Форсирующее и апериодическое звенья первого порядка.
Комплексная частотная функция форсирующего звена имеет вид:
Wф(jω) = K×(1+jω×T);
апериодического звена первого порядка:
.
Модуль вектора частотной функции форсирующего звена определяется следующим выражением:
;
апериодического звена 1-го порядка:
.
Фазы векторов частотных функций звеньев определяются выражением:
y(ω) = ±arctg(ω×T).
Знак "+" в формуле относится к форсирующему звену, знак "–" – к апериодическому звену.
Амплитудно-фазовая характеристика форсирующего звена представляет собой на комплексной плоскости прямую, параллельную мнимой оси и отстоящую от нее на расстоянии, равном коэффициенту усиления звена. С увеличением частоты вектор частотной функции форсирующего звена неограниченно возрастает, поэтому его АФХ также неограниченно растет, при этом фаза вектора приближается к углу 900.
Амплитудно-фазовая характеристика апериодического звена, представляет собой полуокружность диаметром, равным коэффициенту усиления звена.
Логарифмические амплитудно-частотные характеристики форсирующего и апериодического звеньев определяются логарифмированием модулей частотных функций:
.
Знак "+" в формуле относится к форсирующему звену, знак "–" – к апериодическому звену.
Для рассматриваемых звеньев, во избежание громоздких вычислений, можно использовать упрощенные ЛАЧХ, составленные из двух линейных отрезков. Горизонтальный отрезок располагают на уровне 20×lgK. Аналитические выражения для наклонных отрезков могут быть получены из второго слагаемого формулы ЛАЧХ, если пренебречь единицей под знаком корня:
.
Эти выражения соответствуют формулам ЛАЧХ дифференцирующего и интегрирующего звеньев. Наклонные отрезки имеют крутизну наклона ±20 дБ/дек и сопрягаются с горизонтальными отрезками характеристики при частоте . Частоту wс называют частотой сопряжения.
Наибольшая погрешность линеаризации ЛАЧХ форсирующего и апериодических звеньев имеет место при частоте сопряжения и составляет 20×lg = 3 дБ. Графики упрощенных линеаризованных ЛАЧХ показаны на рисунке штриховыми линиями.
При решении практических задач для построения линеаризованной ЛАЧХ вычисляются координаты точки сопряжения горизонтальной и наклонной частей характеристики: . Влево от этой точки проводится горизонтальный отрезок; вправо – наклонный. Наклон отрезка составляет 20 дБ/дек для форсирующего звена и –20 дБ/дек для апериодического.
Логарифмические фазо-частотные характеристики форсирующего и апериодического звеньев описываются функциями арктангенса и расположены симметрично относительно оси абсцисс. При частоте сопряжения фазовый угол характеристик составляет ±45°.
При решении практических задач ЛФЧХ строят по шаблону. Шаблон ЛФЧХ совмещается фазой 45° для форсирующего и –45° для апериодического звеньев с логарифмической частотой сопряжения звена lgωс по оси абсцисс.