1601

номинальным значением Хвых н, выраженная в процентах от разности предельных значений выходного сигнала Хвых max и Хвых min:

Динамический режим работы датчика характеризуется кривой динамического процесса, которая отражает характер изменения выходного сигнала в функции времени при скачкообразном изменении сигнала на входе (рис. 3.2.4).

Хвх

t

Хвых

t

t0

Рис. 3.2.4. Временные диаграммы динамического режима датчика

3.3. Сельсины

Сельсин – это миниатюрная электрическая машина, сходная с трехфазным синхронным генератором или двигателем.

Конструктивное исполнение сельсинов может быть различным. Обычно ротор имеет однофазную обмотку, а статор – трехфазную (три обмотки, расположенные в пространстве друг относительно друга под углом 120°).

Сельсины всегда работают в паре. Один из сельсинов называется сельсином-датчиком СД, а другой – сельсином-приемником СП. Угол поворота ротора СД преобразуется в электрический сигнал, который

60

передается по проводам (на любое расстояние) и воспринимается СП. Поступивший сигнал преобразуется в такое же угловое перемещение ротора СП. В системах автоматики сельсинные пары применяются в двух основных режимах: индикаторном и трансформаторном.

Схема включения сельсинной пары в индикаторном режиме приведена на рис.3.3.1.

~110 В

Рис. 3.3.1. Индикаторный режим работы сельсинной пары

Роторы обоих сельсинов подключены к источнику переменного тока, трехфазные статорные обмотки, включенные по схеме «звезда», соединены между собой.

Однофазный переменный ток ротора создает в магнитной цепи каждого сельсина переменный магнитный поток, который индуцирует в обмотках статора ЭДС. При одинаковых положениях роторов СД и СП ЭДС в каждой фазе СД уравновешивается соответствующей ЭДС СП. Поэтому ток в обмотках статора отсутствует. При повороте ротора СД ЭДС в обмотках статора СД изменяются, в результате чего нарушается равновесие с ЭДС обмоток статора СП. Под действием разности ЭДС в цепи статоров протекают уравнительные токи.

Взаимодействие этих токов с магнитным потоком создает на валах СД и СП синхронизирующий момент, стремящийся свести угол рассогласования θ=αСД–αСП к нулю. Однако этот момент мал и практически достаточен лишь для перемещения стрелок или других указательных устройств, поэтому индикаторный режим применяется обычно в системах контроля. В зависимости от величины θ сельсины делятся на 4 класса точности, каждый из которых определяется по максимально возможной средней ошибке

61

2

где θ1 и θ2 – абсолютные значения максимальных ошибок, полученные при вращении ротора СД по и против часовой стрелки.

Сельсинная пара рассматривается как безынерционное устройство. Погрешность сельсинов обычно не превышает десятых долей градуса. Главными причинами возникающих погрешностей являются дефекты изготовления: электрическая и магнитная асимметрия, неточная центровка, эллиптичность ротора и т.д.

Схема включения сельсинной пары в трансформаторном режиме приведена на рис.3.3.2.

N

Рис. 3.3.2. Трансформаторный режим работы сельсинной пары

Отличие трансформаторного режима от индикаторного в том, что однофазная обмотка ротора СП подключается не к источнику питания, а ко входу усилителя (т.е. является выходной). На лабораторном стенде ротор СП заторможен, а в схемах следящих систем ротор механически жестко связан с валом исполнительного двигателя. Такая схема применяется для передачи движения на исполнительные устройства, нагруженные большими моментами.

62

Выходное напряжение будет равно нулю при разности углов поворота 90°, так как результирующий магнитный поток в этом случае не будет пересекать витки ротора СП. Это положение принимается за нулевое. Любое рассогласование сопровождается появлением напряжения на выходе, причем выходное напряжение является функцией синуса угла рассогласования:

где k=1 В/град.

Для достаточно малых углов

Эти выражения отражают не только зависимость величины выходного напряжения от угла рассогласования, но и зависимость фазы этого напряжения от знака рассогласования. При изменении знака рассогласования фаза выходного напряжения меняется на 180°.

Трансформаторный режим работы сельсинов широко применяется в следящих системах, предназначенных для синхронного вращения двух валов, механически между собой не связанных. Один из валов является входным (например, вал стрелкового прицела) и обычно требует для своего перемещения небольших усилий, другой – выходным (например, вал, связанный с самолетной пушкой), для его перемещения, как правило, необходимы значительные усилия.

3.4. Дешифраторы, шифраторы, триггеры и счетчики

На базе логических элементов построены такие устройства, как шифраторы, дешифраторы. Условное обозначение и таблица истинности шифратора приведены в табл. 3.4.1.

