§ 9.3. Схема следящей системы по азимуту

Для расчета следящей системы по азимуту необходимо полностью определить заданные элементы системы. В предыдущем параграфе были приведены данные о структурной схеме антенны. Остается определить двигатель, который будет использоваться в приводе системы азимута. После выбора двигателя необходимо определить предаточное число от двигателя к основанию антенны. Как только станут известны заданные элементы системы, можно начертить схему привода по азимуту, на которой их следует подробно показать.

Для малой скорости сопровождения, даже при порывах ветра, необходимая мощность привода очень мала. При максимальной скорости сопровождения около 200 сек и при порывах ветра максимальная мощность приблизительно равна одной лошадиной силе. Если

предположить, что для надежности и компенсации трения в редукторе требуется еще одна лошадиная сила, то мощность двигателя окажется равной двум лошадиным силам. В этом диапазоне мощности существуют весьма удовлетворительные гидравлические и электрические системы. Без каких-либо особых обоснований в данной системе решили использовать поршневой гидравлический привод постоянного перемещения. Гидравлический двигатель поршневого типа связан с обычным золотником, управление которым производится электрически. В золотник поступает масло под большим давлением. Основное соображение в пользу гидравлического привода — уверенность получения скорости на выходе, пропорциональной электрическому сигналу на входе исполнительного механизма в диапазоне частот, который находим согласно расчету следящей системы. Этого нельзя сказать с абсолютной уверенностью об электрическом приводе. Характеристики гидравлического двигателя (вместе с золотником), выбранного для системы, содержатся в таблице 9.3-1.

Таблица 9.3-1 Основные параметры гидравлического серводвигателя

Единственным параметром в этой таблице, требующим пояснения, является коэффициент вязкого демпфирования Этот коэффициент отражает тот факт, что скорость в функции момента гидравлического двигателя при постоянном электрическом напряжении на входе исполнительного механизма убывает с увеличением момента из-за утечки через поршень двигателя и через уплотнение золотника.

На рис. 9.3-1 показана схема системы азимута с гидравлическим двигателем. Из этой схемы можно понять, что действующий сигнал (ошибка) на выходе преобразователя цифровых данных в непрерывные получается как сигнал разности (в цифровой форме) между желаемым положением антенны, определяемым преобразователем координат, и действительным положением, получаемым со стабилизированной платформы. Предполагается, что последняя значащая цифра в этой разности должна соответствовать одной секунде дуги. На основании экспериментальных данных по другим системам, использующим сигнал ошибки в цифровой форме, в предварительном анализе можно пренебречь ступенчатым (квантованным) характером сигнала вследствие малой величины отдельного кванта. Поэтому в дальнейшем предполагается, что сигнал ошибки является просто непрерывной разностью

между мгновенными значениями входного сигнала (сигнала на выходе преобразователя координат) и текущего угла поворота диска

Передаточное число редуктора (равное отношению угла поворота вала двигателя к углу поворота основания антенны) выбирается равным отношению максимальной скорости вала двигателя к угловой скорости основания, определяемой максимальной скоростью сопровождения. Для максимальной скорости сопровождения 200 сек дуги/сек это отношение равно

Рис. 9.3-1. Функциональная схема иривода по азимуту.

Такой выбор передаточного числа редуктора оправдан только в том случае, когда моменты (приведенные к валу двигателя), связанные с ускорением и нагрузкой, пренебрежимо малы. Как только передаточное число редуктора выбрано, удобно привести все величины к валу двигателя. Это позволит уменьшить число переменных, необходимых для структурной схемы антенны. Напомним, что для приведения момента инерции и жесткости опор к валу двигателя необходимо разделить эти величины на квадрат передаточного числа от двигателя к основанию, а для приведения момента нагрузки — просто на передаточное число. Ясно также, что величины углов, приведенных к валу двигателя, умножаются на соответствующее передаточное число редуктора. Везде в схемах и расчетах далее предполагается, что величины приведены к валу двигателя.

На рис. 9.3-2 дана подробная схема привода по азимуту. В этой схеме на выходе корректирующего звена возникает сигнал, пропорциональный угловой скорости гидравлического двигателя при отсутствии момента нагрузки. Из этой идеальной скорости двигателя вычитается

действительная скорость, равная скорости основания, приведенной к валу двигателя. Разница между этими двумя скоростями возникает из-за гидравлических потерь в двигателе и золотнике. Эта разность скоростей, умноженная на коэффициент демпфирования двигателя, равна моменту двигателя ит. Момент двигателя необходим для преодоления упругого момента двух опор и инерции основания при его ускорении. Упругий момент вместе с моментом от порывов ветра приводит к неравномерному движению диска антенны.

Рис. 9.3-2. Структурная схема привода азимута.

На рис. 9.3-2 пунктирной линией показана обратная связь по ускорению, применяемая для стабилизации привода азимута согласно одной из схем компенсации, описанной в § 9.7.

Следующий шаг состоит в упрощении схемы рис. 9.3-2.

Применяя обычную методику, мы приходим к эквивалентной одноконтурной системе с обратной связью, показанной на рис. 9.3-3. Схема выбиралась из условия тождественности сигналов на выходе корректирующего звена. В обеих схемах этот сигнал пропорционален угловой скорости основания антенны при отсутствии потерь в двигателе и золотнике. При этом скорость на выходе была бы пропорциональна электрическому сигналу на входе приводного устройства золотника.

Из схемы одноконтурной системы рис. 9.3-3 легко получить передаточную функцию неизменной части системы и вспомогательную передаточную функцию через которую момент ветра

Рис. 9.3-3. Эквивалентная одноконтурная схема привода азимута.

и воздействует на систему. Выражения этих передаточных функций в зависимости от параметров системы приведены на рис. 9.3-3. В следующем параграфе возмущения, связанные с ветром, будут рассмотрены более подробно, после чего окажется возможной дальнейшая модификация схемы 9.3-3. На основании этой новой схемы будет получена общая формула передаточной функции корректирующего звена из условия минимума среднего квадрата ошибки, возникающей из-за случайного входного сигнала и случайного возмущения.