Слідкувальні приводи з неперервним управлінням

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Змістовний модуль 4

1. Слідкувальні приводи з неперервним управлінням

Загальні відомості. В СП у безперервним керуванням вихідний вал електродвигуна в режимі, що встановився, перебуває в стані безперервного руху. Як зазначалось вище, СП залежно від типу двигуна розділяють на СП постійного й СП змінного струму. Але істиннішою класифікаційною ознакою є потужність електродвигуна, від якої залежать як структура й розміри незмінної частини СП, так і складність коригувачів. За цією ознакою СП ділять на приладові (потужністю до 100 Вт) і силові (потужністю від 100 Вт до сотень кВт). Таке визначення меж потужності умовне, тому що в деяких випадках СП потужністю 500 Вт уважається приладовим.

Перш ніж перейти до вивчення особливостей роботи силових СП, розглянемо застосування зазначених приводів у системі керування дводзеркальним радіотелескопом, що представлена на мал. 8.1. Конструктивно радіотелескоп складається з великого і малого дзеркал. Кожне дзеркало має дві осі обертання й обладнане двома ідентичними СП, що забезпечують обертання по азимуту й куту місця. Розглянемо роботу СП по куту місця.

Розворот основного дзеркала з більшими розмірами й масою забезпечується за допомогою силового слідкувального привода (ССП), що складається із двох електромашинних агрегатів та рухи яких додаються на диференціальному редукторі. Застосування диференціального редуктора забезпечує рівномірне завантаження електродвигунів і дозволяє шляхом вимикання одного з агрегатів добитися безступінчастої зміни передаточного числа редуктора.

Сигнал управління на розворот радіотелескопа надходить з цифрової ЕОМ, але не безпосередньо на вхід ССП, а через допоміжний малопотужний привод, що називається розшифровувальним (РСП). Завданням цього привода - узгодження ЕОМ з ССП шляхом перетворення цифрового сигналу в кут повороту вала. Необхідність узгодження викликана тим, що вихідні пристрої ЕОМ мають обмежену лінійну зону, в межах якої ССП внаслідок великої інерційності навантажень не встигає загальмуватися. При відпрацьовуванні більших кутів неузгодженості це може призвести до виникнення автоколивань. Крім того,

через відсутність у цифрових ЕОМ реального вихідного вала не можна застосувати датчик швидкості для компенсації швидкісної похибки ССП. Застосуванням РСП можна усунути зазначені недоліки.

Керувальна дія, що надходить на вхід РСП, одержуєтсья в ЕОМ шляхом порівняння сигналу, заданого програмою, із сигналом, що надходять по ланцюгу ЗЗ із цифрового датчика . Далі за допомогою перетворювача цифровий сигнал перетвориться в аналогову величину, надходить на вхід підсилювача і далі на двигун змінного струму. Для забезпечення стійкої роботи привода застосований тахогенератор , що змонтований на одному валу із двигуном.

Вихідний вал РСП є, задавальнийм для ССП. З ним за допомогою редуктора зв'язаний датчик каналу ГВ , а за допомогою редуктора датчик каналу ТВ . Для виробітку сигналу, пропорційного частоті обертання вхідного вала, застосовано датчик швидкості . Керувальний сигнал ССП формується за допомогою двоканального ВР на сельсинах , каналу ТВ й сельсинах

, каналу ГВ. З виходу синхронізатора сигнал неузгодженості, підсилений і випрямлений підсилювачем , відпрацьовується силовими агрегатами. В результаті відпрацьовування велике дзеркало радіотелескопа за допомогою редукторів повернеться на кут . Для корекції силового привода служать датчики швидкості , , датчики струму , і коригувальні ланцюги , .

Мале дзеркало, конструктивно вбудоване у велике, повертається разом з ним на кут і дообертається власним приводом на додатковий кут, що визначається вхідним впливом. У якості такого впливу використаний сигнал, що знімається з підсилювача і пропорційний помилці розузгодження . Цей сигнал порівнюється на суматорі із сигналом датчика , що змонтований на валу навантаження, і у вигляді сигналу розузгодження надходить через підсилювач на двигун постійного струму , що за допомогою редуктора повертає мале дзеркало. Розворот геометричної осі радіотелескопа визначається сумарним поворотом великого й малого дзеркал, тобто .

Отже, за рахунок роботи привода малого дзеркала здійснюється корекція повороту великого дзеркала й забезпечується точне наведення радіотелескопа на об'єкт спостереження. По виконуваній функції привод малого дзеркала одержав назву коригувального (КСП). За принципом керування - це привод з комбінованим керуванням, яке забезпечує стійкість шляхом застосуванням ЗЗ по швидкості (тахогенератор ), прискоренню (датчик струму ) з подальшою корекцією контуром .

Таким чином, система управління радіотелескопом складається з трьох СП. Один з них - силовий - служить для обертання крупно габаритного телескопу, два інших (РСП і КСП) є приладовими і служать для обертання малих навантажень. Різні види навантажень обумовлені різним підходом до вибору елементів і структури приводів у цілому. Як наслідок наявності впливів різних видів, що сприймаються виконавчими пристроями, існує різниця в похибках, що виникають, і в способах їх зменшення.

