26.4.1. ЭЛЕМЕНТЫ ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТОРА

Фазовый сдвиг между напряжениями можно определить, измерив с помощью элемента выборки-хранения мгновенное значение (7, для момента, в который проходит через нуль в положительном направлении.

Рис. 26.21. Элемент выборки-хранения в качестве фазового детектора.

Для этой цели напряжение подается на вход срабатывающего по фронту одновибратора (рис. 26.21), который вырабатывает импульс опроса для элемента выборки-хранения.

Рис. 26.22. Эпюра напряжения в фазовом детекторе. Воздействия на при включении в значительной степени исчезают, если выбранное имеет тот же порядок величины, что и постоянная времени элемента выборки-хранения.

Как видно из рис. 26.22, выходное напряжение элемента выборки-хранения

Вблизи рабочей точки характеристика детектора близка к линейной согласно соотношению

Отсюда находим постоянную преобразования фазового детектора

Как видно из рис. 26.23, следующая рабочая точка находится при Тогда Какую из двух рабочих точек выбрать, зависит от знака коэффициента усиления регулятора. Следующая устойчивая рабочая точка сдвигается на Это означает, что фазовый детектор не различает сдвиг на полное колебание.

Если вместо синусоидального входного напряжения (7, используют напряжение

Рис. 26.23. Передаточная характеристика элемента выборки-хранения, используемого в качестве фазового детектора.

треугольной формы, получается треугольная характеристика детектора. Для прямоугольных входных импульсов такую схему применять нельзя.

Динамическая характеристика

Описанный фазовый детектор определяет новое значение фазового сдвига только один раз за период. Он ведет себя как звено с запаздыванием. В зависимости от того, в какой момент происходит изменение фазы, запаздывание составляет от до Усредненное запаздывание, следовательно, равно Для дальнейшего расчета необходимо найти комплексное значение постоянной преобразования при высоких частотах фазовой модуляции

С помощью формулы (26.19) получаем комплексный коэффициент усиления всего объекта:

следовательно,

Расчет регулятора

В качестве регулятора целесообразно использовать схему без дифференцирующего устройства, так как выходное напряжение элемента выборки-хранения изменяется только скачком. Из формул (26.23) следует, что фазовый сдвиг между на частоте составляет — 135°. Таким образом, получаем запас по фазе 45°, если коэффициент линейного усиления выбран так, что критическая частота По определению при должно выполняться условие

С учетом равенства и выражения (26.23) находим

Рассмотрим типичный числовой пример: Отсюда получаем В этом случае регулятор можно выполнить в виде делителя напряжения.

Для уменьшения остаточной фазовой ошибки [см. формулу (26.16)] можно увеличить коэффициент усиления на низких частотах с помощью интегрирующего звена Целесообразно, однако, ограничить низкочастотную граничную величину коэффициента усиления конечным значением так как иначе интегратор в состоянии покоя объекта дрейфует к границе диапазона управления. При этом управляемый напряжением генератор может быть так сильно рассогласован, что контур фазового регулирования не действует.

Пассивный делитель напряжения легко можно преобразовать в ПИ-регулятор с ограниченным усилением если, как показано на рис. 26.24, последовательно с резистором включить конденсатор. Параметры регулятора в этом случае будут определяться следующими соотношениями:

После включения, как правило, имеет место смещение частот Вследствие этого фазовый сдвиг возрастает пропорционально времени. При этом, согласно рис. 26.23, на выходе фазового детектора возникает переменное

Рис. 26.24. Контур регулирования фазы с элементом выборки-хранения в качестве фазового детектора.

напряжение с частотой и амплитудой По этой причине на вход отслеживающего генератора поступает частотно-модулированное напряжение

Существует, следовательно, момент, когда частоты совпадают и контур регулирования не работает. Для этого необходимо выполнение условия, чтобы сдвиг частоты был меньше, чем приращение частоты:

Этот максимально допустимый сдвиг называется областью захвата, которая представляет собой нормальную рабочую область. Для рассмотренного числового примера она составляет или