Описание лабораторной установки. Лабораторная установка содержит (рис.1) двигатель (Д), подключенный к нагрузке через редуктор (Р), элементы коррекции

Лабораторная установка содержит (рис.1) двигатель (Д), подключенный к нагрузке через редуктор (Р), элементы коррекции, вольтметры и осциллограф (индикаторы на рисунке не показаны). Выходной величиной исследуемой системы является угол поворота вала на выходе редуктора φ. Элементы коррекции включают в себя тахогенератор (Т) (его вал механически связан с валом двигателя), усилитель (У) и вычитающий элемент. Тахогенератор представляет собой высокоточный измерительный прибор, обладающий линейной зависимостью выходного напряжения U_T от угловой скорости вращения вала Ω. Напряжение управления двигателем U_У либо снимается с выхода усилителя У, либо подается непосредственно с вычитающего элемента.

Рис.1

С помощью вольтметров контролируются входное напряжение U_ВХ и напряжение тахогенератора U_T. Для измерения длительности переходных процессов используется осциллограф, подключенный к выходу тахогенератора.

Лабораторная установка работает в 2-х режимах:

- режим исследования характеристик двигателя (цепь обратной связи размыкается, усилитель отключается);

- режим исследования привода с тахометрической обратной связью (функционируют все элементы лабораторной установки).

Непосредственное использование электрического двигателя в качестве привода механических элементов САУ (антенных систем, устройств управления частотой генератора и т.п.) затруднено следующими обстоятельствами:

1) Двигатель имеет функцию передачи ,

где K_ДВ – коэффициент усиления двигателя; τ_ДВ – постоянная времени двигателя.

Апериодическое звено, входящее в состав , обусловлено наличием момента инерции ротора двигателя и нагрузки, который и определяет величину постоянной времени τ_ДВ (чем больше мощность двигателя, тем больше τ_ДВ). В САУ инерционные звенья с большой постоянной времени нежелательны, поэтому параметр τ_ДВ необходимо снизить до пренебрежимо малой величины.

2) Статическая характеристика двигателя, связывающая входное напряжение U_У и скорость вращения вала Ω существенно нелинейная (особенно нежелательна нелинейность типа «зона нечувствительности», обусловленная силами трения). Используемый в составе САУ привод должен иметь линейную характеристику, причем размер зоны нечувствительности необходимо также уменьшить до пренебрежимо малой величины.

Первая задача решается следующим образом. Функция передачи привода с тахометрической обратной связью равна:

,

где ­ коэффициент усилителя У; ­ функция передачи тахогенератора; и ­ коэффициент усиления и постоянная времени тахогенератора.

Поскольку тахогенератора ­ устройство малоинерционное, то в интересующей нас частотной области допустима аппроксимация вида:

.

Подстановка в выражение для функций передачи и приводит к результату:

,

где .

Если выбрать , то получим , и первая задача будет решена.

Замечание. Включение в схему привода элементов коррекции в соответствии с рис.1 позволяет реализовать метод коррекции с использованием местной обратной связи. Согласно идеологии этого метода функция передачи привода должна быть обратной функции передачи звена в цепи обратной связи, т.е. . Действительно, из выражения для функции передачи при выполнении условия следует результат:

.

Так как функция передачи кроме интегратора содержит еще апериодическое звено, с ростом частоты условие

меняется на условие обратное:

, при этом .

На рис.2 показаны ЛАЧХ для (график 1), (график 2) и (график 3).

Рис.2

Пунктиром показана ЛАЧХ привода с тахометрической обратной связью, образуемая низкочастотной асимптотой ЛАЧХ и высокочастотной асимптотой . Точке пересечения асимптот соответствует частота .

Вторая задача решается следующим образом. Для преодоления сил трения и уменьшения зоны нечувствительности статической характеристики привода используется усилитель У, а линеаризация остальной части характеристики привода обеспечивается использованием цепей обратной связи. Действительно, тахогенератор является точным измерительным прибором, линейно преобразующим скорость вращения вала двигателя в напряжение. В схеме с обратной связью выполняется сравнение входного напряжения U_ВХ и напряжения тахогенератора U_Т. При большом значении коэффициента усиления для вращения двигателя достаточно иметь малое значение разности e=U_ВХ-U_Т. Следовательно, U_ВХ U_Т и, благодаря линейности характеристики тахогенератора скорость вращения вала привода пропорциональна U_ВХ.