Шифратор (кодер) преобразует сигнал на одном из его входов в n-разрядное двоичное число. При появлении сигнала логической единицы на одном из десяти входов на четырех выходах шифратора будет присутствовать соответствующее двоичное число.

Дешифратор (декодер) преобразует код, поступающий на его n-входов, в сигнал логической единицы только на одном из его выходов. Условное обозначение и таблица истинности дешифратора приведены в табл. 3.4.2.

63

Таблица 3.4.1

Условное обозначение и таблица истинности шифратора

Таблица 3.4.2

Условное обозначение и таблица истинности дешифратора

Дешифратор n-разрядного двоичного числа имеет 2n выходов. Различные типы дешифраторов применяются в схемах цифровой индикации информации. Особенно широко применяются дешифраторы, преобразующие информацию в код для семисегментных индикаторов.

64

RS-триггер. Простейший RS-триггер можно реализовать на логических элементах ИЛИ-НЕ и И-НЕ, как показано на рис. 3.4.1.

Рис. 3.4.1. RS-триггер, реализованный на логических элементах ИЛИ-НЕ (а) и И-НЕ (б)

Асинхронный RS-триггер имеет два информационных входа: R и S. Входы S и R названы по первым буквам английских слов set – установка и reset – сброс. При S=1 и R=0 на выходах триггера появляются сигналы: на прямом выходе Q=1, на инверсном Q =0. При S=0 и R=1 выходные сигналы триггера принимают противоположные состояния (Q=0; Q =1). Этот триггер не имеет тактового входа. Условное обозначение и таблица истинности RS-триггера приведены в табл. 3.4.3.

Таблица 3.4.3

Схемное обозначение

и таблица истинности асинхронного RS-триггера

65

RS-триггер не допускает одновременного наличия на входах активных сигналов S=1; R=1. В этом случае не выполняется условие его функционирования, поскольку на выходах Q и Q логические уровни перестают быть взаимно инверсными, состояние выхода оказывается неопределенным. Данные комбинации считаются запрещенными.

Режим S=1; R=0 называют режимом записи 1, так как Q(t+1)=1; режим S=0 и R=1 – режимом записи 0, так как Q(t+1)=0; режим S=0; R=0 – режимом хранения информации, так как информация на выходе остается неизменной.

Временная диаграмма асинхронного RS-триггера изображена на рис. 3.4.2.

R

t

S

t

Q

t

Рис. 3.4.2. Временная диаграмма асинхронного RS-триггера

Синхронный RS-триггер отличается от асинхронного наличием входа С для синхронизирующих тактовых импульсов. Переключение этого триггера под действием сигналов на входах R и S происходит только при появлении высокого уровня на тактовом входе С, что хорошо видно на временной диаграмме.

Схемное обозначение и временная диаграмма синхронного RS-триггера приведены на рис. 3.4.3.

Рис. 3.4.3. Схемное обозначение и временная диаграмма синхронного RS-триггера

66

D-триггер. Условное обозначение и таблица истинности D-триггера приведены в табл. 3.4.4.

Таблица 3.4.4

Схемное обозначение и таблица истинности D-триггера с потенциальным управлением

D-триггер (триггер задержки) – это устройство с двумя устойчивыми состояниями и двумя входами: информационным входом D переключения триггера в состояние, соответствующее логическому уровню на этом входе, и синхронизирующим входом С. Этот триггер может быть только синхронным. D-триггеры могут быть с потенциальным и динамическим управлением.

У D-триггеров с потенциальным управлением информация со входа D переписывается на выход Q в течение времени, при котором синхросигнал активен: С=1. При пассивном синхросигнале триггер не чувствителен к изменениям информационного сигнала (рис. 3.4.4).

C

t

D

t

Q

t

Рис. 3.4.4. Временная диаграмма D-триггера со статическим управлением

67

Рис. 3.4.7. Схемное обозначение Т-триггера, работающего по спаду синхронизирующего сигнала, и его временная диаграмма

JK-триггер. Условное обозначение и таблица истинности JK-триггера приведены в табл. 3.4.5.

Таблица 3.4.5

Схемное обозначение и таблица истинности JK-триггера

JK-триггер имеет пять входов: R – асинхронный вход установки в состояние 0 (Q=0); S – асинхронный вход установки в состояние 1 (Q=1); К – синхронизируемый вход установки в состояние 0 (Q=0); J – синхронизируемый вход установки в состояние 1 (Q=1); С – синхронизирующий вход.

69