Так, в приладових СП зі всіх збурень найсуттєвішим є момент сил сухого тертя. Для зниження його впливу на похибку в контур регулювання вводять зовнішні вимушені коливання, прикладені до входу СП, з частотою, що більша за максимальну частоту зміни управляючого сигналу. Наявність високочастотної вібрації в опорах згладжує не лінійність характеристики моменту тертя і знижує його значення в опорах кочення в 10 разів, в опорах ковзання в 20 разів, що суттєво підвищує точність приводів.

В силових приводах крупно габаритних антен і телескопів найсуттєвішим збуренням є вітрове, що створює перекидальний момент. Для підвищення точності наряду з управлінням по відхиленню застосовують управління по збуренню, вводячи спеціальний контур компенсації збурення.

2. Силові слідкувальні приводи

Силові слідкувальні приводи (ССП) призначені для розвороту великих навантажень і керування ними. Ці приводи застосовуються в системах дистанційного керування пускових установок ракет, гарматних веж, рулів літака; для автоматичної перестановки валків у блюмінгах і прокатних станах, для керування механізмами подачі металорізальних верстатів (токарних, фрезерувальних); верстатів із програмним керуванням і т.д. Тому до них висувають вимоги по забезпеченню значних вихідних потужностей (від сотень ватів до сотень тисяч кіловат). Крім того, привод повинен забезпечувати плавне регулювання швидкості в дуже широких межах. Розширення меж регулювання пов'язане зі значним труднощами щодо забезпечення стійкої роботи двигуна на малих швидкостях.

Застосування в ССП двофазних асинхронних двигунів великої потужності обмежене складністю керування й низьким ККД. В основному застосовуються двигуни постійного струму з незалежним збудженням типу МІ, ДИ, П, ДП. Електродвигуни зі змішаним збудженням, що відрізняються великою перевантажувальною здатністю, знаходять застосування в тих випадках, коли збурювальні моменти характеризуються різкими й значними коливаннями.

Тип підсилювача потужності залежить від рівня вихідної потужності. Ним може бути або транзисторний підсилювач, або електромеханічні перетворювачі у вигляді генератора або ЕМП поперечного поля. При використанні статичного перетворювача частота обертання двигуна регулюється зміною напруги на якорі, а при використанні електромеханічного перетворювача - струму збудження генератора або ЕМП.

У техніці знаходять застосування СП, побудовані за схемою

Г-ВД, ЕМП-Г-ВД. Залежно від способів досягнення необхідних динамічних властивостей розрізняють ССП без датчиків швидкості, ССП із датчиками швидкості вихідного вала й ССП із датчиками швидкості задавального й вихідного валів.

Функціональну схемуа СП потужністю 0,3 ... 100 кВт, побудованого за схемою Г-ВД, зображено на рис. 8.2. В якості ВР застосовані сельсини в трансформаторному режимі. Сельсин зв'язаний з задавальним валом, сельсин - з приймальним. Сигнал неузгодженості надходить на транзисторний підсилювач напруги , що містить функціональні підсилювачі прямого ланцюга й ланцюги ЗЗ. У прямому каналі крім підсилювача напруги застосований каскад фазочуттєвого випрямляча . Сигнали підсумовуються на вході каскаду потужності . Напруга на генераторі визначається результуючими ампер - витками на обмотці збудження, а полярність - фазою похибки неузгодженості. З частотою обертання, що визначається залежністю двигун з допомогою редуктора переміщує навантаження ОР і ротор до узгодженого положення.

Необхідна якість управління досягається застосуванням ЗЗ за напрямком. Як сигнал стабілізації використовується напруга генератора, яка містить непряму інформацію про прискорення та швидкості вихідного валу:

При цьому відпадає необхідність у застосуванні датчика швидкості вихідного вала, що ускладнює конструкцію і збільшує енергоспоживання привода. Для підвищення стійкості передбачений додатковий коригувальний контур , через який проходить сигнал а потім посилюється каскадом і підсумовується на передкінцевому підсилювачі потужності .

Як генератор можуть бути використані прості і дешеві генератори постійного струму. У приводах підвищеної точності застосовують генератори, обладнані регулятором напруги, підключеним до затискачів генератора. Напруга на виході генератора стає незалежним від навантаження генератора, частоти обертання і т.д.

Система ЕМП - ВД дозволяє створювати приводи такого ж порядку потужності, що і система Г - ВД. Однак для роботи системи ЕМП - ВД потрібна менша потужність збудження і менш складний підсилювач, а якісні показники, забезпечувані електромашинними приводами, трохи вище показників генераторних приводів.

Функціональна схема ССП на базі ЕМП - ВД з приймаючим тахогенератором зображена на рис. 8.2, б, відповідна їй принципова електрична схема представлена на рис. 8.3. Напруга входу від задавача через резистор надходить на каскад суматора, виконаного на базі ОП і призначеного для складання сигналу управління з сигналом головного ЗЗ, сформованого потенціометром , і з сигналом коригувального ЗЗ. Сумарний сигнал через резистори - надходить на інверсний вхід підсилювача.

Сигнал, виділений каскадом суматора, надходить на вхід попереднього підсилювача напруги , зібраного за схемою М - ДМ на ОП.

