Лекция 6

План лекции:

1. Динамические характеристики системы усилитель – исполнительный двигатель.

1.Динамические характеристики системы усилитель – исполнительный двигатель

Физические процес­сы, происходящие в системе У — ИД, в линейном приближении могут быть описаны следующей системой дифференциальных уравнений:

;

;

(6.1)

;

Рис. 6.1

После преобразования системы (6.1) по Лапласу при нулевых начальных условиях можно изобразить структурную схему системы У - ИД (см. рис. 6.1). Преобразуя структурную схему, получим передаточную функцию системы У - ИД в следующем виде:

(6.2)

где к₀ = - коэффициент передачи системы У-ИД;

- механическая постоянная времени следящего привода;

- электромагнитная постоянная времени ИД с учетом влияния сопротивления выходной цепи транзисторного усилителя мощности.

Соотношения для Т_м и Т_я показывают, что выходное сопротивление этого усилителя увеличивает значение Т_м и умень­шает Т_я, причем при k_ос = 0 и r`_к/R_дв  постоянные времени Т_м , а Т_я 0, так как усилитель мощности в этом случае работает как усилитель тока i_я = S_du_вх

Переходные процессы в системе У — ИД при параметрическом управлении ИД и ступенчатом изменении воздействия и_вх существенно зависят от значений и_вх, к_ос и М_снс. Если механическая характеристика для U_BX = U_BXo от точки, соответствующей начальным условиям (точка А на рис. 6.2), до точки, соответствующей установившемуся состоянию ИД после окончания переходного процесса (точка С), сос­тоит из отрезков двух прямых, то необходимо составлять и решать два дифференциальных уравнения, каждое из которых соответствует своему отрезку прямой.

Рассмотрим переходные процессы системы У - ИД при u_вх = U_вх0 1 (t), _с (0) = 0. приняв для простоты Т_я = 0.

Рис. 6.2

1. Коэффициент обратной связи k_oc = 0. Тогда дифференциальные уравнения системы У — ИД принимают вид

при 0  t  t₁,

при t  t₁.

Очевидно, что в интервале времени (0, t₁) переходный процесс будет прямолинейным, если М_снс = const. В интервале (t₁, ) переходный процесс будет экспоненциальным (см. рис. 6.2, а) с постоянной времени T_мдв.

2. Коэффициент обратной связи k_oc  0. В этом случае дифференциальные уравнения движения системы У — ИД имеют вид

при 0  t  t₁,

при t  t₁.

Переходный процесс теперь состоит из отрезков двух экспонент с постоянными времени Т_м и Т_мдв (см. рис. 6.2, б).

3. Коэффициент обратной связи k_{o c} >> . Тогда механические характеристики параллельны предельной; переходный процесс системы будет экспоненциальным с постоянной времени Т_м.дв (см. рис. 6.2, в) и будет соответствовать дифференциальному уравнению.

Лекция 7

План лекции:

1. Импульсное управление исполнительного двигателя.

2 .Статические характеристики системы импульсный усилитель—исполнительный двигатель.

3. Динамические свойства системы импульсный усилитель—исполнительный двигатель

1. Импульсное управление исполнительного двигателя

Особенности импульсного управления ИД. Широкое применение следящих приводов с импульсным регулированием угловой скорости ИД объясняется высокой надежностью и высоким коэффициентом полезного действия полупроводниковых усилителей, работающих в режиме переключения.

Сущность импульсного управления угловой скоростью ИД состоит в регулировании среднего значения напряжения на обмотке якоре ИД путем изменения соотношения времени включенного (режим насыще­ния) и отключенного (режим отсечки) состояний транзисторов выход­ного каскада усилителя мощности. Конечно, импульсный характер на­пряжения на обмотке якоря ИД приводит к пульсации электрического тока в обмотке якоря ИД, а следовательно, к пульсации вращающего момента ИД, т.е. к пульсации угловой скорости якоря ИД в интерва­ле времени периода импульсного напряжения на обмотке якоря, Оче­видно, что размах колебаний угловой скорости зависит от частоты следования импульсов, Чем выше частота переключений транзисторов, тем меньше колебания угловой скорости при прочих равных условиях, Следовательно, для получения высококачественных следящих приводов необходимы быстродействующие переключатели.

