3. Расчет усилителя мощности

У М состоит из моста с транзисторными ключами (рис. 2) и блока управления (рис.3). Выходным сигналом УМ является постоянная составляющая напряжения диагонали моста U_ум , а входным – напряжение предварительного усилителя U_пу .

Рис. 2. Мост с транзисторными ключами

Рис.3 Блок управления

Принимаем наибольшую относительную замкнутость ключей моста _m=0,9 и наибольшее значение напряжения предварительного усилителя U_{пу мах}=10 В.

Напряжение питания моста U₀ и максимальный ток коллекторов транзисторных ключей в режиме пуска I_{k мах}.

Транзисторы моста выбираем из условий:

U_{кэ доп.}>U₀ ; I_{к доп.}>I_{к мах} ; I_{ м} =I_{к мах}/<I_{фт. доп} ,

где: I_фт.доп=0,2А – допустимый ток фототранзистора оптопары типа АОТ11ОГ.

Выбираем транзистор КТ865А.

Таблица 3. Технические данные кремниевого p-n-p транзистора КТ865А

Тип	Uкэ , B	Iк  , A		Ркэ, Вт
КТ 865 А	200	10	40	100/1,5*

Напряжение выпрямителей цепей фототранзисторов равно U_b=10 B.

Добавочные сопротивления выбираем из условия:

r_y = U_b / I_{фт. доп}< r_у < U_b / I_{ мах}.

Тогда:

r_y = U_b / I_{фт. доп} = U_b / I_{ мах} = 50 Ом

Блок управления работает по вертикальному принципу. Мультивибратор МВ, настроенный на частоту f₀=400Гц, вырабатывает на вторичных обмотках напряжение в форме меандра.

Напряжение U_r поступает на вход интегратора, выполненного на операционном усилителе ОУ1. Опорное напряжение U_оп на выходе интегратора, имеющего пилообразную форму, сравнивается компаратором К1 с напряжением предварительного усилителя.

Широтно-модулированные импульсы подаются на светодиоды оптопары. Для обеспечения требуемого закона модуляции управляющих напряжений ключей моста применяется инвертирование. Опорное напряжение инвертируется инвертором на операционном усилителе ОУ2, а выходные сигналы компараторов логическими элементами «НЕ».

Период чередования импульсов напряжения на нагрузке равен полупериоду меандра Т_чи=1/(2^.f₀)=1,25^.10^-3с.

Выходные напряжения компараторов и логических элементов подаются на светодиоды оптопар ОП1-ОП4. Напряжения управления U_у1-U_у4, подводимые к транзисторам моста, повторяют в определенном масштабе форму импульсов на светодиодах U_д1-U_д4 и соответствуют состояниям проводимости транзисторных ключей моста.

Выбираем U_r = 10В и ёмкость интегратора С = 0,1 мкФ = 10^-7 Ф.

Амплитуда опорного напряжения равна U_r. Постоянная времени интегратора T_и=1/K_и=R^.C определяется из условия:

Тогда K_и = 1.6∙10³ с^-1

Постоянная времени интегратора: Т_и = 1/K_и = 6.25∙10^-4 с

Коэффициент усиления усилителя:

4. Расчет коэффициента усиления разомкнутой системы, электромеханической постоянной времени двигателя и запаса по фазе нестабилизированной системы.

Для системы с двигателем постоянного тока эта схема представлена на рис. 5. В неё входят измерительное устройство ИУ, демодулятор ДМ, предварительный усилитель ПУ, усилитель мощности УМ, двигатель ДВ, редуктор Р, нагрузка Н.

Рис. 1. Разомкнутая нестабилизированная система.

- постоянная времени двигателя;

- коэффициент усиления двигателя по напряжению;

- коэффициент усиления двигателя по моменту.

С труктурная схема ДПТ с учетом редуктора и нагрузки показана на рис.6.

Рис. 2. Структурная схема двигателя постоянного тока.

Передаточная функция разомкнутой системы с двигателем постоянного тока имеет вид:

, где

4.1. Режим равномерной заводки

В режиме равномерной заводки ошибка системы складывается из трех составляющих: ошибки измерителя рассогласования , статической ошибки и кинетической ошибки . Люфтом редуктора в расчетах пренебрегаем.

,

,

- ошибка сельсина-датчика,

- ошибка сельсина-приемника.

В установившемся режиме:

Таким образом, общий коэффициент усиления разомкнутой системы:

Максимально допустимая ошибка системы в режиме равномерной заводки равно:

Измеритель на сельсинах 1-го класса точности. Его ошибка будет равна:

Минимальный коэффициент усиления разомкнутой системы в этом случае:

K_1p > 115.297 ≈ 116

Для измерителя на сельсинах 2-ого класса имеем:

K_2p > 254.472 ≈ 255

Для измерителя на сельсинах 3-его класса точности имеем:

Ошибка измерительного устройства превышает допустимую ошибку системы в режиме равномерной заводки. Использование такого измерителя невозможно.

4.2 Режим синусной заводки

Динамическая ошибка системы определяется при отработке синусоидального воздействия с параметрами эквивалентной синусоиды , которые находятся из системы уравнений:

Найденные значения:

Динамическая ошибка меняется во времени по гармоническому закону с амплитудой . Поэтому в расчете амплитудное значение этой ошибки связано с параметрами эквивалентной синусоиды в виде:

Это соотношение определяет положение модуля частотной характеристики на частоте :

4.3 Построение ЛАЧХ нескорректированной системы

ЛАЧХ разомкнутой нескорректированной системы должна проходить выше контрольных точек, определяемых следующими соотношениями.

На единичной частоте (в зависимости от класса точности сельсина):

- для 1 класса точности.

- для 2 класса точности.

На частоте :

Сопрягающая частота:

Выберем в качестве измерительного устройства сельсин 1-го класса. В этом случае , примем .

ЛАЧХ и ЛФЧХ нескорректированной системы:

Рассчитаем частоту среза:

Определим запас по фазе:

Запас по фазе системы меньше требуемого, следовательно, необходима коррекция системы с помощью гибкой обратной связи.