книги из ГПНТБ / Востров М.В. Основы авиационной автоматики

возможность питания постоянным и переменным током, просто­ та конструкции и регулировки.

Основные недостатки следующие: наличие скользящих кон­ тактов, высокий порог чувствительности, довольно низкий коэф­

Индуктивные датчики, как и потенциометрические, яв­ ляются датчиками параметрического типа. Преобразование пе­ ремещения в электрический сигнал здесь основано па измене­

тать, что магнитное сопротивление воздушного зазора пропор­ ционально его длине 28, то индуктивность катушки

Статическая характеристика простейшего индуктивного дат­ чика приведена на фиг. 2.5. Реальная характеристика показана пунктиром. В области малых зазоров проявляется влияние магнитного сопротивления железа, в области больших зазоров сказывается наличие активного сопротивления катушки и по­

60

токов рассеяния. Рассмотренный простейший индуктивный дат­ чик является однотактным.

В системах автоматического управления применяются глав­ ным образом двухтактные датчики.

Двухтактные датчики можно рассматривать как два одно­ тактных датчика, включенных по дифференциальной или мосто­ вой схеме (фиг. 2.6). Выходной величиной такого датчика яв­

L0 — индуктивность катушки при нейтральном _ (симмет­ ричном) расположении якоря;

-X

х= ------- относительное смещение якоря;

R = Rн + Нов» •

при R — шЬ0.

С точки зрения максимальной чувствительности индуктивно­ го датчика выгодно выбирать сопротивление нагрузки равным индуктивному сопротивлению катушки при среднем положении якоря.

61

Конструктивно индуктивные датчики выполняются как для поступательных, так и для угловых перемещений якоря [1].

Индуктивный датчик может работать также по принципу использования изменения взаимоиндуктивности при перемеще­ нии якоря. В этом случае индуктивный датчик называется

трансформаторным.

Если частота входного сиг­ нала (перемещение якоря) мала по сравнению с частотой питания си, то индуктивный датчик можно считать безы­ нерционным элементом. Высо­ кий коэффициент усиления, отсутствие скользящих кон­ тактов, возможность получения больших мощностей, относи­ тельно малые веса и габариты являются существенными до­ стоинствами индуктивных дат­ чиков.

К недостаткам индуктивных датчиков следует отнести: воз­ можность питания только переменным током, трудности регу­ лировки.

3. Сельсинные датчики

Они предназначены в основном для измерения угла рассо­ гласования между двумя осями или валами.

Сельсинный датчик состоит из двух электрических машин переменного тока: сельсина-датчика и сельсина-приемника.

Сельсины, применяемые в качестве датчиков-сигналов, име­ ют распределенную трехкатушечную обмотку на статоре и од­ нокатушечную обмотку на роторе.

Условно мы будем их называть «трехфазная» и «однофаз­ ная» обмотки.

При работе обмотки сельсинов соединяются так, как указа­ но на фиг. 2.8.

^Вых

62

Обмотка ротора сельсина-датчика (СД) питается перемен­ ным током, а сам ротор может свободно перемещаться от вос­ принимающего устройства. Выходное напряжение «вых сни­ мается с обмотки ротора сельсина-приемника (СП). Вал рото­ ра СП связывается обычно с исполнительным устройством и перемещается только от него. Поток возбуждения Ф, направлен

Z

где z — полное сопротивление двух последовательно включен­

ных обмоток статоров.

Так как токи пропорциональны э. д. с., а последние пропор­ циональны проекциям Oj, на соответствующие оси, то суммар­ ный магнитный поток статора СП Ф2 будет направлен парал­ лельно вектору Ф[, т. е. также под углом а.

Напряжение, наводимое потоком Ф2 в роторной обмотке сельсина-приемника:

сельсинных датчиков kc имеет порядок 1 в/град. Для повыше­ ния kc можно применить редуктор.

Поскольку сельсинные датчики работают на переменном то­ ке, то знак рассогласования определяется фазой э. д. с. ивых

и поэтому при использовании сельсинных датчиков применяют фазочувствительные усилители (дискриминаторы). Динамиче­ ские свойства сельсинных датчиков аналогичны динамическим

63

свойствам индуктивных датчиков. На других типах датчиков мы здесь останавливаться не буде/i. Мы опускаем также под­ робное. описание конструкции датчиков. Данный вопрос широ­ ко освещен в литературе [1], [2]. [3].

§ 2. УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ

Большинство датчиков дает на выходе малую мощность, не­ достаточную для приведения в действие исполнительного уст­ ройства. В связи с этим возникает задача усиления сигнала.

