14.1. Ограничения по чувствительности и точности

На основе рассмотренных в гл. 12 построений ФЦАП могут быть реали-вованы выявители рассогласования следящих ЦПУ. Схема одного варианта такого ЦПУ представлена на рис. 14.1 {65].

СКВТ, ротор которого повернут на определенный угол 8, вырабатывает на статорных обмотках два напряжения, амплитуда которых пропорциональна

синусу и косинусу угла поворота ротора: Преобразователь ПНЧ управляет ре-версивным счетчиком PC, в результате чего в последнем оказывается записан­ным двоичное слово, цифровое значение которого пропорционально углу пово­рота ротора 9. Счетчик PC содержит логические цепи синусно-косинусного пре-образования, вырабатывающие на своих выходах двоичные слова, пропорцио­нальные соответственно синусу и косинусу угла, представленного в цифровом коде на третьем выходе PC.

Эти цифровые значения синуса и косинуса преобразуются умножающими преобразователями УЦАП1 и УЦАП2 в аналоговую форму; выходные напря­жения обоих преобразователей алгебраически суммируются в дифференциаль­ном усилителе ДУ.

В аналоговом умножителе (демодуляторе) АУ результирующий разностный сигнал перемножается с исходным опорным сигналом, в результате чего, как явствует из простых тригонометрических преобразований, вырабатывается напря­жение постоянного тока, пропорциональное разности (0—Ф). Эта постоянная составляющая сигнала рассогласования выделяется фильтром нижних частот ФНЧ и подается на ПНЧ, с тем чтобы в конечном итоге свести сигнал рас-согласования к нулю. Когда это достигается, колебания на выходе ПНЧ пре­кращаются; при этом цифровое значение двоичного числа на выходе PC в точ­ности соответствует углу поворота ротора СКВТ.

Анализ имеющихся сведений о принципах построения в структурах ЦПУ различных типов позволяет утверждать, что в подавляющем большинстве со­временные зарубежные преобразователи с СКВТ построены как системы угол — амплитуда — код следящего типа с внешней по отношению к датчику петлей обратной связи [39].

К положительным свойствам такого принципа построения преобразователей, обеспечивающих им преимущественное распространение, следует отнести прежде всего возможность использования для всех, кроме трансформаторов, элементов структуры ЦПУ универсальных интегральных схем. В ЦПУ применяются рези-стивные функциональные цифро-аналоговые преобразователи для синусного я косинусного преобразования, аналоговые умножители для синхронного детек­тирования, операционные усилителя, активные фильтры, генераторы, управляе­мые напряжением, счетчики, регистры, триггеры Шмидта, логические инте­гральные схемы. Следствием этого является высокий уровень надежности, тех­нических и эксплуатационных характеристик ЦПУ. Кроме того, сам принцип обеспечивает необходимую точность преобразования в относительно слабой за­висимости от характеристик входного н опорного сигналов, в связи с чеы не требуется специального прецизионного источника.

Существенным достоинством построения следящего ЦПУ с синусно-коси-нусным ФЦАП является то, что без усложнения отсчетноЙ части могут быть получены при соответствующем построении не только коды угла, но и вдгфрв-вые эквиваленты составляющих, т.е. коды

Это, естественно, не означает, что следует во всех применениях использо­вать эту структуру в неизменном виде. Анализ структуры (рис. 14.1) позво­ляет выявить и ее ограничения.

Недостатком этой структуры построения является невысокая чувствитель­ность при 0=Ф, т, е. вблизи точки соответствия цифрового эквивалента Ф преобразуемому углу 0. Низкая чувствительность снижает точность всего уст-ройства.

С целью устранения этого недо­ татка предложено построение [а. с, 624254 СССР], функциональная схе­ма которого представлена на рис. 14.2.

Преобразователь работает сле­дующий образом.

Генератор опорного напряжения ГОН вырабатывает за время на­пряжение круговой частотыНа выходах синусного и косинусного каналов СКДУ выделяются соответ­ствующие сигналы равные

На выходе операционных усилителей ОУ1 в ОУ2 соответственно выделяют­ся сигналыопределяемые выражениями

где—коэффициент усиления усилителейОУ1 и ОУ2. При по-

лучаются выражения

Для формирования сигнала рассогласованияуказанные напряжения вы-чатают друг из друга с помощью суммирующего усилителяОУ в соответствии с выражением

В аналоговом умножителе АУ сигнал рассогласования перемножаетсяс опорным напряженней в результате чего на выходе фильтра низких

частот ФНЧ выделяется, постоянная составляющая, сигнала ошибкиравная

Постоянная составляющая сигнала ошибки подается на ПНЧ и на дискри­минатор направления счета ДИС, чтобы в конечном итоге свести сигнал рас­согласования к нулю. Когда это достигается, цифровое значение угла от­работки Ф на выходе реверсивного счетчика PC соответствует углу поворота 9 вала.

При этомн, как видно из выражение.

При секторном режиме работы СКДУ использование предлагаемого преоб­разователя более эффективно, особенно при малых значениях углов сектора.

Так, например, при чувствительность предлагаемого устройства более

чем в 10 раз превосходит чувствительность ЦПУ по схеме ряс. 14.1.

Это обеспечивает при одинаковой пороге срабатывания дискриминатора ДНС уменьшение дискретности преобразования угла Ф, т. е. увеличение коли­чества разрядов PC, что соответственно увеличивает точность преобразовании угла поворота вала.

Следует ответить, что практическое выполнение определителя рассогласо­вания ЦПУ на основе синусно-косвнусного функционального цифро-аналогового преобразователя ФЦАП имеет ограниченную точность, зависящую от неиден-тичностн характеристик ФЦАП.

Зависимость точности ЦПУ от погрешности ФЦАП можно определить сле-дующим образом.

В рассматриваемой схеме (рис. 14.2) ФЦАП по существу являются умно­жителями гибридного типа, формирующими выходной аналоговый сигнал, рав­ный произведению входного аналогового сигнала на функцию цифрового сиг­нала.

Цифровой входной сигнал соответствует углу Ф. В умножнтя.тг функциям этого угла являются Выходные сигналы отдельных функцио-

нальных генераторов ФГ ФЦАП имеют вид

Оба выходных сигнала подаются затем на дифференциальный усилитель, формирующий сигнал рассогласования

представляющий собой переменное напряжение несущей частоты, амплитуда которого в любой момент пропорциональна синусу от разности между угловым положением вала 6 и цифровым эквивалентом кода угла Ф на выходе [65].

Погрешность цифро-аналоговых преобразователей зависит от многих со-ставляющих, основными из которых являются погрешности резистивного дели­теля напряжения и погрешности, возникающие из-за неидеальности ключй [26] В результате на выходе ФЦАП возникает погрешность выходного на­пряжения или, иначе, погрешность формирования напряжения рассогла­сования

где—погрешностьФЦАП1;—погрешность ФЦАП2.

Выполняя дифференцирование, получаем где

— входное напряжение ФЦАП1; —вход­ное напряжение ФЦАП2.

Если принять, что погрешности ФЦАП1 и ФЦАП2 равныто погреш­ности напряжения рассогласования Это в свою очередь вызывает погрешность кодана выходе преобразователя

где — коэффициент передачи, равный произведению коэффициента усиленияДУ и коэффициента, определяющего крутизну выходного напряжения СКВТ. Максимальное значение погрешности

при цифровом значении кода Ф, эквивалентном

Одним из путей уменьшения этой погрешности является переход на усеченный

алгоритм формирования напряжения рассгласования с использованием

тангенсного ФЦАП.