Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
Глава VIII. КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА1. Линейные пассивные и активные электрические корректирующие устройства. 2. Нелинейные пассивные и активные электрические корректирующие устройства. 3. Гидравлические и пневматические корректирующие устройства. 4. Корректирующие устройства на линиях задержек и дискретных элементах. В теории автоматического регулирования все корректирующие устройства принято разделять на электрические, гидравлические и пневматические. Самое широкое применение получили электрические корректирующие устройства. Их принято подразделять на пассивные и активные. К пассивным устройствам относят такие, которые не содержат внутри себя источников энергии. Соответственно к активным относят устройства с внутренними источниками энергии. Кроме принятого деления электрических корректирующих устройств целесообразно привести способ их математического описания. Как пассивные, так и активные корректирующие устройства постоянного и переменного тока могут быть составлены из таких элементов, описание которых возможно только с помощью линейных или нелинейных дифференциальных или интегро-дифференциальных уравнений. Однако применение корректирующих устройств этих типов не позволяет в ряде случаев получать в системах автоматического регулирования требуемые показатели устойчивости (см. гл. XI), а также показатели качества (см. гл. XII) и точности (см. гл. XIII) процессов регулирования. Тогда применяют более сложные в реализации нелинейные пассивные или активные электрические корректирующие устройства, работающие на постоянном токе. Следует отметить, что для проектирования нелинейных корректирующих устройств приходится пользоваться более громоздким математическим аппаратом нелинейных систем (гл. XIV). 1. ЛИНЕЙНЫЕ ПАССИВНЫЕ И АКТИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВАЭлектрические корректирующие устройства получили наиболее широкое распространение ввиду исключительной простоты их реализации. Как правило, линейные пассивные устройства выполняют на резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности и трансформаторах. Замену корректирующих устройств этого типа в процессе отладки систем автоматического регулирования выполняют путем перепайки элементов схемы. Линейные пассивные корректирующие устройства выполняют операции дифференцирования, интегрирования или их определенное сочетание, например, операции интегрирования на одних частотах и операции дифференцирования на других частотах (см. подробнее в гл. XI, XVII). Рассмотрим схемы некоторых простейших дифференцирующих, интегрирующих и интегродифференцирующих пассивных корректирующих устройств постоянного тока. Для схемы, показанной на рис. VII 1.1, а, можно напнсать следующие два уравнения:
Исключив из системы уравнений ток
Введем в это уравнение следующую подстановку:
Из последнего уравнения видно, что данное устройство выполняет дифференцирование на низких частотах и интегрирование на высоких. При больших значениях Для схемы, показанной на рис. VIII.1, б, запишем следующие уравнения:
Из системы уравнений (VIII.4) найдем
Так как в этом уравнении На рис. VIII.1, в показано корректирующее устройство интегродифферен-цирующего действия. Для этой схемы можно записать
Рассмотрим пассивное электрическое корректирующее устройство в виде дифференцирующего трансформатора (рис. VIII.2, а). На первичную обмотку трансформатора подается постоянное напряжение, которое изменяется во времени. Если напряжение со вторичной обмотки поступает на устройство
Рис. VI 11.1. Электрические пассивные линейные корректирующие устройства постоянного тока
Рис. VIII.2. Схемы дифференцирующих трансформаторов с большим входным сопротивлением, то ЭДС, наводимая в этой обмотке, будет пропорциональна скорости изменения тока в первичной обмотке:
где М — коэффициент взаимной индукции. В первичную обмотку трансформатора включен добавочный резистор
Из уравнений (VIII.7) и (VIII.8) можно получить
или
Если во вторичной обмотке дифференцирующего трансформатора нельзя пренебречь током из-за нагрузки
Исключив из этой системы уравнений переменную
Положим, что индуктивность нагрузки мала, т. е.
