4.1. Формирователь сигнала главной обратной связи и чувствительный элемент.
Для формирования сигнала главной обратной связи используются следующие элементы системы: шариковинтовая передача, редуктор Р2, вращающийся трансформатор, работающий в фазовом режиме, преобразователь фаза-напряжение).
Чувствительный элемент включает в себя преобразователь управляющего воздействия, элемент сравнения (усилитель с двумя входами для получения разности сигналов задания 
и сигнала регулируемой координаты 
) и нормализатора сигнала ошибки. Структурная схема формирователя и чувствительного элемента приведена на рис. 4.
Рис. 5. Структурная схема канала обратной связи и чувствительного элемента
Здесь приняты следующие обозначения:
- ПФ преобразователя управляющего воздействия в напряжение;
- ПФ шариковинтовой передачи;
- ПФ редуктора Р2;
- ПФ вращающегося трансформатора;
- ПФ преобразователя фаза-напряжение;
- ПФ нормализатора сигнала ошибки.
- угол поворота шариковинтовой передачи;
- угол порота выходной оси приборного редуктора Р2;
- фазовый сдвиг выходного напряжения вращающегося трансформатора относительно опорного напряжения (единица измерения - электрический градус, град*).
При выводе передаточных функций следует обеспечить одинаковую крутизну сигналов по управляющему воздействию и регулируемой координате. При этом следует иметь в виду:
1) общий коэффициент передачи этого звена должен быть равен единице;
2) максимальное напряжение в цепи сигналов задания и обратной связи - 10В; оно соответствует величине максимального перемещения рабочего органа (полагаем, что измерительная система одноотсчетная);
3) максимальное напряжение, подаваемое на усилитель, реализующий элемент сравнения, составляет 10В; при этом величина ошибки в системе равна заданной по ТЗ величине кинетической ошибки;
4) преобразование сигналов в этих звеньях безынерционное и без запаздывания.
Шариковинтовая передача (ШВП) как преобразующее звено в цепи обратной связи. При выводе ПФ следует иметь в виду, что здесь она преобразует линейное перемещение в угловое. При повороте на один оборот ШВП преобразуется линейное перемещение, соответствующее значению шага ходового винта 
ШВП. ПФ ШВП определяется, град/мм
.
Приборный редуктор Р2 обеспечивает заданную цену оборота вращающегося трансформатора 
. Под ценой оборота понимается линейное перемещение рабочего органа, при котором его ротор совершает один оборот, или поворачивается на угол 360 град. ПФ редуктора Р2 имеет вид:
.
Вращающийся трансформатор преобразует угловое перемещение в сигнал. Он работает в фазовом режиме. При этом его выходное напряжение
.
Информационным сигналом этого звена является величина фазового сдвига выходного напряжения, т.е. 
относительно опорного. Следует иметь в виду, что коэффициент передачи вращающегося трансформатора, работающего в фазовом режиме, равен 1. Передаточная функция задается в виде:
.
Преобразователь фаза-напряжение. Выполнен многоотсчетным. Выходное напряжение 10 В. Передаточная функция находится по выражению, В/град
.
Здесь 
- суммарный фазовый сдвиг, соответствующий максимальному перемещению 
. Он определяется как
;
.
Передаточную функцию звеньев, формирующих сигнал обратной связи вычисляем, В/мм
,
.
Следует иметь в виду, что крутизна сигналов управляющего воздействия G и регулируемой координаты X по цепи обратной связи должна быть одинаковой, то есть должно соблюдаться условие
.
Преобразователь напряжения сигнала задания. Выходное напряжение 10 В. Оно соответствует всему диапазону управляющего воздействия, т.е. величине максимального перемещения. Передаточная функция, В/мм
.
Элемент сравнения формирует сигнал ошибки
.
Передаточная функция чувствительного элемента с учетом того, что преобразование безынерционное, будет
.
Передаточная функция нормализатора сигнала ошибки. В техническом задании определена кинетическая ошибка 
системы. Так как рассматривается линейная система с астатизмом первого порядка, то в режиме слежения с заданной максимальной скоростью ошибка не может быть больше заданного значения 
. Поэтому, исходя из условий физической реализации системы, максимальное выходное напряжение нормализатора соответствует именно этому значению, и, в свою очередь, составляет стандартную величину10 В.
Величина напряжения, соответствующего величине контурной ошибки на выходе чувствительного элемента, будет, В
В.
Коэффициент передачи нормализатора определяется
В.
Передаточная функция чувствительного элемента окончательно определяется как передаточная функция пропорционального звена с коэффициентом передачи, В/мм
.
4.2. Регулятор положения
Вид и параметры регулятора положения определены ТЗ. Это пропорциональное звено с передаточной функцией
.
4.3. Усилитель с корректирующим звеном
Вводится в прямой тракт для получения заданных динамических характеристик САУ. В результате синтеза необходимо определить вид и параметры этого звена. На предварительном этапе синтеза принимаем
.
4.4. Регулятор скорости
Вид и параметры регулятора скорости определены ТЗ. Это пропорциональное звено с передаточной функцией
.
4.5. Регулятор напряжения
Вид и параметры регулятора напряжения определены ТЗ. Это изодромное звено с передаточной функцией
4.6. Усилитель мощности
В качестве усилителя мощности используется тиристорный преобразователь. Исполненный в виде управляемого выпрямителя ШИМ.
