книги из ГПНТБ / Основы авиационной автоматики учеб. пособие

Если разность относительных углов поворота роторов состав­ ляет 90°, т. е. ось полюсов ротора перпендикулярна вектору поля статора, то потокосцепление равно нулю и ивых = 0.

Положение, при котором «вых = 0, называется нейтральным, нулевым или согласованным положением сельсинов. От этого по­ ложения и отсчитывается угол рассогласования между ротора­ ми сельсинов.

Рис. 2.15. Статическая характеристика сельсинного датчика

Напряжение на выходе ненагруженного сельоинного датчика пропорционально синусу угла рассогласования (рис. 2.15)

лениях и в воздушных зазорах максимальное значение выходно­ го напряжения на 30—40% меньше, чем U„.

При малых е выходное напряжение пропорционально углу

к имеет порядок 1 В/град.

Сельоинный датчик имеет нечетную характеристику; измене­ ние знака е приводит к изменению фазы выходного напряжения на 180°. В следящих системах сельсинный датчик работает при малых углах рассогласования, поэтому в небольшом диапазоне углов он может считаться линейным элементом. Его передаточ­ ная функция представляет собой усилительное звено с коэффи­ циентом усиления k. При включении датчика на сопротивление

нагрузки коэффициент усиления датчика снижается, что обус­ ловлено падением напряжения на -внутреннем сопротивлении датчика и реакций якоря.

Ток нагрузки, протекающий через ротор сельсина-приемника, создает магнитный поток ротора. Взаимодействие этого потока с магнитным потоком статора Фсп приводит к появлению так на­ зываемого устанавливающего момента.

Устанавливающий момент максимален при г =-90° (наиболь­ шее значение тока в роторе) и равен нулю при е =0 (ток нагруз­ ки минимален).

Рис . 2.16. Схема соединений сельсинов в индикаторном режиме

Устанавливающий момент стремится повернуть роторы сель­ синов до согласованного положения. С увеличением тока нагруз­ ки (с уменьшением R н) устанавливающий момент растет. Дру­ гой причиной возникновения установившегося момента является неодинаковость магнитной проводимости по продольной и попе­ речной осям роторов сельсинов. При малых углах рассогласова­ ния эта составляющая мала.

Устанавливающий момент вместе с моментами трения в под­ шипниках и под щетками образуют так называемый входной момент сельсинного датчика. Для трансформаторного режима сельсинного датчика большой входной момент нежелателен, по­ этому стремятся его уменьшить. При использовании сельсинов в режиме самосинхронизирующейся передачи устанавливающий момент должен быть большой. Для этой цели к ротору сельсинаприемника вместо сопротивления нагрузки подключается источ­ ник питания — і/„.

Электрическая схема соединений сельсинов, работающих в индикаторном режиме, приведена на рис. 2.16. Напряжение пита­ ния подведено одновременно к обмоткам роторов обоих сельси­ нов, т. е. СД и СП. Статорные обмотки соединены так же, как и в трансформаторной схеме.

При повороте командной оси на некоторый угол а, роторы СД и СП оказываются рассогласованными: е = а, — а2 Ф 0. Оси

98

обмотках статора СД и СП и соединительных проводах. Урав­ нительные токи, протекая по обмоткам статора СП, взаимодейст­ вуя с потоками ФрП сельсина-ириемника, обусловливают появ­ ление вращающего момента М. Аналогичная картина имеет ме­ сто в сельсине-датчике. Направление вращающего момента М определяется по закону Ленца, т. е. момент М имеет такое на­ правление, при котором он стремится уничтожить рассогласова­ ние s осей роторов СД и СП как причину появления момента М. Если рассогласование отсутствует (е—0), то вращающий мо­ мент тоже отсутствует (М = 0).

При в Ф 0 на ротор сельсина-приемника действует вращаю­ щий момент М, в результате чего ротор СП и связанная с ним индикаторная стрелка (индекс) будут поворачиваться так, что­ бы угол е стал равен нулю. Это означает, что в индикаторном режиме при вращении ротора сельсина-датчика в процессе от­ работки угла рассогласования е происходит поворот ротора сельсина-приемника. Вращающий момент, возникающий при в ф 0, действует и на ротор СД (при этом знак момента противо­ положный), однако ввиду того, что ротор СД закреплен, повора­ чивается ротор сельсина-приемника.

Вращающий момент М, развиваемый сельсинным датчиком,

где k — чувствительность или коэффициент усиления датчика. У сельсинов, используемых в авиационном оборудовании, величи­ на к составляет (0,4 -ь 0,6) гсм/град.