Для реверсивного управления ИД при одном источнике питания постоянного тока используются мостовые схемы выходных каскадов импульсных усилителей (ИУ) мощности. Для обеспечения хороших ре­гулировочных свойств системы ИУ - ИД нужно так коммутировать транзисторы мостовой схемы, чтобы выходное сопротивление усили­теля во всех временных интервалах было бы приблизительно посто­янным и близким к нулю. Всякое отступление от этого условия при­водит к появлению нелинейности статических характеристик систе­мы ИУ - ИД.

На практике наибольшее применение получили два метода комму­тации транзисторов мостовой схемы:

метод симметричной коммутации, при котором напряжение на обмотке якоря ИД имеет вид прямоугольных разнополярных им­ пульсов (рис. 8.1,а);

метод несимметричной коммутации, при котором напряжение на обмотке якоря ИД имеет форму однополярных прямоугольных импульсов (рис. 8.1,б).

Рис. 8.1

Мостовая схема усилителя мощности на транзисторах, работающих в режиме пере­ключений, имеет вид, показанный на рис. 8.2, а. На рис. 8.2, б показан ее аналог с механическими ключами. При симметричной коммутации ключи, находящиеся в разных диагоналях, переключаются в противофазе, т.е. если замкнуты ключи К2 и КЗ, то разом­кнуты К1 и К4, и наоборот. Таким образом, полярность напряжения на ИД при замкну­тых ключах К2 и КЗ одна, а при замкнутых ключах К1 и К4 - другая. При одинаковом времени включения К1, К4 и К2, КЗ среднее напряжение на якоре ИД равно нулю, а так — как ключи переключаются с высокой часто­той, то якорь ИД вследствие своей инерции практически неподвижен. Изменяя относительное время замкнутого состояния ключей в противо­положных диагоналях моста, можно изменять величину и знак среднего значения напряжения, приложенного к ИД, т.е. изменять величину и на­правление угловой скорости его вращения.

При несимметричной коммутации и вращении ИД в какую-либо сторону переключаются в противофазе ключи, расположенные в одной из стоек мостовой схемы (К1, К2 или КЗ, К4). При этом один из двух других ключей замкнут, а другой разомкнут Таким образом, напряже­ние на ИД, а следовательно, и его угловая скорость (при М_С.н.с⁼0) равны нулю, если замкнуты К1 и КЗ, а К2 и К4 разомкнуты. Обмотка якоря ИД в этом случае закорочена. При необходимости вращения якоря в какую-либо сторону одна пара ключей, расположенных, на­пример, в правой стойке (см. рис. 8.2), остается в том же состоянии, т.е. КЗ замкнут, а К4 разомкнут, а другая пара К1 и К2 начинает пере­ключаться так, что если один ключ замыкается, другой размыкается, и наоборот. Обмотка якоря ИД при этом в одном интервале времени оказывается подключенной к источнику напряжения U_a, а в другом — закороченной. Таким образом, к ИД прикладывается некоторое сред­нее напряжение. Пропорционально этому напряжению изменяется и величина его средней угловой скорости. Если коммутируются ключи КЗ и К4, то изменяется полярность напряжения на якоре ИД, а сле­довательно, изменяется и направление его вращения.

Рис. 27

Очевидно, что среднее—напряжение на обмотке якоря ИД при симметричной коммутации транзисторных ключей можно определить так:

где g =t_и/T — скважность (коэффициент заполнения) импульсов;

t_и — длительность импульса; T — период.

При несимметричной коммутации транзисторных ключей среднее напряжение на ИД

Для обеспечения требуемого закона коммутации транзисторов мостовой схемы соответствующим образом выполняется принципи­альная схема усилителя мощности в целом, а для преобразования не­прерывного сигнала управления, пропорционального углу рассогла­сования следящего привода, в импульсное напряжение используются модуляторы длительности импульсов.