые её можно разделить по определённым признакам, и связей между частями с указанием направления передачи воздействий. С. с. систем управления вообще строят по конструктивному, функциональному либо алгоритмич. принципу. В автоматич. регулировании используются преим. алгоритмич. С. с., полностью отображающие динамич. свойства CAP. По дифференциальным ур-ниям, описывающим некую CAP, можно построить её алгоритмич. С. с., и наоборот, зная такую С. с., можно составить дифференциальные ур-ния, описывающие CAP.

На С. с. изображают звенья CAP (к-рым ставят в соответствие передаточные функции звеньев или операторы выполняемых ими нелинейных преобразований), связи и узлы (точки разветвления связей). Среди важнейших звеньев с элементарными алгоритмами различают: динамические (изменяющие входное воздействие во времени) - интегрирующие, дифференцирующие, временной задержки; формирующие (изменяющие масштаб и форму входного воздействия и т. п. ) - пропорциональные, модуляционные, импульсные; арифметические - суммирующие, множительные и т. п.; логические (осуществляющие логические операции над входными величинами). Линейные динамич. и масштабные звенья, а также преобразователи функциональные изображают на С. с. прямоугольниками, сумматор - кружком, разделённым на секторы (секторы, к к-рым подводятся вычитаемые, часто зачерняют), узел - жирной точкой на пересечении соответствующих связей (рис.1). Передаточной функцией (ПФ) отд. звена или CAP в целом наз. отношение изображений (см. Лапласа преобразование) их выходных и входных величин (при нулевых начальных условиях). ПФ полностью описывает динамич. свойства систем и их звеньев. Обычно её обозначают W(S) или W(p) либо просто W (s или  - аргумент преобразования Лапласа).

Рис. 1. Изображение элементов структурных схем:  - линейное звено; 6 - функциональный преобразователь; в - узел; г - сумматор; W(s) - передаточная функция; у, U, Z - входные воздействия (сигналы); х- выходная величина (сигнал).

Любую линейную часть CAP с сосредоточенными постоянными параметрами можно расчленить на элементарные, далее неделимые звенья четырёх типов - интегрирующие, дифференцирующие, масштабные и суммирующие. Реальные CAP (у к-рых степень числителя ПФ не выше степени знаменателя) можно представить, как правило, звеньями всего трёх типов (без дифференцирующих). Расчленение на элементарные звенья удобно при моделировании CAP на аналоговых вычислительных машинах. При др. методах исследования линейную часть обычно расчленяют на более сложные типовые звенья: первого порядка - неидеальные дифференцирующие, интегро-дифференцирующие, апериодические; второго порядка - неидеальные интегрирующие, колебательные, запаздывающие и др. Порядок линейного звена С. с. определяется порядком описывающего его динамику дифференциального ур-ния.

Поскольку ПФ систем адекватно описывают их динамич. свойства, одну С. с. можно заменить другой, эквивалентной ей, при единственном необходимом и достаточном условии - равенстве их ПФ. При этом преобразование обыкновенных линейных С. с. производится в соответствии с правилами преобразования соединений простейшего типа - последовательных, параллельных и с обратной связью (рис.2). С. с. в целом и звенья любого порядка выше второго могут быть заменены несколькими С. с. или звеньями порядка не выше второго, что значительно упрощает анализ и синтез CAP.

Рис. 2. Простейшие соединения линейных звеньев: а - последовательное; 6 - параллельное; в-с отрицательной обратной связью; Wi(s) - передаточная функция г‘-го звена; ¹W - передаточная функция системы; у - входное воздействие (сигнал); х - выходная величина (сигнал).

При структурном исследовании CAP наряду со С. с. пользуются ориентированными графами (см. Графов теория), вершинам к-рых ставят в соответствие параметры системы, а рёбрам - ПФ или операторы функциональных преобразований.

Лит.: Петров Б. H., О построении · преобразовании структурных схем, "Изв. АН СССР. Отделение технических наук", 1945, № 12; С о л о д о в А. В., Линейные системы автоматического управления с переменнымн параметрами, M., 1962; Ш а т алов А. С., Структурные методы в теории управления и электроавтоматике, M.- Л., 1962; Воронов А. А., Основы теории автоматического управления, ч. 1 - 3, M., 1965 - 70; Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования, под ред. В. В. Солодовникова, кн. 1, M., 1967.

А. А. Воронов.