Для следящих систем бывает необходимо изменить нулевое положение датчика в соответствии с показаниями приборов или счетно-решающих устройств. Так, например, в следящей системе управления артиллерийской установкой самолета СД соединяет­ ся с прицельной станцией, СП — с пушками, а для введения угла упреждения необходимо иметь специальное устройство. В каче­ стве такого устройства обычно используется дифференциальный ■сельсин. Конструктивно дифференциальный сельсин ДС подобен сельсину-датчику и сельсину-приемнику. Отличием его является то, что у него обе обмотки (статорная и роторная) трехфазные.

Подвод тока к обмоткам ротора осуществляется через три кольца и три щетки. Ротор ДС — неявнополюсный. Дифферен­ циальный сельсин включается между сельсином-датчиком и сельсином-приемником. Схема соединений дифференциального сельсина приведена на рис. 2.17. Статорная обмотка ДС соеди-

йена трехпроводной линией со статорной обмоткой СД, а ротор­ ная обмотка — со статорной обмоткой СП. Однако такой способ ■соединений не является единственным. К статорной обмотке сельсина-датчика может подсоединяться роторная обмотка ДС, а его статор будет соединяться со статором СП.

Рис. 2.17. Схема соединений дифференциального сельсина

Как правило, статор ДС закреплен неподвижно, а ротор сое­ диняется с осью устройства, при помощи которого задают неко­ торое исходное (начальное) значение угла рассогласования (уг­ ла упреждения) 8. Дифференциальный сельсин является именно тем устройством, с помощью которого данное значение 8 вво­ дится в следящую систему.

Если оси одноименных обмоток статора и ротора ДС совпа­ дают, г. е. 8=0, то дифференциальный сельсин никаких измене­ ний в сельсинную схему не вносит. При этом соотношение токов

Іи h, h в статорной обмотке сельсина-приемника не меняется и направление магнитного потока Фсп остается прежним, как и в схеме рис. 2.14. При повороте ротора ДС на некоторый угол про­ исходит перераспределение токов в обмотке статора и поворот вектора потока Фсп на тот же угол 8, а следовательно, измене­ ние нулевогд положения сельсинного датчика. В схеме сельсинного даічика, содержащей дифференциальный сельсин, выход­ ное напряжение датчика в общем случае определяется выраже­ нием

«в,« = £ msin(s ± 8).У

У контактных сельсинов, рассмотренных выше, основной при­ чиной шумов является контактное устройство щетка—кольцо. Диапазон частот этих шумов очень широк, так же как и у потен­ циометрических датчиков. Для устранения указанных шумов ипо­ вышения надежности работы сельсинов в последнее время начи­ нают применяться бесконтактные сельсины. Достоинством их яв­ ляется также меньший момент трения, нежели в контактных сельсинах.

Принципиальная схема одного из таких сельсинов приведена на рис. 2.18. Особенностью схемы является то, что вместо кон-

100

тактного устройства щетка—кольцо в данном случае использован трансформатор специальной конструкции. Первичная обмотка трансформатора с числом витков wі расположена на статоре сельсина ц, следовательно, при работе датчика неподвижна.

Рис. 2.18. Принципиальная схема бесконтактного сельсина

Вторичная обмотка е числом витков w2 размещена на роторе сельсина и поворачивается вместе с роторам вокруг оси ротора. Напряжение питания сельсина U„ подводится к первичной об­ мотке w\. Поток Ф , созданный этой обмоткой, замыкается так, как показано на рис. 2.18. При этом величина э.д.с., наводимая во вторичной обмотке трансформатора за счет потока Ф, не зави­ сит от угла поворота ротора сельсина. Эта э.д.с. используется для питания обмотки ротора wD сельсина. В остальном конструкции бесконтактного и контактного сельсинов подобны.

При изготовлении сельсинов возможна некоторая несимметрия, т. е. неточность в расположении осей катушек-обмотки, не­ большие искажения формы полюсных башмаков, а также нерав­ номерность намотки и наличие зубцов статора — все это создает ошибки сельсинного датчика. Эти ошибки и определяют разре­ шающую способность или порог чувствительности сельсинного датчика. Для авиационных сельсинов порог чувствительности составляет 0,3 н- 0,4°.

Такая точность для многих авиационных следящих систем не может считаться удовлетворительной. Так, например, точность автоматической системы углового сопровождения цели должна быть не меньше нескольких угловых минут. Следовательно, сель- с-инный датчик должен иметь точность не менее этой.

Для повышения точности работы системы применяют два ка­ нала измерений: грубый и точный. Принципиальная схема такой системы приведена на рис. 2.19. В системе сельсинный датчик грубого канала связан с командной осью (с прицельной станци-

101

ей) редуктором с передаточным отношением 1 : 1, а сельсинлый датчик точного канала — редуктором і : 1 (где і обычно нечетное число, например 31).