На виході підсилювача отримуємо двопівперіодний випрямлений сигнал. Для перетворення цього сигналу в двополярний застосований парафазний каскад на підсилювачах , з резисторами і в ланцюгах ЗЗ. Вхідний сигнал потрапляє через резистор на інверсний вхід і через резистор на прямий вхід підсилювача . Резистори , , виконують функцію симетрування операційних підсилювачів.

Напруга з виходу підсилювача через резистори , надходить на двотактний підсилювач потужності, зібраний на силових транзисторах по диференціальній схемі з розділеним навантаженням у вигляді обмоток управління ЕМП. Кожне плече підсилювача зібрано за схемою емітерного повторювача на здвоєних транзисторах , і , для збільшення коефіцієнта посилення по струму. Резистори - забезпечують режим роботи вихідних транзисторів. Резистори , служать емітерним навантаженням транзисторів , . Для створення струмів навантаження в суміжне плече диференціальної схеми включений стабілізоване джерело живлення . Обмотки ЕМП зашунтовані діодами , для запобігання пробою від ЕРС самоіндукції.

При відсутності сигналу розузгодження струми спокою транзисторів верхнього і нижнього плечей підсилювача рівні за силою і створюють в обмотках управління ЕМП взаємно компенсуючі потоки. ЕМП не збуджений. При появі сигналу розузгодження рівність струмів порушується і на вході ЕМП з'являється різницевий магнітний потік управління , значення і напрям якого будуть визначатися значенням і полярністю сигналу управління.

Напруга з виходу ЕМП надходить на якір двигуна постійного струму (див. Рис 8.2, б) і він через редуктор повертає навантаження і движок приймального потенціометра до знищення розузгодженості (див. рис. 8.3).

З урахуванням великих інерційних навантажень в приводі застосований коригувальний ЗЗ щодо прискорення у вигляді напруги з серійного резистора і за швидкістю - з тахогенератора з подальшим диференціюванням контуром , . Для правильного складання сигналів служать подільники на резисторах - .

ССП, побудований за схемою ЕМП - Г - ВД (див. рис. 8.2, в), дозволяє підвищити діапазон потужностей до кількох тисяч кіловат, але перевершує всі приводи за складністю, кількістю використаних електричних машин і розмірами. Потужність, що розвивається ЕМП , повинна відповідати потужності збудження генератора , а він, у свою чергу, розвиває потужність, необхідну для роботи електродвигуна . Корекція такого приводу здійснюється сумарним сигналом з двох датчиків струму , і датчика швидкості з подальшим диференціюванням контуром в ланцюзі зворотного зв'язку.

В якості приводних двигунів ЕМП і генератора можуть застосовуватися як двигуни постійного струму, так і асинхронні трифазні двигуни змінного струму. Останні переважно, оскільки створюють симетричне навантаження для мережі і не спотворюють форму напруги живлення.

Всі розглянуті вище ССП по відношенню до керуючого сигналу є астатичними першого порядку і характеризуються наявністю швидкісної похибки. Похибки від збурювального моменту визначаються похибками від зовнішніх збурень (дія вітру) та похибками від внутрішніх збурень (неточність і не жорсткість механізму привода). Як вказувалося вище, великі розміри ОР сприяють появі значних вітрових збурень і створюють великі моменти інерції рухомих частин. Похибки від вітрового впливу перевищують всі інші. Вони пропорційні моменту збурення, який, у свою чергу, пропорційний діаметру антени в кубі. У радіотелескопі РТ-22 ФІАН при діаметрі антени, рівному 22 м, і силі вітру 10 м / с моментна похибка більша за допустиму в 1,5 - 2 рази. Вказану похибку можна знизити з допомогою контуру компенсації вітрового збурення з датчиками тиску на антені, а також відповідним вибором динамічних параметрів приводу.

Силові редуктори в ССП характеризуються наявністю зубчастих коліс великих розмірів, нежорсткістю передач і неминучими зазорами, які не піддаються компенсації конструктивними способами. Вплив похибок механічної передачі на динамічні властивості приводу зростає пропорційно моменту інерції рухомих частин. Для ослаблення впливу пружних деформацій і зменшення зазорів в редукторі СП охоплюють жорстким ЗЗ по швидкості вихідного вала, що реалізується за допомогою приймаючого тахогенератора. Як приклад використання жорсткого ЗЗ може служити привід радіотелескопу, зображений на рис 8.1. Оскільки в приводі застосовано два виконавчих двигуни, та і ЗЗ то і ЗЗ за швидкістю реалізують на основі двох приймальних тахогенераторів та .

Сенс введення жорсткого ЗЗ полягає в тому, що зміна параметрів ланок, охоплених ЗЗ, не призводить до зміни властивостей приводу в цілому. Однак при цьому зростає швидкісна складова похибки приводу, і для її компенсації необхідний задавальний тахогенератор. У приводі радіотелескопу (див. рис. 8.1) в якості давального ТГ застосований тахогенератор , розташований на вихідному валу РСП.

