7. НЕЛИНЕЙНЫЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Введение нелинейных элементов в схему корректирующего устройства часто позволяет повысить качество САР. Цепи нелинейной коррекции работают как на сигналах постоянного тока, так и на амплитудно-модулированных сигналах переменного тока. С помощью нелинейного корректирующего устройства, включенного в прямой тракт усиления сигнала ошибки системы, можно обеспечить переходный процесс, близкий к оптимальному.

На рис. XII.38 приведена схема нелинейного фазоопережающего корректирующего элемента. Вначале рассмотрим его принцип

действия для случая преобразования сигнала постоянного тока. Пусть в момент времени ко входу контура прикладывается скачок напряжения сигнала ошибки постоянного тока положительной полярности. Диод проводит ток, конденсатор шунтирует резистор и все напряжение сигнала ошибки выделяется на резисторе В первый момент усиление САР максимально; корректирующий четырехполюсник не вводит ослабления сигнала, вследствие чего создается очень быстрая начальная реакция системы. По мере того как конденсатор заряжается, напряжение на сопротивлении уменьшается, а следовательно, уменьшается управляющее напряжение исполнительного электродвигателя. В то же время уменьшается величина угла рассогласования при отработке его электродвигателем. Диод прекращает проводить ток, когда напряжение сигнала ошибки становится равным напряжению на конденсаторе В этот момент напряжение на сопротивлении равно нулю и система вступает во второй режим работы.

Рис. XII.38. Схема нелинейного фазоопережающего корректирующего элемента

Первый режим работы системы является линейным, причем его продолжительность определяется в основном электромеханической постоянной времени электродвигателя с учетом нагрузки, а также постоянной времени корректирующего четырехполюсника. Во втором режиме происходит торможение электродвигателя, а конденсатор разряжается через резистор Если постоянная времени разряда меньше электромеханической постоянной времени электродвигателя, то напряжение на конденсаторе уменьшается быстрее, чем напряжение сигнала ошибки, а диод проводит ток непрерывно. Корректирующий четырехполюсник в этом случае работает в линейном режиме. Если же постоянная времени больше электромеханической постоянной времени электродвигателя, то во втором режиме диод не проводит ток и вал исполнительного электродвигателя останавливается без перерегулирования. При снижении напряжения на конденсаторе до величины, меньшей, чем напряжение сигнала ошибки, происходит прерывистое вращение выходного вала системы. При изменении полярности сигнала ошибки (например, при перерегулировании) диод немедленно начинает проводить ток и появляется тормозящий вращающий момент, соответствующий максимальному усилению системы.

Итак, для работы нелинейного корректирующего контура необходимо, чтобы а постоянная времени должна быть больше электромеханической постоянной времени электродвигателя.

При работе САР, обладающей астатизмом первого порядка, в установившемся режиме постоянно существует некоторое

напряжение сигнала ошибки, вследствие чего один диод проводит ток и напряжение на сопротивлении

«вых-Ывх

В качестве примера на рис. XI 1.39 приведены переходные характеристики следящей системы, изображенной на рис. XII.40, с передаточной функцией электродвигателя усилителем с коэффициентом усиления и нелинейным фазоопережающим корректирующим элементом КЭ с параметрами и

Рис. XII.39. Переходные характеристики компенсированной и некомпенсированной линейной системы

Рис. XII.40. Блок-схема следящей системы с нелинейным корректирующим элементом

В усилителе была исключена возможность насыщения в какой-либо ступени усиления. Штриховыми линиями показаны переходные характеристики соответствующей линейной системы при различных коэффициентах демпфирования . Существенного изменения переходных характеристик от величины скачка не наблюдалось.

Рис. XII.41. Частотные характеристики корректирующего устройства, не зависящие от колебания несущей частоты: Н — амплитудная, — фазовая частотные характеристики

В нелинейных фазоопережающих корректирующих устройствах, используемых в следящих системах переменного тока, один из диодов работает в положительный полупериод напряжения сигнала ошибки, а другой — в отрицательный полупериод. Поэтому на резисторе образуется напряжение переменного тока, причем в начале переходного процесса также реализуется большой коэффициент передачи системы для получения больших ускорений. Ток, протекающий в контуре, является однонаправленным, конденсаторы заряжаются и выключают диоды при снижении сигнала ошибки ниже соответствующего уровня. Порядок работы

контура по существу, такой же, как и при сигнале ошибки постоянного тока.

В заключение отметим, что из всех рассмотренных корректирующих элементов переменного тока наиболее простыми и, следовательно, наиболее надежными в работе являются пассивные RLC- и в особенности RС-четырехполюсники.

Рис. XII.42. Корректирующий элемент переменного тока: а — электрическая схема; б — частотные характеристики

Однако зависимость корректирующих свойств от колебаний несущей частоты во многом ограничивает их применение.

В связи с этим были предприняты попытки создать пассивные корректирующие элементы переменного тока с характеристиками, не зависящими от изменений несущей частоты.

Как видно из выражения (XII.7), а также рис. XII. 1, корректирующий элемент переменного тока будет нормально функционировать, если обеспечиваются равенства Эти условия выполняются устройствами с постоянной амплитудной и линейной фазовой частотными характеристиками (рис. XII.41). На рис. XII.42, а показан корректирующий элемент, реализующий такие частотные характеристики. Он состоит из двух ограниченных по полосе фильтров, остро настроенных на частоты вблизи несущей частоты, в результате чего получается амплитудная частотная характеристика -образной формы (рис. XII.42, б).

Чрезмерная сложность такого устройства и большая вероятность расстройки фильтров в процессе эксплуатации контура делают его практически малопригодным.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)