13.4. Выбор основных параметров одноотсчетного следящего преобразователя с сквт

Выбор таких основных параметров ЦПУ, как информационная емкость, разрешающая способность, максимальные скорость н ускорение угла поворота первичного датчика, во многом определяются информационными особенностями СКВТ. Необходимо учитывать погрешности СКВТ, вызванные несовершенством конкретной электрической машины, и динамические погрешности, возникающее при вращении ротора.

К первой группе можно отнести следующие погрешности СКВТ [48, 56]: относительную амплитудную ошибку и асимметрию нулевых точек, относи­тельную разницу коэффициентов передачи обмоток, остаточную ЭДС и ЭДС квадратурной обмотки.

Первые три составляющие определяют инструментальную точность ПЦУ. Наводимые ЭДС равносильны помехам, действующим на входе преобразо­вателя, и при соответствующем выборе параметров ЦПУ могут быть ослаблены его отсчетной частью. При вращении ротора в его обмотках наводится ЭДС вращения, которая воспринимается преобразователем также как входная по-меха. Степень подавления помех, которые воздействуют на вход преобразова­теля аналогично квадратурным составляющим сигнала рассогласования, оказы­вает существенное влияние на точность преобразования.

ЭДС квадратурной обмотки может быть минимизирована при первичном и вторичном симметрировании СКВТ. В этом случае ее влияние становится целее ощутимым по сравнению с остаточной ЭДС н ЭДС вращения и может не учитываться. Остаточная ЭДС в нулевых точках содержит как синфазную составляющую, совпадающую по фазе с опорным напряжением СКВТ, так в квадратурную составляющую, мало зависящую от угла поворота ротора. ЭДС вращения также является квадратурной, она зависит от частоты вращения сквт.

В установившемся режиме слежения ЦПУ, когда код угла Ф близок к циф­ровому эквиваленту угла 0, на выходе выявителя рассогласованности останутся нескомпенсированные квадратурные составляющие ошибки, вызванные остаточ­ной ЭДС и ЭДС вращения. Их максимальное значение имеет место на граняцах октантов. С учетом этого нескомпенсированное напряжение ошибки

где — коэффициент передачи дифференциального усилителя;—амплиту­да выходного напряжения СКВТ;—относительная величина остаточной ЭДС; — частота вращения ротора СКВТ;—синхронная частота вращения; р — число, пар полюсов СКВТ; — фазовый сдвиг выходного напряженияСКВТ;—частота опорного напряжения СКВТ.

Выражение (13.1) справедливо для СКВТ с идентичными обмотками (от­сутствует разница в коэффициентах трансформации синусной и косинусной об­моток), нагруженными на отсчетную часть с высоким входным сопротивлением и с первичным и вторичным симметрированием датчика. Первое допущение справедливо для СКВТ высокого класса точности [48], а выполнение осталь­ных условий не вызывает практических трудностей [56].

С выхода выявителя рассогласования сигнал ошибки поступает на вход фазочувствительного выпрямителя ФЧВ, который выделяет огибающую на­пряжения ошибки. Коэффициент передачи ФЧВ определяется двухполупериод­ной переключательной функцией

С учетом (13,1) и (13.2) нескомпенсированное напряжение ошибки

Амплитуды гармоник и значений постоянной составляющей можно найти, раскладываяв ряд Фурье:

Для выделения постоянной составляющей напряжения ошибки в подавле­ния гармоник на выходе ФЧВ включаются фильтры, к которым предъявляют­ся повышенные требования в отношении сглаживания на высоких частотах. После фильтров обычно включаются корректирующие звенья, формирующие соответствующую ЛАХ и обеспечивающие устойчивость преобразователя как электронной следящей системы с требуемыми динамическими свойствами. За­дача выбора фильтра для подавления гармоник несущей частоты и получение заданных динамических характеристик преобразователя оказываются противо­речивыми. Гармоники несущей частоты на выходе ФЧВ вызывают ухудшение динамических свойств ЦПУ и приводят к дополнительным ошибкам при пре­образовании угла. Аналогичным образом проявляется действие постоянной со­ставляющей некомпенсированного напряжения ошибки.