Рис. 2.19. Принципиальная схема следящей системы, содержащей грубый и точный каналы

При повороте задающей оси (прицельной станции) на 360° сельсин-датчик грубого канала повернется на один оборот, а сельсин-датчик точного канала — на і оборотов. При этом раз­ решающая способность будет в і раз больше. Действительно, пусть командная ось следящей системы повернется на угол а,, тогда ротор СД грубого канала повернется также на угол ocj, а ротор точного канала — на угол /а,. Если управление исполни­ тельной осью системы вести по грубому каналу, то в результате отработки рассогласования ротор сельсина-приемника и испол­ нительная ось системы повернутся на одинаковый угол = = а1+ Де, где Де— собственная погрешность сельсинов грубого канала. При этом остаточное рассогласование, или погрешность следящей системы, будет равно:

яі — Р і= ± Аг-

Если управление исполнительной осью вести по точному ка­ налу, то после отработки системой рассогласования ротор СП повернется на угол ß2 — і*і ± As, после чего напряжение на выходе датчика станет равным нулю. Исполнительная ось систе-

связана с ротором СП через редуктор с передаточным отношени­ ем і. Следовательно, остаточное рассогласование, или погреш­ ность следящей системы, в этом случае будет

102

ограниченность выходной мощности усилителя. В некоторых слу­ чаях от усилителей не требуется пропорциональной зависимости между выходной и входной величинами, а можно ограничиться характеристикой разрывного типа, но почти во всех -случаях ис­ пользования усилителей в системах автоматического регулиро­ вания необходимо, чтобы характеристика явых = /(м вх) была нечетной, т. е. / ( - мвх) = - /(« „ ).

Усилители по принципу действия распадаются на две группы: усилители-генераторы и параметрические усилители.

представляющий собой генератор постоянного тока независимо­ го возбуждения. Ко второй группе относятся электронные, тиратронные, полупроводниковые, магнитные усилители, релейные усилители. Устройство всех параметрических усилителей сводит­ ся к тому, что последовательно с выходной цепью усилителя —

Усиление по мощности происходит п-отому, что мощность, за­ трачиваемая на изменение параметра Zyan, много меньше мощ­ ности, выделяемой в сопротивлении нагрузки.

Электронные лампы (триоды) и полупроводниковые трио­ ды — это приборы управляемого изменяющегося сопротивления Rvаг - Магнитные усилители — приборы изменяющейся индук­ тивности Z-var •

Существуют колденсаторы-вариконды с управляемой емко- СТЬЮ С*ѵаг • На базе их также может быть построен усилитель.

В релейных и тиратронных усилителях также происходит из­ менение /?,аг, однако в этом случае входной сигнал дает воз-

104

ся поэтому нелинейным элементом цепи. Рассмотрим некоторые основные типы усилителей.

Электромашинные усилители (ЭМУ)

Электромашинные усилители относятся к группе усилителейгенераторов, в которых механическая энергия преобразуется в энергию выходного сигнала.

В простейшем случае электромашинный усилитель (ЭМУ) представляет собой генератор постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 2.22,а), якорь которого вращается привод­ ным двигателем М. В самолетных системах последний является обычно двигателем постоянного тока, размещенным в общем корпусе о генератором. Входное напряжение подводится к об­ мотке управления (возбуждения) генератора, а с его щеток сни­ мается выходное напряжение.

Если не учитывать гистерезис магнитной цепи, то статическая характеристика ЭМУ имеет вид, показанный на рис. 2.22,6. При постоянной скорости вращения выходное напряжение мвых в из­ вестном диапазоне пропорционально входному ивх. Уменьше­ ние наклона характеристики иВых= / ( ивх)'При больших значениях ивх обусловлено насыщением магнитной цепи машины.

Для исследования динамических свойств ЭМУ запишем урав­ нение цепи возбуждения

105

Здесь Ry — омическое сопротивление обмотки управления; /у — ток в обмотке управления;

Ly — индуктивность обмотки управления.

Так как работа происходит на линейном участке и мы .прене­ брегаем индуктивностью цепи якоря, напряжение на выходе электромашинного усилителя пропорционально току в обмотке управления:

В выражение для k\ входят:

/і — частота вращения якоря в об/мин;

w„— число активных проводников обмотки якоря; іЮу — число витков обмотки управления.

Число пар полюсов и число пар параллельных ветвей обмотки

Ly

где г = — — постоянная времени электромашинного усилите-

Ry ля;

k

k = — — коэффициент усиления по напряжению ЭМУ.

Ry

По динамическим свойствам однокаскадныіі ЭМУ представ­ ляет собой инерционное звено

Постоянная времени Т характеризует запаздывание выходного напряжения по отношению к входному.

Для уменьшения запаздывания можно либо уменьшить ин­ дуктивность L.. обмотки управления wy, либо увеличить ее со­ противление Ry, но при этом уменьшается коэффициент усиле­ ния электромашинного усилителя, так как между ними сущест­ вует связь:

В случае нагруженного усилителя выражение для /г примет вид:

R n

106