где
Отсюда следует, что при работе дифференцирующего трансформатора на омическую нагрузку при отсутствии рассеяния уравнение динамики дифференцирующего трансформатора (VIII. 13) аналогично уравнению (VIII.10) Для уменьшения постоянных времени Дифференцирующий трансформатор обычно применяют как средство стабилизации во внутренних контурах систем автоматического регулирования. На рис. VII 1.3 показана схема включения дифференцирующего трансформатора Перейдем к рассмотрению активных линейных электрических корректирующих устройств. К ним можно отнести такие RC-цепочки, в которых для формирования уравнений требуемого вида применяют электронные усилители различных типов, тахогенераторы, дифференцирующие или интегрирующие гироскопы. Корректирующие цепочки с операционными транзисторными усилителями (см. гл. IV) приведены в табл. VIII. 1. Постоянные времени корректирующих устройств данного типа, определяемые емкостями и сопротивлениями, могут достигать достаточно больших значений. К числу достоинств рассматриваемых корректирующих устройств можно отнести их независимость от нагрузки, широкий диапазон изменения постоянных времени, высокую стабильность реализуемых ими дифференциальных уравнений. Последнее обеспечивается лишь при значительных коэффициентах усиления (порядка 50 000) транзисторных усилителей. В летательных аппаратах в качестве корректирующих устройств активного действия применяют дифференцирующие или интегрирующие гироскопы. Дифференцирующий гироскоп используют для определения угловой скорости вращения летательного аппарата относительно его главных осей. Довольно часто его выполняют на основе двухстепенного гироскопа. Подобного рода гироприборы называются датчиками угловых скоростей. На рис. VIII.4, а показана кинематическая схема датчика угловой скорости вращения летательного аппарата. Ось датчика
Рис. VII 1.3. Схема включения дифференцирующего трансформатора в качестве средства стабилизации в систему регулирования частоты вращения двигателя (кликните для просмотра скана)
Рис. VIII.4. Кинематические схемы гироскопических датчиков для корректирующих устройств: а — дифференцирующего действия; б — интегрирующего действия Одновременно с этим рычаг 5 поворачивается вокруг оси и скользит по потенциометру 6. Демпфер 1 служит для демпфирования колебаний гироскопического датчика. В момент равновесия гироскопического датчика имеем
где
Для малых углов
здесь Подставим выражения (VIII.15) и (VIII.16) в формулу (VIII.14); тогда
откуда
При малых углах отклонения
Из полученного выражения видно, что угол отклонения гироскопа пропорционален измеряемой угловой скорости. Сигнал с гиродатчика снимается в виде напряжения, которое определяют по формуле
где Подставив выражение (VIII. 19) в формулу (VIII.20), найдем
Обозначив в полученной формуле (VIII.21) через
Как следует из (VIII.22), выходной сигнал гиродатчика прямо пропорционален его чувствительности. Погрешность гиродатчика определяется моментом трения Интегрирующий гироскоп предназначен для измерения угла поворота летательного аппарата. По принципу действий интегрирующий гироскоп аналогичен датчику угловой скорости. Различие состоит лишь в том, что интегрирующий гироскоп не имеет пружины (рис. VIII.4, б). Ротор 2 гироскопа вследствие действия угловой скорости со, поворачивается вокруг оси
где Приравняв выражения (VIII.23) и (VIII.14), с учетом (VII.15), получим
При малых
Проинтегрируем полученное выражение в пределах от 0 до
Интеграл от угловой скорости объекта является углом поворота летательного аппарата
Интегрирующие двухстепенные гироскопы в настоящее время изготовляют с применением «сухих» и поплавковых гироприборов. Поплавковые гироприборы обеспечивают высокую точность измерения углов отклонения ракет и самолетов и применяются в гиростабилизированных платформах систем навигации [12]. В поплавковых гироприборах гиромотор вмонтирован в поплавковую камеру, плавающую в тяжелой жидкости. Вязкое сопротивление жидкости при движении поплавка заменяет действие демпфера 1 (рис. VIII.4, б). Точность работы интегрирующих гироскопов оценивается углом самопроизвольного ухода оси стабилизации гиродатчика в единицу времени (так называемый дрейф гиродатчика). Обычно дрейф указывают в В табл. VII 1.2 приведены характеристики точности гироскопических датчиков [12]. Таблица VIII.2 (см. скан) Характеристики точности гироскопических датчиков В некоторых системах автоматического регулирования возможно применение гироскопического датчика совместно с пассивной
где В электрогидравлических и электропневматических следящих системах довольно часто применяют тахогенераторы постоянного тока, при помощи которых с выходного вала двигателя снимается сигнал, пропорциональный частоте его вращения. Напряжение на выходе тахогенератора при постоянном напряжении возбуждения можно записать в виде
где Для схемы, показанной на рис. VIII.5, б, состоящей из тахогенератора и пассивной
где Пассивные корректирующие устройства переменного тока также реализуются на резисторах и конденсаторах (рис. VIII.6). Параметры корректирующих устройств этого типа выбирают таким образом, чтобы на несущей частоте не было сдвига фазы, а обеспечивался максимальный отрицательный сдвиг фазы по сигналу огибающей.
