6.1. Общие сведения

Согласно классификации преобразователей фаза — код, приведенной в гл. 5 (табл. 5.1), вторым способом прн построении ПФК, нашедшим не менее ши­рокое применение в измерительной технике, чем способ прямого измерения фа­зы, является использование компенсационного метода (или, иначе, метода сле­дящего уравновешивания) [5, 3, 11, 13, 17, 22, 23, 35, 42]. Метод основан на сравнении измеряемого и эталонного сдвигов фаз в замкнутой фазовой системе. При этом полученный со специального компенсационного ФВ эталонный сдвиг фаз изменяется до устранения рассогласования между ним и измеряемым сдви­гом фаз. Таким образом, на выходе компенсационного ФВ имеем сигнал, про­порциональный измеряемой фазе.

По принципу преобразования фазы, а точнее, в зависимости от вида применяемого в схеме преобразователя фаза — код компенсационного ФВ, раз­личают ПФК, построенные на основе электромеханических и цифровых фазо­вых следящих систем (ФСС).

Преобразователи компенсационного типа обладают, как уже указывалось, высокой точностью и помехоустойчивостью за счет уменьшения погрешности от влияния внутренних и внешних шумов, а также погрешности дискретности. К недостаткам ПФК указанного тнпа следует отнести сложность практической реализации и настройки.

Рассмотрим более подробно основные структуры построения ПФК компен­сационного тнпа.

6.2. Пфк с электромеханическими фсс

Упрощенная структурная схема компенсационного ПФК такого типа пред­ставлена на рис. 6.1 [36].

Опорное напряжение поступает непосредственно или после предвари-

тельного усиления на вход фазочувствительного детектора ФЧД, На второй вход ФЧД через компенсационный (эталонный) электромеханический фазовра­щатель ФВЭ поступает сигнал с выхода первичного преобразователя ФВ. В ка­честве эталонного фазовращателя ФВЭ может нспользоваться СКВТ или сель­син. Детектор ФЧД выполняет роль сравнивающего устройства, выходное на­пряжение которого пропорционально значению и знаку рассогласования сдвига фаз Сигнал с выхода ФЧД через фильтр Ф, сглаживающий пуль-

сации и возможные флуктуации (в случае наличия помех во входных цепях), подается на устройство привода УПр, которое изменяет угол поворота электро­механического фазовращателя ФВЭ так, чтобы свести разность фаз сигналов (сигнал рассогласования) на входе ФЧД к нулю. В момент дости­жения баланса постоянная составляющая выходного напряжения ФЧД стано­вится равной нулю и отработка сигнала рассогласования прекращается. При этом присоединенное к валу ФВЭ цифровое отсчетное устройство ЦОУ выдает значение, цифрового кода, пропорциональное измеряемой разности фази

Существенным недостатком рассмотренной схемы является достаточно боль­шая динамическая погрешность, зависящая во многом от добротности ФСС, которая для достижения прецизионности ПФК должна быть высокой. Поэтому для повышения точности ПФК с электромеханической ФСС используют принци­пы комбинированного управления [17, 22] и в частности способ построения двухдвигательной комбинированной ФСС с механическим дифференциалом. Один из вариантов построения такого ПФК приведен на рис. 6.2 [22]. Структурная схема компенсационного ПФК (рис. 6.2) отличается от предыдущей тем, что в ней не только осуществляется измерение перемещения 9, но и определяется скорость этого перемещения. Для этого в схему вводится специальный блок измерения скорости БИС, выходной сигнал которого, пропорциональный ско­рости перемещения в, подается на второй исполнительный двигатель вхо­дящий в устройство привода УПр. Оба двигателя системы — скоростнойи позиционный —подключены к механическому дифференциалуДФ, кото­рый суммирует углы поворота валов двигателейТаким образом, пози­ционная система отрабатывает не полное перемещение 9, а только ошибку, накапливающуюся в результате погрешностей работы БИС и скоростной систе­мы. Следовательно, общая динамическая погрешность измерения фазы в схеме такого ПФК существенно уменьшается. Усилителислужат для усиле­ния соответственно сигналов рассогласования и с выхода блока БИС. Тахоге-нераторы используются в качестве стабилизирующих элементов соот­ветственно позиционной и скоростной систем. Измерение скорости перемещения 0 можно производить различными способами.

На рис. 6.3 представлена одна из схем для определения угловой скорости

вала с помощью параметрического многополюсного ФВ [22]. В этой схеме опорное и сигнальное напряжения с выхода ФВ подаются на фазовые детекторы ФД1 и ФД2, на вторые входы которых поступают напряжения уп­равляемых генераторов частоты УГЧ1 и УГЧ2 через соответствующие делатели частоты ДЧ1 и ДЧ2. При этом пропорциональность частот УГЧ опорного я сигнального каналов схемы достигается за счет управления генераторами УГЧ методом автоподстройки частоты. Реверсивный счетчик PC регистрирует число импульсов за время определяемое частотой сигналовкак разность ча-

стот УГЧ сигнального и опорного каналов. При этом угловая скорость пере­мещения 6 определяется из выражений

где —число импульсов вPC; —коэффициент деления частоты; z — коэф­фициент преобразования масштаба ФВ.

Естественно, что измерение скорости перемещения также вносит ошибки в общую погрешность ПФК компенсационного типа. При этом точность изме­рения скорости блоком БИС будет определяться, очевидно, в первую очередь погрешностью фазовых детекторов ФД (линейностью, чувствительностью, ста­бильностью работы) и диапазоном регулируемых частот УГЧ. Сюда же следует отнести и наличие погрешности самого фазовращателя.

В целом точность ПФК компенсационного типа с электромеханическими ФСС определяется в основном статическими погрешностями компенсационного фазовращателя ФВЭ, фазочувствительного детектора ФЧД и блока измерения скорости БИС. К недостаткам ПФК такого типа следует отнести невысокое быстродействие за счет инерционности привода УПр и фазовращателя ФВЭ, а также сложность и громоздкость схемы [11, 17, 22, 36].

Перспективным направлением в плане повышения точности и быстродейст­вия ПФК компенсационного типа является замена механических инерционных узлов их электронными аналогами, т. е. использование в ПФК цифровых фа­зовых следящих систем.