вп1\ \пг

в Of 1 I

On вых

врбых-ПВых

FIB)

Огвых

ых / ввых

BfDhKs

B{D) Н+>- Fin)

Uy USB

вВы

Рис. 20-32. Структурные схемы при наличии внешних возмущений. а - возмущения 6, 6, . . . ух приложены Б различных точках системы; б - структурная схема объекта прн действии

возмущения П lF{D) - передаточная функция объекта по возмущению]; в - структурная схема системы при действии возмущения П на объект 1В (D) - передаточная функция всех звеньев, предшествующих объекту; Sp и р^ - входная и выходная величины объекта без учета действия внешнего возмущения]; г - полная структурная схема системы с учетом возмущения; д - преобразованная структурная схема системы в случае, если и F отличаются масштабом; е - структурная схема автоматического радиопеленгатора при учете действия ветра П = (ветер приводит к дополнительному изменению угла поворота антенны, что эквивалентно введению дополнительного напряжения на вход двигателя; - коэффициент передачи

двигателя с учетом редуктора).

В соответствии с формулой (20-13) рассогласование в системе, вызванное только действием помехи П, будет равно:

е(о = - --(

l + W{D)

п- вых -

1 + W(D)

где W{D) = B{D)F(D) - передаточная функция разомкнутой системы (рнс. 20-32, е, г); для случая Fji(D) - KnP(D)

6(0 =

1 + Г (D)

(20-14)

и структурную схему удобно представить в видо рис. 20-32,3.

Пример 1. При колебаниях температуры (внешнее возмущение Я = Д Г) изменяется частота гетеродина приемника вп. вых = Д/г-п-

Передаточной функцией (О) по внешнему возмущению является коэффициент Kf = , показывающий

уход частоты гетеродина при изменении температуры на ГС. В системе АПЧ (стр. 459) изменения температуры на ГС приведут к отклонению промежуточной частоты не на Д/г. п. а на величину 6 = Д/пр, причем согласно (20-14)

А/пр = -

Д/г-п

l + W{D) l + KW{D)-

Пример 2. Благодаря действию ветра на антенну, автоматического радиопеленгатора (ир. 420) возникает дополнительный угол рассогласования 6 между осью антенны и направлением на радиостанцию. Действие ветра в случае отсутствия обратной связи (т. е. прн выключенной системе автослеження по углам, но при наличии тока возбуждения двигателя и включенной обмотке якоря) приводит к перемещению антенны якоря и подвижных частей редуктора на угол вп. вых> связанный с силой ветра Яв соотношением

Вп. вых = Явп (О) = Яв £)(ГдвО+1)

здесь К^1рад/кг-сек]-отношение угловой скорости вращения антенны к силе ветра, действующего на антенну; Где - электромеханическая постоянная привода антенны (с учетом инерции антенны). Так как передаточная функция F (D) отличается от постоянной времени приводного двигателя (с учетом редуктора) F {D) = =-у=;-только постоянным ияожя-( J дв Г )

телем, структурную схему удобно представить в виде рнс. 20-32, е, где масштабный коэффициент Кп =

а Un =

КпПъ - эквивалентное напряжение по-

мехи, так что рассогласование в системе при ввх = О

где Kv = КвКдь

коэффициент передачи зомкнутой системы.

5. Составление структурных схем. Линеаризация уравнений

Перед проведением анализа системы автоматического регулирования ее необходимо представить в виде структурной схемы, т. е. в виде соединения простейших динамических звеньев.

Такое представление позволяет установить общие свойства системы автоматического регулирования и определить пути их улучшения.

Структурные схемы составляются путем выделения в функциональной схеме динамических звеньев, обладающих свойствами однонаправленности и независимости. В тех случаях, когда это сделать затруднительно, записываются урав; нения (в символическом виде), описывающие процессы в отдельных частях системы, по которым затем строится структурная схема.

