Следящие цпп

13.1. Улучшение динамических показателей и компенсация погрешностей первичного преобразователя

С точки зрения повышения быстродействия отсчетной части амплитудных ЦПП в установившемся режиме представляют интерес принципы построения амплитудных следящих преобразователей. В отличие от циклических ЦПП сле­дящие преобразователи (СП) имеют переменную частоту квантования сигнала рассогласования по времени. Это достигается введением в состав СП преобра­зователя напряжение —частота (ПНЧ), который осуществляет преобразование напряжения рассогласования в последовательный унитарный код.

На рис. 13.1 представлена функциональная схема одного из вариантов по­строения такого СП [а. с. 691909 (СССР)].

Рассмотрим принцип его действия.

При повороте вала СКВТ на некоторый угол 0 в выходных обмотках его вырабатываются напряжения, амплитуда которых пропорциональна синусу и косинусу угла поворота вала. Напряжениес косинусной обмоткиСКВТ

умножается блоком умножения БУ1 на цифровой кодподаваемый с синус­ного выхода блока синусно-косинусного преобразования БСКП, а напряжение с синусной обмотки—блоком БУ2 на код с косинусного выхода БСКП. Выходные напряжения БУ1 я БУ2 вычитаются в блоке вычитания БВ, на выходе которого получается напряжение

где —выходные коды БСКП, причем

исходный код счетчика). Таким образом, после первого преобразования на выхо­де блока БВ получается напряжение Компаратор К анализирует знака ПНЧ преобразует амплитуду напряжения в число импульсов которое в зависимости от логического сигнала с компаратора К суммируется или вы­читается в реверсивном счетчике PC с исходным кодомПосле преобразованияна выходе БВ имеем

причем

При необходимости для повышения точности величину можно уменьшить, проведя дополнительные преобразования:

в т. д. до момента достижения заданной точности, когда

Следует отметать, что несмотря на необходимость нескольких циклов пре­образования рассмотренный СП имеет существенный выигрыш по быстродействию в установившейся режиме перед циклическим ЦПУ за счет переменного шага квантования, что улучшает динамические характеристики преобразователя.

Недостатком такого преобразователя являются низкие динамические показа­тели в переходных режимах и связанные с этим значительные погрешности при изменение угла поворота выходного вала 0 с большими угловыми скоростями и ускорениями.

Для повышения динамической точности можно использовать схему, которая представлена на рис. 13.2 [а. с. 1088044 (СССР)].

В отличие от предыдущей схемы отсчетная часть ЦПУ содержит дополни-нительный контур формирования сигнала рассогласования, обеспечивающий сни­жение динамической ошибки в переходных режимах. Преобразователь работает следующим образом.

СКДУ вырабатывает на выходе два напряжения:

Напряжения проходят через блоки умножения БУ1 и БУЗ, коэффициенты которых устанавливаются кодами, поступающими с БСКП1 и пропорциональными синусу н косинусу выходного кода PC. Напряжения на входе БВ1 имеют вид

Блок БВ1 суммирует напряжения с изменением знака одногоиз них. Напряжение на выходе БВ1

преобразуется в частоту импульсов ПНЧ1, а компаратор К выделяет знак на­пряжения Поступая на РС1, выходные импульсы изменяют его кодсводя рассогласование между углом б и его кодовым эквивалентомк нулю. В установившемся состоянии, т. е. достигается соответствие кода входному углу 0.

Аналогичным образом работает корректирующая следящая система, обра­зованная СКДУ, ВУЗ, БУ4, БСКП2, БВ2, ПНЧ2, РС2 и цифровым суммирую­щим устройством СУ, с тем отличием, что на входы БСКП2 поступает с выхода СУ код, равный сумме кодов РС1 и РС2; В установившемся состоянии

При вращении вала датчика с постоянной частотой основная система преобразует угол 0 в код с ошибкой, пропорциональной частоте входноговала (ошибка слежения) — коэффициент усиления разомкнутого контура основной системы.

Режим слежения корректирующей системы также обеспечивается ПНЧ1 основной системы за счет ввода кода с угловым эквивалентомв СУ.

Напряжение рассогласования на выходе БВ2 изменяет код РС2 таким образом, чтобы свести напряжение рассогласования к нулю.

При этом ошибка преобразователя равна нулю, а код СУ точно соответствует угловому положению вала. Такой преобразователь не ниеет динамической ошиб­ки при движении вала с постоянной скоростью.

При более сложном движении вала датчика, например по закону динамическая ошибка такого преобразователя имеет постоянную вели­чину т. е. обратно пропорциональна произведению коэффици­ентов усиления основной и корректирующейэлектронных следящих систем.

При движении вала с постоянным ускорениемошибка преобразователя (рис. 13.2) растет пропорционально времени с достаточно большой скоростью и уже через 1 с после начала движения достигает при Погрешность рассматриваемого преобразователя в таком режиме неизменна во времени и прине превышает

Таким образом, преобразователь (рис. 13.2) имеет существенно большую точность преобразования в код изменяющегося во времени углового положения вала по сравнению со схемой (рис. 13.1).

Вторым недостатком схемы рис. 13.1 является низкая точность, обусловлен­ная неравенством коэффициентов передачи и неортогональностью обмоток СКДУ. Путем введения дополнительных элементов и их соответствующего вклю­чения (рис. 13.3) удается компенсировать ошибку ЦПУ [а. с. 980112 (СССР)].

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор Г вырабатывает переменное напряжениевозбуждения первоговхода СКДУ с частотой На второй вход поступает напряжение U₂ с выхода делителя ДЧ, частота которогов четное число раз меньше частоты генера­тораГ. Выходные напряженияСКДУ равны

Выходные напряжения СКДУ через модуляторы Ml и М2 поступают на входы СУ1, а через МЗ и М4 — на входы СУ2. Модуляторы Ml и М4 осуществ­ляют перемножение напряжений на величину, пропорциональную коду поступающему с выхода блока преобразования кода угла БПКУ1, а мо­дуляторы М2 и МЗ перемножают напряжения на величину, пропорцио­нальную выходному кодублокаБПКУ2. При этом Ф является выходным кодом реверсивного счетчика PC.

На выходе СУ1 а СУ2 напряженияописываются следующими выражениями:

Полосовой фильтр ПФ1 пропускает составляющую с частотойе по­давляет составляющую с частотой Фильтр ПФ2 пропускает составляющую с частотойя не пропускает составляющую с частотой

Синхронные детекторы СД1 и СД2 осуществляют фазочувствнтельное вы­прямление выходных напряжений ПФ. Напряжение на выходе СУЗ, пропорцио­нальное управляет частотой преобразователя напряжение — часто­та ПИЧ. Выходные импульсы ПИЧ изменяют код PC, т. е. числовой эквивалент угла Ф, так, чтобы сделать входное напряжение ПИЧ равным нулю.

Выходные напряженияСД1 и СД2 с учетом неравенства коэффициента передачив неортогональности обмотокСКДУ определяются следующими выражениями:

где— коэффициенты передачи основного и дополнительного каналов преобразования, включающих СКДУ, модуляторы, сумматоры и синхронные детекторы.

Выходное напряжение СУЗ определяется разностью

В установившемся состоянии и импульсы на выходе ПИЧ отсутствуют. Установившееся состояние достигается при где с точностью до величины второго порядка малости ошибка преобразователя составит

Из этого выражения следует, что ошибка преобразования угла в в кодобусловленная неравенством коэффициентов передачи и пространственной неортогональностью обмоток СКДУ, у рассмотренного преобразователя.

враз меньше, чем у ЦП по схеме рис. 13.1