5. АКТИВНЫЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА СЕРВОМЕХАНИЗМОВ

При проектировании элементов САР и САУ транзисторы применяются не только в качестве усилительных и ключевых элементов, но так же как основные элементы активных корректирующих устройств и небольших аналоговых вычислителей.

Рис. 1.13. Логарифмические частотные характеристики сложных звеньев: звена - (физически реализуемого); 1 — ЛЧХ звена - Звена звена звена (физически нереализуемого); 1 и 2 — ЛАХ звена и 4 — ЛАХ звена и ; 5 — ЛАХ звена и ЛФХ звена звена

Это относится и к операционным (решающим) усилителям (ОУ) на твердосхемных элементах, с помощью которых достаточно просто создаются корректирующие устройства с разнообразными передаточными функциями. Это основано на

свойствах амплитудных и фазовых частотных характеристик сложных звеньев вида (рис. 1.13):

Кроме того, применение операционных усилителей (ОУ) позволяет при необходимости быстро изменять параметры корректирующего устройства, причем изменение одного параметра передаточной функции не влияет на другие.

Рис. 1.14. Схемы активных корректирующих устройств: а — схема, реализующая передаточную функцию ; б — реализующая передаточные функцции

Например, передаточная функция последовательной корректирующей цепи вида (1.52) при

может быть реализована схемой, состоящей из двух операционных усилителей (рис. 1.14, а). Изменение постоянной времени в процессе настройки системы выполняется с помощью конденсатора так, что останутся прежними.

Применение операционных усилителей, выполненных на твердых схемах, позволяет осуществить более сложную коррекцию, в том числе и квазилинейную.

Рассмотрим активное корректирующее устройство, имеющее на высоких частотах усиление — 40 дБ/дек при фазовом сдвиге, равном нулю, и требуемой частоте излома характеристики Работа такого устройства основана на ослаблении входного сигнала пропорционально отношению напряжений, снятых с выходов двух динамических элементов, имеющих разные амплитудные и одинаковые фазовые характеристики. Устройство включает два динамических элемента, из которых один — неминимально-фазовый с передаточной функцией типа (1.53), и множительно-делительную схему.

Эти элементы реализуются электрической схемой, изображенной на рис.

Динамическими элементами являются: последовательное соединение двух одинаковых апериодических звеньев с передаточной функцией

с амплитудой и фазовой характеристиками

а также неминимально-фазовое звено с передаточной функцией (1.53), имеющее частотные характеристики при

Выбранные динамические элементы обеспечивают следующие равенства:

Передаточная функция реализована на усилителях — на операционных усилителях путем суммирования, т. е.:

где

Множительно-делительная схема должна осуществлять операцию

где — мгновенные значения напряжений, формируемых динамическими элементами.

Так как при частоте со входного сигнала имеет место равенство фазовых характеристик, т. е. в любой момент времени отношение мгновенных значений — равно отношению амплитуд:

а выходное напряжение в соответствии с выражением (1.59)

Схема множительно-делительного блока приведена на рис. 1.15. Сигналы поступают на два элемента определения модуля, выполненные на усилителях на выходах которых формируются соответственно положительное напряжение и отрицательное

Рис. 1.15. Схема множительно-делительного устройства

Эти напряжения в качестве делимого и делителя подаются на вычислитель, который включает в себя два последовательно соединенных ОУ, один из которых выполняет функции сумматора, другой — чувствительного нуль-органа х. Триоды служат для увеличения общего коэффициента усиления и формируют сигнал управления ключом делительной цепочки.

Благодаря большому коэффициенту усиления и наличию обратной связи в схеме поддерживается автоколебательный процесс с глубоким насыщением, так что триод работает в релейном режиме. Запирание приводит к замыканию ключа и через некоторое время к преобладанию на входе сумматора положительного напряжения, что приводит к отпиранию . В результате ключ размыкается и, если

на входе сумматора вновь начнет преобладать отрицательное напряжение и рассмотренный процесс повторится.

Скважность сигнала управления ключом автоматически поддерживается такой, при которой среднеинтегральное значение напряжения на входе сумматора близко к нулю. При этом токи равны, поэтому

с другой стороны,

т. е.

Сигнал управления ключом скважностью подается одновременно на ключ Последний работает в схеме, которая аналогична цепи, состоящей из резисторов и емкости С.

На вход цепи подключено напряжение так что

или с учетом выражения (1.62)

Так как их получим

Напряжение, снимаемое с

где

Частота сигнала, управляющего ключами, имеет порядок , поэтому практически всегда удается путем соответствующего выбора емкостей сгладить пульсации на выходе схемы без внесения заметной инерционности. Особенностью множительно-делительного блока является то, что при

ключ оказывается полностью открытым. Напряжение достигает предельного значения и

а напряжение

Если

то остается ограниченным на некотором уровне, т. е.

Практически целесообразно выбирать и считать, что в функциональную схему вычислителя введен ограничитель на единичном уровне 1 (рис. 1.16). Такое множительноделительное устройство формирует на выходе часть величины напряжения

Рис. 1.16. Функциональная схема вычислителя

Применение в активном корректирующем устройстве рассмотренного вычислителя вместо математически точного при синусоидальных сигналах не изменяет общей передаточной функции. В этом случае их и синфазны, поэтому

Так как имеем следующие равенства:

Схемы рис. 1.14 и 1.16, соединенные последовательно, формируют скорректированный сигнал управления, например в САР с электродвигателем постоянного тока.