13.3 Особенности динамики следящих цпп

При изменении входного угла 9 переходный процесс системы характери­зуется плавными переходами во всех точках, не имеет перерегулирования, выбросов и автоколебаний. С этой точки зрения самым важным узлом является функциональный генератор, так как именно в нем возникают переходные про­цессы и вероятней всего могут возникнуть выбросы.

Перерегулирование в системе отсутствует, если дифференциальная нели­нейность мала и гистерезис незначителен. Плавность изменения направления зависит от того, насколько плавно происходят переходы от отрицательных к по­ложительным напряжениям в контуре, содержащем функциональный генератор» первый интегратор и ПНЧ.

При разработке системы регулирования качество функционального гене­ратора является определяющим. Показатели САР определяются методической

погрешностью используемого алгоритма и погрешностями компонентов. Совер­шенный алгоритм не только дает пренебрежимо малые математические погреш­ности, связанные с аппроксимацией тригонометрических функций, но также легко реализуем. При наличии хорошего функционального генератора общая точность снижается главным образом из-за погрешности элементов.

Функциональный генератор преобразователя [64] удовлетворяет всем рас­смотренный требованиям я имеет следующие особенности:

1. зависимость точности от отношений параметров; погрешность при этом снижена до уровня относительных погрешностей синусного и косинусного ка­ налов отсчетной части;

2. незначительную математическую погрешность, при которой на первый план выдвигаются погрешности отношений сопротивлений прецизионных тонко- пленочных резисторов;

3. алгоритм с кодом Грэя в I—5-м в старших по весу разрядах (СВР), благодаря чему на погрешность в старших разрядах практически не влияет точность функционального генератора, так что при изменении в любом из пяти старших разрядов его выходной сигнал, пропорциональный изме­няется на величину, равную МБР;

4. алгоритм с кодом Грэя, снижающий уровень шумов переключения и устраняющий автоколебания. В системах на переменном токе, как известно, имеются два источника шума переключения: высокочастотные выбросы, связан­ ные с работой ключей, и скачки в уровне постоянного тока, возникающие обыч­ но в основных точках переключения, например квадрантных, когда усиление в цепях синусно-косинусных сигналов меняет знак или когда синусно-косинус- ные сигналы меняются местами при переключении операционных усилителей. Хотя цепи постоянного тока разделены конденсаторами связи и не являются сами по себе источниками помех, скачок в уровне сигнала мгновенно пере­ дается через конденсатор и может вызвать автоколебания. Функциональный генератор, работающий в коде Грэя, применен для устранения скачков в уров­не, так что в ЦПУ принципиально исключены автоколебания.

Рассмотрев реакцию отсчетной части ЦПУ на входные воздействия различ­ных типов, можно коротко обобщить существенные характеристики этих си­стем: а) если входной сигнал стационарен, выходной Ф совпадает с В; б) еслв изменение положения вала осуществляется с установившейся угловой скоро­стью, то выходной сигнал также изменяется аналогичным образом. В любой момент сигналы входа и выхода одинаковы (Ф и 0 идентичны); в) если на входе возникает ускорение, т, е. изменяется скорость, то ускорение на выходе будет таким же. Однако в любой момент будет существовать отставание уг­ла Ф относительно угла в. Нулевая погрешность по скорости—характерная особенность следящих преобразователей подобного типа. Большинство других систем подобной нулевой погрешностью по скорости не обладает.

. Наивысшие скорости слежения, т. е. скорости, при которых высокая точ­ность сохраняется, при 14-разрядной разрешающей способности уогут достигать 240 об/мин. В общем случае в преобразователях с меньшей разрешающей способностью возможны и большие скорости слежения. Более низкие макси­мальные скорости характерны для устройств с повышенным разрешением. Такие преобразователи обеспечивают слежение при более высоких скоростях по срав­нению с циклическими преобразователями. Однако их реакция на ступенчатое входное воздействие оказывается более длительной. Из-за ограничения макси-

мальной частоты ПНЧ для точной отработки скачка угла на 180^е типичному следящему преобразователю требуется до 0,5 с, в то время как циклическому преобразователю (см. рис, 10.2) для отработки ступени 180^е требуется только 0,125 мс

Развитие техники БИС [61] позволяет снизить ограничения по предельной скорости входного воздействия для следящих ЦПУ за счет повышения макси­мальной частоты ПНЧ. Так, например, 14-разрядный ЦПУ (рис. 13.9) с ПНЧ на ВИС типа КР1108ПП1 обеспечивает преобразование угла со скоростью до 1500 об/мин. Динамические показатели ЦПУ при этом определяются свойства­ми последовательно включенных первичного преобразователя (сельсин или СКВТ) в отсчетной части.

Не останавливаясь подробно на влиянии первичного преобразователя, не­обходимо отметить, что средством снижения инерционности преобразования следует признать повышение частоты питания и обязательное выполнение усло­вий как первичного, так и вторичного симметрирования первичного преобразо­вателя.

Быстродействие отсчетной части в значительной мере определяется алго­ритмом отработки рассогласования. Алгоритм слежения с пропорциональным управлением является простым и получил наибольшее распространение в со­временных амплитудных ЦПУ [3, 39].

Однако такой алгоритм обладает существенным недостатком: система сле­жения имеет значительное время переходного процесса, т. е. время установле­ния выходного значения кода Ф при ступенчатом изменении угла в на входе системы, что ограничивает применение следящего ЦПУ для преобразования ступенчатых и быстроменяющихся входных воздействий. Это ограничение объ­ясняется принципом построения отсчетной части преобразователя, являющегося замкнутой электронной следящей системой с ограниченной полосой пропускания. Время установления такой системы определяется частотой среза ее лога­рифмической амплитудой характеристики (ЛАХ).

На рис. 13.10 представлены структурная схема и пример построения ЛАХ для линеаризованной модели преобразователя по рис. 13.9. На рис. 13.10 при-

няты следующие обозначения:

—постоянные времени;

—коэффициенты передачи;— частота.

Частота среза будет определяться фильтром нижних частот, характе­ристики которого определяются степенью подавления гармоник напряжения несущей частоты в выходном сигнале фазочувствительного выпрямителя (демо­дулятора). В соответствии с рис. 13.10 тогда время установления переходного процесса определяется как [74]. Для установившейся 5%-ной ошибки это время равно 0,068 с и увеличивается на порядок для установившейся ошибки, не превышающей величины МБР выходного кода Ф преобразователя.