Таким чином, для врахування особливостей силових приводів необхідно застосовувати комбіноване управління: по відхиленню і за збуренням, за кутом повороту і за швидкістю, що істотно ускладнює структуру приводу. В СП з двома датчиками швидкості, на відміну від приводів з одним датчиком або взагалі без них, наявність сигналу похибки вже принципово необов'язково. Привід стає астатичним другого порядку, і, отже, похибки за кутом і за швидкістю будуть рівні нулю. Для забезпечення необхідної стійкості в цьому випадку застосовують непрямі ЗЗ по прискоренню і вищими похідним по куту повороту, реалізовані датчиками струму та (див. рис. 8.1) і диференціювальними контурами та .

У електромашинному ССП (мал. 8.4) з двома датчиками швидкості напруга розузгодження виробляється за допомогою двох ШВВТ, один з яких (датчик ) пов'язаний з задавальним валом, інший - з виконавчим валом. Напруга з двигуна надходить на вхід попереднього підсилювача напруги, виконаного на ОП і призначеного для посилення сигналу, а також перетворення і підсумовування сигналів прямого ланцюга та ланцюга ЗЗ.

Перший каскад, побудований на базі ОП , виконує роль узгоджувального пристрою і підсилювача з коефіцієнтом передачі, що дорівнює , резистор забезпечує режим роботи каскаду по струму. Між входами підсилювача включені діоди , , що служать для захисту підсилювача від перевантажень при великих вхідних сигналах. Конденсатор застосований як міжкаскадний зв'язок.

Сигнал з виходу через узгоджувальний трансформатор надходить на двопівперіодний ДМ, що складається з двох інтегральних переривників , . Для формування сигналу опорної напруги використовуються обмотки трансформатора і резистори і . Випрямлений і відфільтрований ланцюгом , сигнал надходить через резистор на вхід ОП , що виконує роль суматора. Крім сигналу розузгодження на той же вхід через резистор надходить сигнал струмового ЗЗ і через сигнали з тахогенераторів та , що розташовані відповідно на задавальному та виконавчому валах СП. Для забезпечення лінійного характеру складання сигналів, сигнали з тахогенераторів знімаються з дільників , та , . Резистори в ланцюзі ЗЗ і по прямому входу забезпечують режим роботи каскаду.

Сформований керуючий сигнал через резистор надходить на однотактний передкінцевий підсилювач напруги, який складається з двох каскадів, зібраних на транзисторі і на здвоєному транзисторі і . Високий коефіцієнт підсилення другого каскаду забезпечується включенням транзисторів прямої і зворотної провідності за схемою з загальним емітером. Стабілізація робочих точок забезпечується установкою резисторів - . Крім того, в ланцюзі бази транзистора для стабілізації робочої точки встановлений діод .

Вихідний каскад підсилювача потужності виконаний на транзисторах , і діє як підсилювач струму з негативним ЗЗ через транзистори і різної провідності. Для забезпечення зміщення по постійному струмові та вибору робочої точки служить резистор . Транзистори , , що утворюють верхнє плече вихідного каскаду, працюють в режимі класу В (підсилюють напругу однієї полярності і замикаються при подачі напруги іншої полярності). Транзистори , утворюють нижнє плече і працюють в протифазі з транзисторами верхнього плеча.

При відсутності сигналу неузгодженості внаслідок рівності опорів транзисторів і , що перебувають в режимі, близькому до режиму відсічення, а також виборі рівних опорів резисторів і потенціал середньої точки близький до нуля. По керуючій обмотці ЕМП, що є навантаженням підсилювача, струм не протікає, ЕМП не збуджений і СП знаходиться в стані спокою.

При надходженні на базу сигналу позитивної полярності відкриваються транзистори - . За рахунок падіння напруги на резисторі відкриваються транзистори , нижнього плеча вихідного каскаду. Потенціал точки виявиться нижчим за нульовий, і від шини нульового потенціалу через резистор , обмотку управління ЕМП, резистор , і резистор потече струм «-» джерела живлення . Потік обмотки ЕМП збудить підсилювач і приведе в дію двигун , який через редуктор переміщує навантаження , а також ОТ-приймач у бік узгодження.

При дії сигналу неузгодженості зворотної полярності транзистори - закриті. Але за рахунок позитивного потенціалу, прикладеного до бази транзистора від джерела живлення, відкриваються обидва транзистори верхнього плеча. Потенціал середньої точки при цьому буде вищим за нульовий, і через обмотку ЕМП струм тече в іншому напрямку від до шини нульового потенціалу. Таким чином, цей каскад управляється зміною струму в ланцюгах живлення підсилювача.

Як коригувальні пристрої застосовано тахогенератори. Напруга з тахогенераторів використовується як негативний ЗЗ по швидкості. Напруга з тахогенератора служить для компенсації швидкісний похибки СП. Крім того, для забезпечення стійкої роботи СП застосовано негативний ЗЗ, що пропорційний струму в обмотці ЕМП. Сигнал струмового ЗЗ знімається з резистора і вводиться в підсилювач з допомогою суматора . слідкувальний привод асинхронний двигун

Привід забезпечує високу точність відпрацювання вхідного впливу при достатніх запасах стійкості.

Як істотні недоліки електромашинних ССП слід відзначити:

– велику інертність, пов'язану зі значними обертовими масами;

– складність засобів коригування;

– наявність великої кількості електричних машин;

– низький ККД (0,5 ... 0,6);

– високий рівень шуму за рахунок роботи контактних кілець;

– великі розміри і масу.

