13.2. Следящий цпу как замкнутая система автоматического регулирования

По сравнению с описанными циклическими ЦПУ на основе функциональные генераторов (см. гл. 11) в следящих ЦПУ выявители рассогласования более

сложны. В то же время операция определения демодулИрованного сигнала рас­согласования, пропорционального почти аналогична. Как показано «а рис. 13.4, сигнал рассогласования поступает на интегратор ИР. Напряжение на его выходе представляет собой интеграл по времени от этого сигнала. Вы­ходной сигнал ИР управляет ПИЧ [3]. Последний формирует последователь­ность импульсов, частота которых пропорциональна напряжению на выходе ИР.

Сигнал рассогласования используется для управления реверсивным счетчИ-ком PC, накапливающим выходные ИМпульсы ПИЧ, которые в зависимости от знака сигнала рассогласования поступают на входы прямого и обратного Счета этого PC.

Таким образом, отсчетное устройство следящего ЦПУ в целом может быть представлено в виде системы регулирования с обратной связью, содержащей два интегратора в прямой цепи. Если использовать терминологию теории автомати­ческого регулирования, такие системы классифицируются как следящие системы с астатиЗМом второго порядка (рис. 13.5). Этот момент важно отметать прежде Всего в связи с особенностями подобных следящих систем.

Функциональная схема системы представлена на рис. 13.6.

Создаваемый функциональными генераторами сигнал рассогласования используется для изменения содержимого счетчика PC. Сигнал рассогласования постоянного тока образуется после демодуляции и сглаживания. Его полярность положительна, если 6 больше Ф, и отрицательна, если в меньше Ф. Выходной сигнал демодулятора ДМ подается на счетчик PC и определяет направление счета — на суммирование (0>Ф) либо на вычитание (0<Ф). Сигнал рассогла­сования постоянного тока подается на интегратор, формирующий напряжение, пропорциональное интегралу по времени от Оно поступает наПНЧ, частота-импульсов иа выходе которого прямо пропорциональна В счетчике эти; импульсы суммируются или вычитаются до тех пор, пока сигнал рассогласова­ния не снизится до нуля, когда 0=Ф. При постоянном рассогласовании частота импульсов растет, поскольку интеграл от сигнала рассогласования по времени возрастает.

Рассмотрим случай вращения ротора, СКВТ с постоянной угловой скоростью. При любом рассогласовании (0—Ф) в системе значение растет со временем. Это происходит до тех пор, пока частота импульсов не станет достаточной для: поддержания изменений Ф практически равными изменениям 6. При этом ско­рость кодирования вращения сохраняется постоянной. Таким образом, цифровой эквивалент Ф на выходе будет повторять входной сигнал 0. При этом скорость изменения 0 не должна превышать эквивалентной максимально возможной для ПНЧ частоты следования импульсов.

Погрешности возрастают в периоды ускорений и замедлений — при пусках,, остановках и изменениях скорости. Минимальное время, за которое система мо­жет начать вырабатывать точный выходной сигнал при максимальной позицион­ной погрешности 180°, также определяется частотой на выходе ПНЧ.

Введение фазочувствительного демодулятора позволяет уменьшить влияние квадратурных составляющих выходного сигнала сельсина или СКВТ. Эти состав­ляющие заметно возрастают при вращении ротора, поскольку в этом случае электромашинный преобразователь функционирует как генератор. Тогда уровень-квадратурных составляющих при больших скоростях вращения может оказать­ся опасно высоким по сравнению с напряжениями полезных сигналов. Следова­тельно, в точных высокоскоростных системах влияние квадратурных сигналов нужно снижать. Этого можно достичь тщательной отработкой схемы демоду­лятора.

Влияние отдельных составляющих на показатель ЦПУ рассмотрим на при­мере преобразователя [64], параметры которого соответствуют современным требованиям к устройствам этого класса [39].

Система автоматического регулирования (САР) — наиболее важная часть-преобразователя. Применение в ней высококачественного функционального пре-образователя на основе управляющего трансформатора дало возможность по-лучнть более плавную и точную выходную реакцию. Как видно из рис 13.7,-система регулирования преобразователя [64] подобна применяемым в других следящих преобразователях. Выходом системы является цифровой эквивалент угла Ф, содержащийся в реверсивном счетчике. Информация об угле 8 сель-сина или СКВТ заключена в двух составляющих: sin 0 cos wt и cos 0 cos wt.