Передаточная функция тиристорного преобразователя определяется в виде апериодического звена с чистым запаздыванием 
.
Коэффициент передачи преобразователя определяется
.
Постоянная времени преобразователя находится по выражению
.
Чистое запаздывание обусловлено физическими особенностями работы тиристорных преобразователей. Для преобразователя типа УВ чистое запаздывание
.
где f - частота питания преобразователя; n - число фаз.
Для рассматриваемого вида преобразователя чистое запаздывание можно представить в виде дополнительной составляющей в постоянной времени этого звена [3]. Тогда ПФ принимает вид
,
где 
,
.
4.7. Исполнительный двигатель
В качестве исполнительного двигателя используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Необходимо выполнить линеаризацию уравнений, описывающих его. В результате преобразований даются передаточные функции двигателя по управляющему и возмущающему воздействиям, соотношения для определения постоянных времени и коэффициентов передачи по скорости и моменту.
Рис.6. Схема электрическая принципиальная исполнительного двигателя
u – Uя, i – Iя, r – Rя, L – Lя, J – Jя.
(1).
Линеаризуем 
, для этого разложим функцию в окрестности рабочей точки в ряд Тейлора:
,
ω=ω0+Δω.
Пологая что Δω мало, отбросим нелинейные члены разложения.
= Се – коэффициент противоэдс.
,
тогда
– коэффициент передачи двигателя по моменту.
Пусть установившемуся рабочему движению двигателя соответствует 
тогда
Согласно принятого перепишем (1).
(2).
Уравнение статики для ДПТ имеет вид:
(3).
Вычтем из (2) (3) получим уравнение ДПТ в приращении.
.
Перейдём от оригиналов к изображениям.
.
Выразим из второго уравнения I(p) и подставим в первое.
–электромеханическая постоянная времени двигателя, 
– электромагнитная постоянная времени двигателя.
С учётом всего этого запишем.
,
Так как при синтезе используется параметр добротности системы по скорости в с-1, то здесь и далее при определении коэффициентов передачи звеньев угловые частоты вращения следует давать в рад/с.
Регулируемой координатой САУ является перемещение. Двигатель является интегрирующим звеном. При таком варианте использования ПФ двигателя операцию интегрирования скорости согласно принципу суперпозиции, справедливому для линейных систем, следует отнести к одному из последующих звеньев, например к ШВП.
4.8. Силовой редуктор
Силовой редуктор является трансформатором частоты вращения и передаваемого двигателем момента. Настоящая система синтезируется по управляющему воздействию. Считаем, что эта механическая передача выполнена идеально и имеет абсолютную жесткость. Тогда она описывается передаточной функцией пропорционального звена
.
Используем заданную по ТЗ единицу измерения частоты вращения вала двигателя об/мин. Определим соответствующую заданной скорости перемещения частоту вращения ходового винта, (мм/мин)/(мм/об)
4.9. Шариковинтовая передача
Отметим функции ШВП, как звена САУ. Это звено является выходным звеном контура положения. Выходной координатой контура скорости является скорость, а контура положения - положение. С ШВП сочленен датчик обратной связи, замыкающий контур и всю систему по положению. Поэтому при таком построении структурной схемы ШВМ с учетом правил преобразования структурных схем линейных систем отнесем к этому звену две функции:
1) интегрирование входного сигнала - сигнала скорости;
2) преобразование углового перемещения в линейное.
Считаем, что ШВП выполнена идеально и имеет абсолютную жесткость. Тогда передаточная функция ШВП определяется, мм/(рад/с)
4.10. Нормализатор сигнала местной обратной связи по напряжению
Контур по напряжению замыкается местной обратной связью. Звено с передаточной функцией 
формирует сигнал, пропорциональный напряжению исполнительного двигателя. Это звено реализует единичную обратную связь данного контура. Для этого его выходное напряжение 
, соответствующее максимальному сигналу на выходе контура 
, должно соответствовать максимальному входному сигналу, которое составляет 10 В. Согласно комбинированной схеме силовой части (см. рис. 2) напряжение обратной связи снимается непосредственно с якоря двигателя. Для развязки цепей должен использоваться развязывающий усилитель с высоким входным сопротивлением и коэффициентом передачи, обеспечивающим единичную обратную связь. Тогда коэффициент передачи этого звена, реализующего единичную обратную связь контура, определяется,
Отметим еще раз, что при определенных таким образом коэффициентах передачи звена в цепи обратной связи, реализуется коэффициент, равный единице. Тогда на этапе синтеза данного контура обратная связь принимается единичной.
4.11. Тахогенератор
Звено с передаточной функцией 
реализует единичную обратную связь для контура скорости, это тахогенератор. Его выходное напряжение 
, соответствующее максимальной скорости (частоте вращения) двигателя 
, должно соответствовать максимальному входному сигналу контура и составляет 10 В. Преобразование сигнала безынерционное. Тогда это звено описывается передаточной функцией пропорционального звена, В/(рад/с)
Отметим также, что, как и для предыдущего контура, здесь реализуется коэффициент передачи обратной связи, равный единице. Тогда на этапе синтеза данного контура обратная связь принимается единичной.