Однак, незважаючи на перераховані недоліки, електромашинні ССП завдяки широкому діапазону регульованих швидкостей при значних навантажувальних моментах, високою перевантажувальною здатністю (в 2 ... 4 рази), можливістю форсування швидкості (в 1,5 рази) по відношенню до номінальної та надійності успішно конкурують в наземних установках з іншими типами силових СП (гідравлічними і тиристорними).

3. Приладові слідкувальні приводи

Приладові СП відносяться до малопотужних приводів, що працюють із малими напругами та струмами, і розраховані на невеликі навантаження у вигляді покажчиків, шкал і т.д.

Назву - приладові - вони одержали, тому що їх застосовують у вимірювальних приладах, принцип роботи яких базується на компенсаційному методі виміру. Відомо, що метод безпосереднього виміру неелектричних величин простіший за інші, але не відрізняється особливою точністю внаслідок впливу зовнішніх умов, наприклад температури. Компенсаційний метод виміру точніший за метод відхилення й заснований на порівнянні моменту, що пропорційний до вимірюваної величини, з еталонним моментом, що створюється протидіючим елементом, наприклад пружиною.

У високоприцезійних приладах позиційні моменти (що протидіють) і швидкісні (що демпфірують) створюються сигналами, сформованими ЗЗ приводів. Ці СП здійснюють автоматичне зрівноважування моментів або напруг за допомогою двигунів. Наприклад, у приладі, схему якого дано на мал. 8.15, величина, пропорційна розбалансу мосту, через підсилювач подається на двигун , який за допомогою редуктора приводить систему до положення рівноваги.

За допомогою такого приладу можна виконувати операції множення, розподілу, а також обчислювати різні функції. Це з успіхом застосовується в аналогових ЕОМ або блоках розв'язку централі літальних апаратів.

Нарешті, якщо замість резистора у схемі на рис. 8.15 поставити датчик, а з редуктором зв'язати стрілку покажчика , то одержимо високоточний прилад для виміру неелектричної величини.

Два способи виміру барометричної висоти із застосуванням місцевого СП (рис. 8.16, а) і дистанційного СП (рис. 8.16, б) ілюструє рис. 8.16. Чутливим елементом покажчика висоти З у першій схемі є cильфон , що реагує на зміну зовнішнього тиску p щодо внутрішнього . За допомогою повідця, сектору й трибки шток сильфона пов'язаний з ротором індукційного датчика . Останній обладнаний розташованими на статорі обмоткою збудження і сигнальною обмоткою , що складається із двох напівобмоток, включених диференційно. Ротор виставлений на землі в нейтральне положення, .

Прогин сильфона при зміні висоти польоту викликає поворот ротора відносно статора. Електричний сигнал розузгодження надходить на підсилювач і далі на двигун , навантажений стрілочним індикатором висоти . Двигун через редуктор обертає стрілку індикатора та одночасно статор датчика убік зменшення розузгодження.

Принцип дистанційного виміру висоти застосований у покажчику, показаному на рис. 8.16, б. У якості датчика й приймача служать індуктивні датчики та , що включені по диференціальній схемі. Сердечник датчика жорстко з'днаний з сильфоном і повторює його коливання при зміні тиску з висотою. Сердечник приймача за допомогою СП відслідковує положення сердечника , а разом з ним переміщається й стрілка покажчика .

Розглянуті покажчики висоти встановлюють, наприклад, на пасажирських літаках: стрілочний індикатор розміщають на приладовій панелі, і по переміщенню стрілки покажчика відносно градуйованої шкали льотчик взнає висоту над землею. Точність роботи дистанційного покажчика вища, тому що чутливий елемент у цьому приводі може розташовуватися не на приладовій дошці, що перебуває під дією вібрації, а в спокійнішому, місці, наприклад у фюзеляжі.

Приладові СП знаходять широке застосування:

у системах автокомпенсаторів, автоматичних мостах і потенціометрах;

в інтегруючих приводах, навігаційних приладах, що обчислюють шлях, географічні координати, перетворювачах координат;

у якості коригувальних слідкувальних приводів;

для індикації кутових положень літальних апаратів і зв'язки їх з іншим устаткуванням;

виробітку й подачі в автопілот сигналів, що пропорційні відхиленню літака від заданих кутів по каналах курсу, крену, тангажа у РЛС для, створення кругової розгортки на екрані індикаторного блоку й т.д.

В останньому випадку широке застосування знаходять потенцiо-метричні або індукційні СП із діапазоном роботи в межах 360°.

Розглянемо особливості побудови приладових СП. Порівняно невелика потужність керування двигунами дозволяє будувати підсилювачі приладових СП на базі напівпровідникових елементів (транзисторів, мікросхем). Підсилювач повинен мати високий коефіцієнт підсилення (для забезпечення підвищеної добротності) і гарні динамічні властивості. Бажано, щоб підсилювач був безінерційним або в крайньому випадку інерційною ланкою першого порядку стосовно корисного сигналу. Це ускладнюється наявністю в підсилювачі декількох перетворюючих каскадів, фільтрів, а також вимогою високих вибіркових властивостей.

У якості вимірювачі розузгодження можуть застосовуватися як елементи на змінному струмі (індукційні датчики), так і елементи на постійному струмі (потенціометри). Крім того, на вхід підсилювача може надходити керуючий сигнал з аналогової ЕОМ, постійний по фізичній природі. ЕОМ має більший вихідний опір, тому для узгодження навантажень застосовують пристрої, що мають великий вхідний опір (повторювачі напруги).

На вхід підсилювача, як правило, разом з корисним сигналом надходить паразитна напруга. У випадку індукційних вимірників ця напруга складається із квадратурної складової першої гармоніки й вищих гармонік і зсунутого щодо корисного сигналу на . У випадку потенціометричних датчиків це напруга шумів, що викликана переходом щітки з витка на виток. Паразитна напруга приводить до насичення підсилювача, збільшенню нагрівання двигуна та до додаткової похибки СП. Щоб уникнути цього на вході підсилювача слід застосовувати фазовий дискримінатор, що відфільтровує напруги, зсунуті на .

У якості виконавчих пристроїв у приладових СП застосовують асинхронні двигуни змінного струму (ДИД, АДП, ДГ) і двигуни постійного струму малої потужності (ДПР, ПЯ, МИГ).

СП змінного струму. Велике поширення одержали СП змінного струму з асинхронними двигунами, тому що вони надійні в роботі й економічні, мають менші масу й розміри, ніж двигуни постійного струму.

Простота керування та узгодження з підсилювачами змінного струму роблять асинхронні двигуни незамінними у швидкодіючих приладових СП. Застосування асинхронних двигунів обумовлює необхідність, щоб керуючий сигнал був змінним і збігався по частоті й фазі з напругою мережі. При використанні індукційних датчиків у самій вимірній схемі відбувається перетворення вимірюваного параметра в огинаючу напруги несучої частоти (модуляція). При цьому структура привода проста й відповідає схемі на рис. 8.17, а. У випадку ВР постійного струму в підсилювачі завжди застосовується модулятор, що перетворить постійну напругу в огинаючу напругу несучої частоти.

Структура приладового СП значним чином визначається жорсткістю вимог до точності привода. У приводі підвищеної точності для забезпечення стійкості на вхід підсилювача крім сигналу неузгодженості необхідно подати його похідну, для чого вводять сигнали, пропорційні кутовий швидкості вхідного й вихідного валів з датчиків швидкостей , (рис. 8.17, б).

У приводах менш відповідальних пристроїв корекція може бути здійснена дешевими й простими послідовними контурами, що добре вписуються в тракт підсилення, але вимагаючи ми включення демодулятора і модулятора (рис. 8.17, в). Найпростішими, найстабільнішими та найдешевшими приладові СП виходять у випадку, якщо все підсилення, перетворення й корекція сигналів здійснюються на змінному струмі. Принцип роботи подібного привода розглянемо на прикладі СП покажчика барометричної висоти (рис. 8.18), функціональна схема якого наведено на рис. 8.16, а. У якості вимірювача розузгодження застосовано індукційний датчик , ротор якого механічно з'єднаний з мембранною коробкою й переміщається щодо обмоток статора на кут при зміні висоти .

Сигнал розузгодження, що формується диференціальною вторинною обмоткою статора, через роздільний конденсатор і резистор надходить на трьохкаскадний підсилювач. Перші два каскади, виконані на ОП та , утворюють попередній підсилювач напруги. Підсилювач з резистором у ланцюзі ЗЗ служить для додавання сигналу розузгодження та сигналу коригувального ЗЗ, що надходять через резистор на цей же вхід підсилювача. Між входами для захисту підсилювача від перевантажень при більших вхідних сигналах включені стабілізатори та . Вихідний сигнал через фільтр надходить на вхід другого ОП підсилювача, що виконує роль підсилювача напруги з коефіцієнтом підсилення .

Для вирівнювання режимів роботи внутрішньої схеми мікросхем ОП через резистори та приєднані до корпуса. У якості ОП застосовані мікросхеми . Конденсатори і виконують функцію частотної корекції. Для регулювання коефіцієнта

підсилення підсилювача служить змінний резистор . Резистор визначає коефіцієнт передачі підсилювача напруги.

Вихідний сигнал підсилювача напруги надходить на підсилювач потужності, зібраний за двотактною схемою на транзисторах і та комплементарному фазоінверснім каскаді, що складається з транзисторів та . Навантаженням підсилювача є обмотка управління двигуна ДГ-0,5ТА, включена між виходом підсилювача й шиною нульового потенціалу. Сигнал підсилюється поперемінно транзисторами верхнього й нижнього плечей підсилювача. Проте ця зміна напруги повинна відбуватися відносно постійного рівня.

Дійсно, при транзистори , перебувають в однаковому стані - відкриті. За умови = та = струм спокою транзистора , що протікає через обмотку управління двигуна від до середньої точки, буде компенсуватися струмом спокою транзистора , що протікає у зворотному напрямку через обмотку від середньої точки до . При додатному вхідному сигналі колекторний струм транзистора зменшується, а транзистора зросте; в нижньому плечі, навпаки, струм транзистора збільшиться, а струм транзистора зменшиться. У результаті по обмотці керування протікає різницевий струм , фаза якого визначається фазою вхідного сигналу.