Усилителем мы будем называть устройство, осуществляю­

щее преобразование сигнала с усилением по мощности и имею­ щее входные и выходные величины одинаковой физической при­ роды. Наиболее часто применяемые усилители мы можем раз­ бить на два класса: генераторные и параметрические. К генера­ торным относятся, главным образом, электромашинные усили­ тели. К параметрическим относятся электронные, кристалличе­ ские, магнитные усилители.

В последние годы появился еще один класс усилителей — молекулярные. Однако последние еще не нашли широкого применения в автоматических системах.

Для систем автоматического управления существенное зна­ чение имеют усилители мощности, поэтому в данном курсе мы

.будем заниматься в основном этим видом усилителей. Важней­ шими величинами и зависимостями, характеризующими усили­ тель, являются:

1)коэффицент усиления (по току, напряжению, мощности);

2)входная и выходная мощности усилителя;

3)статические характеристики;

4)динамические свойства усилителя.

Статическим коэффициентом усиления будем называть от­ ношение

£ _ -Силх

'^ВХ

Обычно эта зависимость имеет различного рода нелинейности

(фиг. 2.9).

64

В авиационных автоматических устройствах наибольшее применение имеют следующие виды электрических усилителей: электромашинные, магнитные, релейные, электронные.

шинный усилитель (ЭМУ) представляет собой генератор посто­ янного тока с независимым возбуждением (фиг. 1.3). Посколь­ ку принцип действия его хорошо известен, мы на нем подробно не останавливаемся. ЭМУ обычно разделяют на однокаскадные и многокаскадные.

Для простейшего однокаскад­ ного ЭМУ зависимость ивых=»/(ипх)

Подбором материала и парамет­ ров ЭМУ эту зависимость можно сделать линейной в широком диа­ пазоне изменения «вх.

Ф и г . 2.11

Однако такое соединение существенно ухудшает динамиче­ ские свойства ЭМУ. По выходной мощности ЭМУ не имеют ограничений. Они выполняются на мощность от десятков вагт до десятков киловатт. Как было показано ранее [уравне­ ние (1.5)], динамические свойства простейшего ЭМУ описыва­ ются передаточной функцией инерционного звена

W\p)

Т р + 1

шим. Это, обычно, достигается увеличением скорости вращения. Самолетные однокаскадные ЭМУ имеют п — 6000-г- 12000 об[мин

и -у- «=; 100-г- 300 l/сек при 0,03 -г-0,1 сек.

В настоящее время широкое применение имеют в системах автоматического управления двухкаскадные ЭМУ с поперечным полем (фиг. 2.12). Напомним принцип действия данного ЭМУ.

Если эти щетки замкнуть накоротко, то в коммутируемых вит­ ках якоря-возникнет так называемый поперечный ток Iq, зна­

чительный по величине, поскольку сопротивление этой цепи ма­

6 6

щеток 2—2, установленных перпендикулярно потоку Ф?, Если

усилитель работает с нагрузкфй /?н, то ток нагрузки / образу­ ет поток реакции якоря Фг, который может частично или пол­ ностью уничтожить поток управления и тем самым значительно

Рассмотренная конструкция ЭМУ дает возможность полу­ чить большую выходную мощность и коэффициент усиления по мощности.

Для анализа динамики определим передаточную функцию двухкаскадного ЭМУ с поперечным полем. При полной компен­

Динамические свойства двухкаскадного ЭМУ эквивалентны ди­ намическим свойствам последовательного соединения двух инер­ ционных звеньев.

Для сравнительно быстродействующих авиационных ЭМУ,

циент усиления по мощности, высокий к. п. д.

К недостаткам относятся большой вес и габариты на еди­ ницу мощности, а также все недостатки коллекторных машин.

2. М агн и тн ы е у си л и тел и

Магнитные усилители относятся к числу параметрических усилителей. Устройство всех параметрических усилителей сво­ дится к тому, что последовательно с выходной цепью (нагруз­ кой) включается цепь с изменяемыми параметрами. Такой цепыо чаще всего является сопротивление гуаг (фиг. 2.13).

Ток в нагрузке

сти. Усиление здесь имеет место потому, что мощность, затра­ чиваемая на изменение z var, много меньше мощности, выде­ ляемой на нагрузке.

Электронные лампы и кристаллические триоды — это при­ боры с управляемым сопротивлением Rvar~

Магнитные усилители — это устройства с изменяемой ин­ дуктивностью цепи Lvar. Изменяемый параметр zvar являет­

ся, как правило, нелинейной функцией входного сигнала (на­

пример, /„ = /(« „ ))•

Часто элементы цепи, параметром которых является 2var, называются нелинейными элементами. В магнитном усилителе нелинейным элементом является дроссель с насыщающимся

68