В узле суммирования основного контура регулирования находится управ­ляющий трансформатор, сигнал с выхода которого может быть выражен как sin (0—Ф)cos wt. Сигнал рассогласования sin(0—Ф), модулированный опорной (есущей cos wt, характеризует разность между цифровым эквивалентом угла Ф

в счетчике и измеряемым углом 8. В точке В схемы несущая удалена демодулятором.

Главный контур регулирования содержит два последовательно включенных каскада интегрирования: аналоговый интегратор и следующий за ним цифро­вой. Преобразователь напряжение—частота генерирует импульсы, частота ко­торых пропорциональна напряжению в точке А, и каждый импульс изменяет содержимое счетчика на единицу младшего (по весу) разряда МБР. Поскольку цифровой угол равен произведению частоты на время, он является интегралом напряжения в точке А. Из-за наличия в контуре двух интеграторов СДР является системой с астатизмом второго порядка.

Характеристики такой системы, касающиеся точности регулирования, могут быть получены в результате анализа основного уравнения системы. Уравне­ние может быть выведено при рассмотрении поведения напряжения в точке В (рис. 13.7). Выходное напряжение демодулятора в точке В — коэффициент пропорциональности. Это уравнение описывает динамическое поведение системы. Так, если выходная реакция постоянна, то Ф= Выходной угол поэтому равен входному. Если постоянна скорость изменения выходного угла Это означает, что угол отслеживается без отставания. В установившемся состоянии ско­рость изменения угла на входе равна скорости на выходе, если не превышена максимальная рабочая частота ПИЧ.

Если постоянно ускорение изменения на входе, то

Дифференцирование показывает, что Таким образом, скорость и ускорение изменений на выходе равны скорости и ускорению на входе. Кроме того, наблюдается конечное отставание 8 относительно Ф. При не-больших ускорениях, когда отставание равно

Переходная характеристика системы регулирования показана на рис. 13.8. За исключением отставания или опережения в интервалы времени с ускоре­нием выходная реакция всегда равна входному воздействию. САР должна быть устойчивой и обеспечивать оптимальный переходный процесс на выходе при эа-данных входных воздействиях.

Для количественной оценки того, насколько быстро ЦПУ может отслежи­вать угловую скорость, вводится понятие динамической точности [57]. В сле­дящем преобразователе она определяется константой скорости показыва-

ющей, насколько выход преобразова­теля должен запаздывать относи­тельно его входа для того, чтобы генерируемое напряжение рассогла­сования было достаточно больший и могло восприниматься суммирующим усилителем. Константа скорости определяется отношениемгде —угол запаздывания в в —угловая скорость вала. В связи с тем, что в современных следящих ЦПУ можно получить достигающие

даже для высоких 6 точность преобразова­теля в основном зависит от точности ФЦАП и переходных характеристик си­стемы.

Большинство современных одноотсчетных следящих преобразователей име­ют погрешность на уровне 12-го разряда, т. е. Половина этого значения приходится обычно на управляющий трансформатор или другой ФЦАП. Не­значительное влияние на точность оказывает смещение второго интегратора. Квадратурные составляющие сигнала первичного датчика необходимо тщатель­но фильтровать. При малых квадратурных напряжениях можно не предусмат­ривать в демодуляторе компенсации опережения по фазе, составляющего обычно 5° в выходных сигналах первичного датчика. Переходный процесс ЦПУ должен быть свободен от автоколебаний.

Устойчивость сохраняется, если дифференциальная нелинейность и уровень шума после фильтрации достаточно малы по сравнению с гистерезисом (зоной нечувствительности) в контуре обратной связи формирования сигнала рассо­гласования. Чтобы гистерезис не оказывал существенного влияния на устой­чивость и точность САР, его величина должна быть меньше половины суммар­ной погрешности. Гистерезис выявителя рассогласования. ЦПУ [64] составляет т.е, МБР, а его дифференциальная нелинейность МВР.

При сопряжении отсчетной части с первичным преобразователем через транс­форматор Скотта появляется дополнительная погрешность[86].