Конденсатори , є фільтрами ланцюгів живлення.

При роботі вихідних транзисторів на індуктивне навантаження (обмотку керування) з'являється негативний імпульс напруги, який у момент відкривання вихідного транзистора створює на переході база - емітер напругу, що перевищує допустиму. Для обмеження зворотної напруги в ланцюг колектор - еміттер кожного вихідного транзистора включається обмежувач на діодах , .

Струм в обмотці управління двигуна створює змінний магнітний потік, від впливу якого з потоком збудження з'являється момент обертання. Двигун через редуктор повертає статор датчика на кут слідом за ротором, зменшуючи сигнал розузгодження, і одночасно стрілку покажчика висоти , розташованого на пульті керування пілота.

Доцільне використання в цьому приводі в якості коригувального сигналу з тахогенератора , що вбудований в одному корпусі з двигуном і не потребує додаткових конструктивних ускладнень.

Розглянутий приладовий привод може бути використаний не тільки як покажчик висоти, але й у якості вимірника розузгодження в каналі керування висотою польоту літального апарата. Із цією метою (див. рис. 8.16, а) з вихідним редуктором через електромагнітну муфту зв'язують движок потенціометра . Муфта включається від кнопки, встановленої на пульті керування, із вказівкою такої висоти, яку необхідно витримати. Движок потенціометра до включення кнопки утримується центрувальними пружинами в нейтральному положенні. Після включення кнопки всяке відхилення від заданої на пульті барометричної висоти перетвориться у відхилення движка потенціометра, і електричний сигнал, пропорційний цьому відхиленню, тобто , надходить у канал руля висоти автопілоту.

Перевагами розглянутого СП є порівняна простота при проектуванні й виготовленні. Крім того, менше число складових елементів забезпечує максимальну надійність привода. Проте застовування КП змінного струму накладає жорсткі вимоги до фазіровки напруг по всій схемі. Вихідна потужність такого СП не перевищує десятка ватів.

Для забезпечення більшої потужності (до 100 і більше ватів) та більших вихідних струмів підсилювач потужності будують за схемою емітерного повторювача з використанням складових транзисторів різної провідності.

Приладові СП постійного струму. У якості ВП такі СП використовують двигуни постійного струму серій ДПР зі збудженням від постійного магніту, МИГ, МРМ і ПЯ, що відрізняються високою швидкодією. Внаслідок наявності колектора двигуни постійного струму поступаються перед асинхронними, але їх електромеханічні характеристики (ККД, момент, що розвивається на одиницю маси), а також пускові якості значно вищі за відповідні показники двигунів змінного струму. Оскільки в асинхронних двофазних двигунах при неправильному узгодженні опорів джерела та ротора може виникнути явище «самоходу» (безперервний розгін ротора при , застосування двигунів постійного струму в деяких СП є єдино можливим варіантом. Крім того, використання двигунів із друкованим якорем, що володіють високою швидкодією, - це один із засобів підвищення швидкодії.

У СП підвищеної точності, в яких використання силових редукторів внаслідок наявності в них зазорів і кінематичних похибок неприпустимо, доцільно застосовувати тихохідні без редукторні двигуни постійного струму з незалежним збудженням. Такі електродвигуни з'єднують безпосередньо з ОР. Однак ці двигуни не дозволяють одержати достатніх моментів при прийнятних розмірах і потужностях керування.

Розвиток напівпровідникової техніки, поява потужних транзисторів дозволяє створити СП постійного струму з високим ККД і високими динамічними властивостями. В якості підсилювачів, як правило, застосовують операційні підсилювачі з вихідним каскадом на транзисторах. Вихідні каскади виконують за мостовою схемою при безпосередньому включенні якоря електродвигуна або за диференціальною схемою при керуванні по обмотці збудження. Слід пам'ятати, що керування по ланцюгу якоря крім великої швидкодії забезпечує більш плавну зміну частоти обертання двигуна та більший діапазон зміни швидкості.

В якості вимірювачів розузгодження можуть бути як індукційні елементи, так і потенціометри. Крім того, сигнал постійного струму може надходити з аналогової ЕОМ або обчислювача. При наявності керуючого сигналу постійного струму попередній підсилювач будується за схемою М - ДМ.

Тип КП, що вводиться в СП, залежить від жорсткості вимог до точності. Однак, як правило, у таких приводах використовують послідовні КП на пасивних контурах.

Приладові СП постійного струму застосовують в якості елементів аналогових ЕОМ, спецобчислювачів, в якості інтегрувальних приводів, у приладах і пристроях автоматичного контролю та виміру, у задавачах та компенсувальних пристроях.

Як приклад, розглянемо схему інтегруючого привода (рис. 8.20), призначеного для корекції похибки потужного СП сигналом, що пропорційнй інтегралу від вхідного впливу. Структурно привод відповідає схемі швидкісного СП, що представлена на рис. 8.19. В якості виконавчого застосовано двигун ДПР-32 потужністю 1,8 Вт. Для одержання інтегруючого ефекту головний ЗЗ по швидкості сформований за допомогою тахогенератора постійного струму типу ТГП-1, з'єднаного з валом двигуна за допомогою фрикційної муфти .