Оценить влияние постоянной и гармонических составляющих в напряже­нии рассогласования на точность преобразования можно, воспользовавшись мо­делью преобразователя как системы с астатизмом второго порядка, без кванто-

вания по времени и по уровню. Последнее допустимо [74], поскольку реальное число разрядова частота квантования высока. Нескомпенсированное

напряжение ошибки представляется в виде помехи, действующей на входе от­счетной части ЦПУ (рис. 13.11). Ошибка преобразователя от напряжения по­мехи

где К—коэффициент передачи измерительной части ЦПУ, равный произведе­нию крутизныСКВТ, коэффициента усиления , выявителя рассогласования и коэффициента передача ФЧВ; — передаточная функция отсчетной

части преобразователя, включающей корректирующее звено, ПНЧ и реверснв-ный счетчик:

— коэффициент передачи отсчетной части ЦПУ. Поскольку наибольшее влияние оказывают постоянная составляющая и вторая гармоника напряжения помехи, то, найдя модуль передаточной функции ЦПУ для нулевой частоты и второй гармоники частоты опорного напряжения СКВТ, получим максимальное значение ошибки на выходе преобразователя:

Учитывая, что произведение коэффициентов есть не что иное, как добротность ЦПУ по ускорению

можно переписать (13.7) в виде

Таким образом, максимальная ошибка преобразователя от квадратурных составляющих определяется следующими параметрами, которые задаются пас­портными данными СКВТ и требованиями к ЦПУ: а) ЭДС в нулевых точках или остаточной ЭДС СКВТ, т. е. классом его точности; б) частотой вра­щения ротора СКВТ, максимальное значение которой определяется скоро­стью входных воздействий и ограничена максимальной скоростью по паспорту;

в) углом сдвига фазы выходного напряжения СКВТ относительно опорного, который оговаривается в паспортных данных и может быть скомпенсирован;

г) степенью подавления гармонических составляющих напряжения помехи, т.е. величиной которая характеризует динамические свойства ЦПУ.

Требуемую добротность преобразователя по ускорению можно опреде­лить, ограничив значение максимальной ошибки от напряжения помехи на уровне половины младшего разряда ЦПУ, имеющего разрешающую способность разрядов. Это согласуется с показателями зарубежных следящих ЦПУ [39], где обычно гарантируется общая погрешность преобразователя на уровне 1— 3 единиц МВР цифрового эквивалента угла Ф.

Большее значение относится к высокоточным преобразователям, имеющим разрешающую способность на уровне 14—18 разрядов и допустимую частоту вращения СКВТ до 10 рад/с. Меньшее значение погрешности распространяет­ся на высокоскоростные преобразователи, имеющие разрешающую способность на уровне 10—13 разрядов и допустимую частоту вращения до 200 рад/с при стандартной частоте запитки СКВТ 400 Гц.

Задав погрешность на уровнегде m — относительная допустимая максимальная погрешность, можно из (13.9) определить максимальные значения в зависимости от заданной частоты вращения, класса точности СКВТ и фазового сдвига:

Поскольку выражение в квадратных скобках (13.10) должно быть боль­ше нуля, можно определить максимальное число разрядов преобразова­теля:

По выражению (13.11) построены для различных зависимости (рис. 13.12, 13.13), которыми можно воспользоваться на начальном этапе проектирования

для оценки информационной возможности отсчетной части. Графики приведены а двух диапазонахнизкоскоростном (рис. 13.12) и высокоскоростном (рис. 13.13). Такое разделение в определенной мере отражает и точностные возможности следящих преобразователей.

Зная максимальную добротность преобразователя можно определить

[74] параметры корректирующего устройства:

где М — показатель колебательности, обычно

Таким образом, ограничения, накладываемые на следящий преобразова­тель первичным датчиком, во многом определяют его точностные характе­ристики—как статические, так и динамические. Инженерные методы проекти­рования следящих ЦПУ должны вестись с учетом этого обстоятельства, а ин­формационная емкость преобразователя должна выбираться в соответствии с до­пустимыми динамической и статической погрешностями при приемлемых аппа­ратных затратах.

ГЛАВА ЧЕТЫРНАДЦАТАЯ СЛЕДЯЩИЕ ЦПП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЦАП