4. Выбор чувствительного элемента и демодулятора

С помощью чувствительного элемента в следящей системе осуществляется сопоставление выходной величины с входной , в результате чего формируется ошибка замкнутой системы, которая затем преобразуется в электрический сигнал. Часто управляющее воздействие задается в виде угла поворота входной оси. Чувствительный элемент в этом случае состоит из датчика и приемника углового перемещения, в качестве которых широкое применение нашли потенциометры и вращающиеся трансформаторы.

Потенциометрические чувствительные элементы.

В маломощных следящих системах широко используются проволочные прецизионные потенциометры с ограниченным до 320° градусов и неограниченным углом поворота движка.

Точность потенциометрических датчиков при дистанционном слежении в большой мере зависит от соотношения величин сопротивлений нагрузки и потенциометров. Приемлемая погрешность может быть получена при условии, что сопротивление нагрузки в раз превосходит сопротивление потенциометра. Эта задача выполняется при подключении потенциометрического датчика и при­емника на вход операционного усилителя.

Рис. 4.1.

На рис.4.1 потенциометр датчик ПД связан с командной осью, а потенциометр приемник ПП - с исполнительной осью следящей системы.

Коэффициент передачи потенциометрического датчика с ограниченным углом поворота можно определить по формуле

где 320° - угол поворота движка потенциометра; - напряжение питания потенциометра.

Потенциометрический чувствительный элемент с точки зрения динамических свойств рассматривается как безынерционное звено. Технические данные некоторых потенциометрических датчиков приведены в приложении табл. П1.

Вращающиеся трансформаторы.

Использование вращающихся трансформаторов (ВТ) в качестве чувствительных элементов, как датчиков углов рассогласования в следящих системах позволяет, в связи с их высокой точностью, создавать одноотсчетные следящие системы.

Существует два вида конструкции ВТ - с неограниченным уг­лом поворота ротора и с ограниченным. В первом случае съем напряжений с обмоток ротора осуществляется через щетки и кон­тактные кольца. Во втором случае токоподвод производится через латунные пружины, обеспечивающие свободный поворот до 540°.

В качестве датчиков в следящих системах нашли широкое применение линейные (ЛВТ) и синусно-косинусные (СКВТ) вращающиеся трансформаторы.

Рис. 4.2.

На рис. 4.2 приведен пример схемы включения синусно-косинусных вращающихся трансформаторов как датчика и приемника в следящей системе. Коэффициент передачи чувствительного элемента в этом случае

где - угол рассогласования СКВТ в градусах, – коэффициент трансформации СКВТ.

Согласование ВТ приемника с последующими элементами системы может осуществляться с помощью операционного усилителя, имеющего большое входное сопротивление.

Схема включения линейных ВТ, приведенная на рис. 4.3, образуется особым включением синусно-косинусных ВТ. Коэффициент передачи чувствительного элемента в этом случае равен

где – ЭДС в режиме работы ЛВТ определяется

.

Рис. 4.3

Технические данные вращающихся трансформаторов приведены в приложении табл. 1.2.

Приложение 5

Таблица П1

Основные технические данные потенциометрических датчиков

Характеристики	Тип потенциометрического датчика
	ПД	ПП	ПК	П-1	П-63
Рабочий диапазон, град	320	320	не ограничено	±27	±10
Крутизна, В/град	0,09	0,09	0,06	2,5	1,5
Напряжение питания, В	30	30	30	30	30
Ступенчатость, виток/град	1-3	1-3	2,6	4	6
Сопротивление, Ом	100-4000		1600	100-1000
Область применения	Датчики угла рассогласования в следящих системах			Датчики угла

Таблица П2

Основные технические данные вращающихся трансформаторов

Тип трансформатора	Режим работы	Частота, Гц	Коэффициент трасфомации,	Напряжение питания, В	Rвых, Ом	Потребляемая мощность, Вт
МВТ	СКВТ ЛВТ	400	0,56 1	30 30	150-500 200-1000	0,6
ВТ-5	СКВТ СКВТ ЛВТ ЛВТ	400 400 400 1000	1 0,53 0,75 0,4	40 40 40 127	250 500 300 500	1 0,5 1 3,2
ВТ-7	СКВТ СКВТ ЛВТ	400	0,53 0,96 0,4	110 110 110	1000 2000 500	0,5 0,3 1,1
ВМТ	СКВТ	1000	0,8	40	250-1000	1-0,5

Преобразовательные элементы системы.

К преобразовательным элементам в следящих системах относятся модуляторы и демодуляторы. Для их нормальной работы необходимо наличие коммутатора, проводимость которого изменяется в соответствии с изменением знака оперного напряжения. В качестве коммутаторов обычно используются полупроводниковые диоды и транзисторы.

Для преобразования сигналов постоянного тока в переменный используется модулятор. Амплитуда переменного напряжения на его выходе пропорциональна величине входного сигнала, а фаза определяется полярностью входного сигнала в зависимости от фазы опорного напряжения.

В случае, когда необходимо преобразовать переменный сигнал в постоянный, используется демодулятор. В основном он используется в системах для включения корректирующих звеньев, которые обычно работают на постоянном токе. Выходное напряжение демодулятора пропорционально величине амплитуды входного сигнала, а его полярность определяется фазой входного и опорного напряжений.

Рис. 4.4

На рис. 4.4 приведена схема двухполупериодного демодулятора, в котором используются полупроводниковые транзисторы, работающие в ключевом режиме. Постоянная величина выходного напряжения демодулятора составляет амплитуды входного сигнала. С учетом коэффициента трансформации передаточная функция демодулятора, как отношение выходного напряжения к действующему значению входного напряжения, имеет вид

где n-коэффициент трансформации Tpl.

Широкое распространение получили модуляторы-демодуляторы на операционных усилителях (рис.4.5).

Рис. 4.5

В качестве коммутатора в схеме демодулятора (см. рис. 4.5) используется полевой транзистор . Коэффициент передачи усилителя определится следующим образом.

Когда ключ Т1 замкнут, то коэффициент усиления по инвертирующему входу ОУ А1 определяется по формуле

.

Когда ключ Т1 разомкнут, коэффициент усиления ОУ по дифференциальному входу, т.е. по инвертирующему и неинвертирующему входам следующий:

Исходя из необходимости равенства усиления при двух состояниях ключа Т1, получаем равенство:

откуда следует, что параметр определяется исходя из требуемого коэффициента усиления схемы по выражению .

Выбор сопротивления R2 осуществляется исходя соотношения R2 = R||αR||βR.

Сопротивление R1выбирается согласно выбранному току в транзисторе Т1.

Выбор коэффициента усиления схемы равным единице ( β=1) определяет величину α , которая в этом случае α=∞.

5. ВЫБОР И РАСЧЕТ УСИЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ СЛЕДЯЩЕЙ СИСТЕМЫ

При выборе и расчете усилителей мощности рекомендуется использовать

Методические указания 2.