Сигнал з тахогенератора надходить на вхід підсилювача, де порівнюється з сигналом з задавача і виявляється похибка розгузгодження: . Якщо допустити, що привод ідеальний і , то , або .

Звідки , тобто кут повороту вихідного вала привода пропорційний інтегралу по часу від напруги ,

Необхідно зауважити, що в реальних приводах процес інтегрування супроводжується похибкою, що визначається статичними похибками всіх складових елементів і в першу чергу похибкою тахогенератора.

Вихідною величиною інтегрувального СП є напруга , що знімається з обертового трансформатора типу ВТ-3А, зв'язаного з валом двигуна через редуктор з передаточним числом .

В якості попереднього підсилювача напруги служить підсилювач постійного струму з подвійним перетворенням сигналу, що задовольняє високі вимоги до дрейфу нуля. Перший каскад підсилювача, зібраний на ОП , використовується як суматор сигналу , що подається на вхід через резистор , та сигналу , що надходить через резистор . Вхідний сигнал і сигнал ЗЗ подаються на інвертований вхід , відповідно не інвертований вхід через резистор з'єднується з загальною шиною. Відношення опорів резисторів , та , повинні дорівнювати , оскільки каскад виступає в ролі повторювача напруги.

Для забезпечення запасів стійкості приводу в схемі підсилювача застосований активний коригувальний контур, зібраний на підсилювачі та елементах , , , , що реалізує передавальну функцію

,

де .

Модуляція скоригованого постійного сигналу здійснюється почерговим замиканням і розмиканням ключа, зібраного на транзисторі і елементах, що формують опорну напругу: трансформаторі , діоді та резисторах , . Вхідний сигнал через резистори , попадає на не інвертований вхід підсилювача . У замкнутому стані ключ шунтує прямий вхід на землю, і сигнал, проходячи через підсилювач, інверується в один з півперіодів; в другий півперіод, коли ключ розімкнутий, сигнал не інвертується, що відповідає двопівперіодній модуляції. Для одержання коефіцієнта передачі схеми необхідно, щоб опір резисторів вхідного ланцюга ЗЗ були б однакові, тобто .

Сигнал з виходу модулятора через розділовий конденсатор надходить на каскад підсилювача напруги, що зібраний на мікросхемі , резисторах - . Коефіцієнт передачі каскаду визначається відношенням опорів резисторів та . Підсилений сигнал надходить на вхід демодулятора, зібраного на підсилювачі , резисторах - і транзисторному ключі.

Робота ДМ аналогічна роботі розглянутого раніше , але ДМ має вхід по змінній складовій. Ключ ДМ зібраний на транзисторі , діоді , резисторах , і трансформаторі опорної напруги. Якщо керуючий сигнал збігається по фазі з опорним, демодулятор виконує функцію двопівперіодного випрямляча з коефіцієнтом передачі , якщо в противофазе - то з коефіцієнтом . Для перетворення випрямленого сигналу у двополярный використані підсилювачі , з коефіцієнтами передачі, що визначаються відношеннями і . Резистори , , , забезпечують режим роботи підсилювачів по струму. В якості операційних підсилювачів можна застосувати мікросхему , для якої необхідна велика кількість елементів корекції.

З виходу підсилювача напруги двополярний сигнал через резистори , подається на вхід підсилювача потужності, виконаного у вигляді четириплечевого мосту на транзисторах

- і резисторах - . Кожне плече утворене паралельним включенням силового й додаткового транзистора за схемою із загальним емітером для збільшення максимального струму навантаження. Щоб виключити перегрів одного із транзисторів, у ланцюг емітера кожного із транзисторів включені резистори ЗЗ: - . У якості еміттерних навантажень транзисторів , включені діоди , . Джерело живлення підключене в одну діагональ, а навантаження у вигляді якірної обмотки двигуна - в іншу діагональ мосту. В іншому робота вихідного каскаду аналогічна роботі ППС з мостовим вихідним каскадом (див опис роботи до рис. 6.20). При відсутності керуючого сигналу струм у мості відсутній, і двигун знеструмлений. Із приходом керуючого сигналу відкривається пара діагонально протилежних плечей, і по якорю двигуна почне протікати струм певної напруги. Двигун обертає тахогенератор , з вихідної обмотки якого знімається напруга, пропорційна частоті обертання вала двигуна. Напруга ЗЗ через дільник , надходить на вхід підсилювача СП.

Для коригування привода застосований контур, включений у тракт підсилення сигналу (, , , ), але можливо також застосування магнітоіндукційного або масляного демпфера, що конструктивно закріплюється на одному валу із двигуном.

На закінчення необхідно відзначити, що приладові СП як постійного, так і змінного струму відрізняються малими розмірами й масами, високим ККД і досить високими динамічними властивостями. У приладових приводах існує можливість застосування компактних типових редукторів, що підвищують надійність, технологічність приводів, що й одночасно знижують собівартість виготовлення СП. У перспективі можливе виготовлення стандартного ряду приладових СП, що різняться по потужності

Размещено на Allbest.ru