Источником возникновения типовых нелинейностей являются либо естественные особенности физических процессов, либо особенности принципиальных технических решений, принятых при создании системы автоматического управления. Нелинейности первого типа получили название естественные нелинейности, а нелинейности второго типа – искусственные нелинейности.
На рис 51 приведены графики типовых нелинейностей. Левый график соответствует идеализированному представлению нелинейной характеристики, правый – распространенному на практике виду. Горизонтальная ось соответствует входному сигналу X, вертикальная – выходному – Y.
На рис. 51 a) изображена нелинейность ограничение или насыщение. Эта нелинейность учитывает тот факт, что выходной сигнал любого преобразовательного элемента не может быть больше некоторого предельного значения. Следовательно, большие входные сигналы не приводят к изменению выходного сигнала.
Нелинейность на рис. 51 b) получила название зона нечувствительности. Преобразовательный элемент любой физической природы не способен преобразовывать очень малые сигналы, меньшие некоторого порога чувствительности Δ.
На рис. 51 c) показана нелинейность гистерезис, выражающаяся в том, что графики изменения выходной величины при увеличении входного сигнала и при его уменьшении не совпадают. Правый график, например, наблюдается при намагничивании ферромагнитного материала переменным током (гистерезис характеристики намагничивания).
Все рассмотренные нелинейности являются естественными нелинейностями и присущи преобразовательным элементам любой физической природы. Однако практический учет этих нелинейностей необходим только в тех случаях, когда они начинают существенно влиять на свойства системы автоматического управления.
Искусственные нелинейности связаны с особенностями принципиальных технических решений преобразовательных элементов системы. В принципе такие нелинейности могут быть любыми. На практике часто приходится иметь дело с нелинейностью релейная характеристика, которая показана на рис. 51 d). Левый график воспроизводит релейную характеристику в чистом виде, а правый – релейную характеристику с зоной нечувствительности.