2.6. Электромеханические блоки.

Электромеханическими блоками комплектуются средние и большие аналоговые машины для выполнения нелинейных преобразований сигналов. Их основные достоинства состоят в высокой статической точности и стабильности результатов при выполнении функционального преобразования или операции умножения - деления переменных. Существенный недостаток электромеханических устройств состоит в использовании контактных устройств и ограничении скорости изменения сигналов, преобразуемых в механическое перемещение.

О сновным узлом электромеханического блока является следящая система, преобразующая входной электрический сигнал в механическое перемещение (вращательное или поступательное). Нагрузкой следящей системы являются один или несколько потенциометров. Схема выполнения операции умножения с помощью электромеханического блока показана на рис. 2.17. Следящая система состоит из исполнительного двигателя (ИД), усилительного устройства (УУ) и потенциометра обратной связи ( П_ОС ). Для того, чтобы напряжение, снимаемое с потенциометра, могло изменяться в пределах заданного диапазона напряжений, например 100 В, его средняя нулевая точка соединяется с общим

Рис. 2.17

Рис. 2.18

проводом ("землей" схемы), а к концам потенциометра подводятся напряжения + 100 В и - 100 В относительно общего провода. Следящая система обеспечивает преобразование входного сигнала U_X в угол поворота  выходного вала, т.е. =K₁U_X , где K₁ - масштабный коэффициент.

Выходной вал следящей системы, на котором установлен потенциометр, механически связан с движками потенциометров (на схеме показан лишь один потенциометр П_i ).

Каждый потенциометр также имеет среднюю нулевую точку. На выводы потенциометров подаются напряжения +U_yi и U_yi, соответствующие сомножителю U_yi. Напряжение, снимаемое с движка потенциометра, U_ВЫХ=_iU_yi, где _i - коэффициент передачи потенциометра, который пропорционален углу поворота выходного вала следящей системы. _i = K₂, где K₂ - коэффициент передачи между валом следящей системы и движком потенциометра.

Таким образом, сомножители связаны с выходным сигналом соотношением U_ВЫХ = KU_xU_yi, где K=K₁K₂  масштабный коэффициент.

В множительных блоках при изменении сигнала 100 В масштабный коэффициент равен 0,01 (при ± 10 В равен 0,1).

При выполнении операции деления с помощью электромеханического блока используется схема, показанная на рис. 2.18. Здесь следящая система преобразует в угол поворота напряжение сигнала делителя U_y. Потенциометр, установленный на выходном валу следящей системы, включен в цепь обратной связи операционного усилителя I. Схема выполнения операции деления аналогична схеме рас.2.14.

В суммирующей точке усилителя I происходит уравновешивание токов входной цепи и цепи обратной связи, т.е.

(U - напряжение, снимаемое с потенциометра), U=U_ВЫХ, где  коэффициент передачи потенциометра, пропорциональный углу поворота движка  = K₂. Движок потенциометра приводится в движение следящей системой, преобразующей сигнал U_y в угол поворота =K₁U_y. Таким образом, U_x =K₁K₂U_yU_ВЫХ, откуда

где K=1/(K₁K₂)

При использовании электромеханических блоков для умножения и деления переменные частотные ограничения накладываются только на сигнал, преобразуемый в угол поворота. Другая переменная не имеет дополнительных частотных ограничений.

Электромеханические блоки применяются и для воспроизведения функциональных зависимостей. Для тригонометрических зависимостей типа синуса и косинуса используются специальные потенциометры, у которых конструктивно реализована синусная или косинусная зависимость между углом поворота потенциометра и выходным напряжением.

Установив такой потенциометр на выходе следящей системы в качестве П_i (рис. 2.17 ), можно обеспечить синусную или косинусную зависимость между напряжениями U_ВЫХi=AsinKU_x или U_ВЫХi=AcosKU_x где K - масштабный коэффициент аргумента. Амплитуда функции А определяется напряжением U_y, подводимым к потенциометру П_i.

В тех случаях, когда требуется получить заданные функциональные зависимости произвольного вида, на выходной вал следящей системы устанавливают секционированный потенциометр. К каждому отводу потенциометра подключен подстроечный резистор, на второй конец которого может быть подано опорное напряжение или входной сигнал. Изменяя величины сопротивления подстроечных резисторов, можно обеспечить воспроизведение заданной нелинейной зависимости.