Рис. VIII.5. Схемы применения активных и пассивных корректирующих устройств постоянного тока: а - с дифференцирующим гироскопом; б — с тахогенератором постоянного тока
Рис. VIII.6. Электрические пассивные линейные корректирующие устройства переменного тока Дифференциальное уравнение, описывающее переходный процесс в С-цепочках переменного тока, изображенных на рис. VIII.6, а, б, имеет следующий вид:
где Корректирующее устройство, выполненное в виде двойного Т-образного контура (рис. VIII.6, б), описывается следующим дифференциальным уравнением:
где Сопротивления и емкости элементов корректирующих цепей переменного тока следует подбирать по возможности точнее и как можно ближе к расчетным. Их необходимо измерять мостовыми схемами с высокой степенью точности, а не пользоваться номинальными значениями, указанными на резисторах и конденсаторах. Если допустить отклонение по несущей частоте на 5%, то все параметры двойного Т-образного контура необходимо подбирать с точностью примерно 0,5%. Сдвиг В активных корректирующих устройствах переменного тока также применяют усилители и С-фильтры. Однако, как правило, эти фильтры включают в цепь отрицательной обратной связи электронного усилителя (рис. VIII.7, а). Для схемы на рис. VIII.7, а можно написать, что
Заменим данную схему эквивалентной, изображенной на рис. VIII.7, б. Для нее составим следующее уравнение:
Рис. VIII.7. Схема электрического активного корректирующего устройства переменного тока: а — принципиальная; б — эквивалентная На основании уравнений (VIII.33) и (VIII.34) получим
Из уравнений (VIII.34) и (VIII.35) нетрудно получить следующее выражение:
С помощью уравнений (VIII.35) и (VIII.36) найдем
Введем следующие обозначения:
В результате этого уравнение (VIII.37) можно записать в виде
где Если считать, что
Величины
Из условий (VIII.39) следует, что при Рассмотренная схема активного корректирующего устройства тем чувствительнее к отклонениям несущей частоты от К другим активным электрическим корректирующим цепям переменного тока можно отнести устройства с асинхронными тахогенераторами. Асинхронный тахогенератор вырабатывает переменное напряжение с
Рис. VIII.8. Схема асинхронного тахогенератора амплитудой, пропорциональной производной угла поворота его ротора. По сути дела, он выполняет роль дифференцирующего элемента. Довольно часто асинхронный тахогенератор выполняют в виде асинхронной электрической машины с двумя обмотками на статоре, сдвинутыми одна относительно другой на 90°, и с двумя симметрично нагруженными роторными обмотками (рис. VIII.8). Одну статорную обмотку подключают к сети переменного тока, а со второй снимают выходное напряжение. Рассмотрим принцип работы асинхронного тахогенератора. Обмотка возбуждения и продольная обмотка ротора пронизываются общим магнитным потоком
где с — коэффициент пропорциональности; На рис. VIII.9, а приведена схема включения асинхронного тахогенератора В схеме возможно включение фильтров двух типов: на постоянном токе
Рис. VIII.9. Схема включения асинхронного тахогенератора в следящую систему переменного тока
|
1 |
Оглавление
|