Если в системе содержатся нелинейные звенья. То следует предварительно произвести (где это возможно) их линеаризацию путем замены нелинейной характеристики отрезком прямой касательной к нелинейной характеристике в выбранной рабочей точке (см. рис. 20-1).

Ниже рассматриваются примеры составления структурных схем.

Система электронной автоматической подстройки частоты гетеродина (стр. 420 и 459)

Управитель колебаний (лампа реактивного сопротивления и гетеродин) характеризуется коэффициентод5 Ку1кгц/е].

- = Я

у

Фильтр RC, предшествующий управителю, описывается передаточной функцией

Га = = - -

. * иф TD + 1

Г= RC - однозвенный (стр. 423);

Промежуточная частота / р является разностью частот сигнала и гетеродина :

/пр ~ /с /г-

Предполагая, что рассмотренные элементы взашшо независимы, объединим их в цепочку, входной величиной

Н

ГЛ *7

Рис. 20-33. Система электронной частотной автоподстройки.

В7у = Ку -управитель-пропорциональное (уси-фнльтр - инерционное звено; В7 - К„ - час-

Ыф T{rjD- + (Ti + -I- Гс) D + 1 - двухзвенный (стр. 426);

Г^ = 11* 221 Т'с - Rif-z-

Дискриминатор (стр. 454)описывается передаточной функцией

д==<д^ (};

здесь Af=fjip~ fo,

fo - переходная частота дискришнатора, равная . разности номинальных значений частот сигнала/со и гетеродина: / : /д = /о - Uo-

а - структурная схема,

лнтельное) звено; ф - фнр - ипcJJlJ,и^JпnJc о^п^, и-д - л\д тотный дискриминатор-пропорциональное звено; б - упрощенная структурная схема, записанная в отклонениях; в, г - преобразованные схемы разомкнутой н замкнутой систем; д - структурная схема системы АПЧ с однозвенным /?С-фильтром: К = К^К„; Т = RC; е - эквивалентная

структурная схема замкнутой системы W = 7?yKдVPф; Ф =

с однозвенным фильтром =

К

ж - структурная

к-ы к + 1

схема системы АПЧ с двухзвенный фильтром: ~ RC; Т, ~ Й2С2; 7 = ijC.,; 3-эквивалентная структурная схема замкнутой CHcicMbi АПЧ

с двухзвенным фильтром: Г. -f- -f

У К-4-1

2/Г.Гг (K-f 1)

которой является Д/, а выходной Д/j. (см. рис. 20-33, с). Отклонение частоты Д/ промежуточной частоты от переходной частоты дискриминатора образуется в результате

Предполагается, что имеет место нижняя настройка гетеродина, т. е. > fj,.

вычитания из / р частоты fg, а / р образуется в свою очередь путем вычитания из /<, частоты /г- Д™ получения /г достаточно к Л/j. прибавить частоту /го- В результате образуется замкнутая цепь регулирования. Полученная структурная схема сильно упростится, если представить ее для отклонений, учитывая, что Д/ можно выразить как разность;

Д/ = /с - /г - /о = /с - /со - /г + /го = Д/с - Д/г-где Д/с = /с - /со; Д/г = /г - /го-

в дальнейшем удобно пользоваться последней структурной схемой (рнс. 20-33, 6).

Передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы равны соответственно в,

Участок схемы от точки подачи рассогласования до выхода ФД представляется пропорциональным звеном Коэффициент /С] \е1град] зависит в основном от крутизны диаграммы направленности в рабочей точке О, а также от усиления ФД. Далее следует усилитель с коэффициен-

том К2 и двигатель с передаточной функцией ----

1->(1 ДвЛ + 1)

(см. стр. 428), причем /Сдв [град/в-сек] - коэффициент передачи двигателя с учетом редуктора. Учитывая, что 6 = = ввх - ввых. получаем следящую систему, структурная схема которой состоит из трех звеньев (рнс. 20-34): усилительного с коэффициентом передачи Kv = К^К^К^ (раз-

Д/е 1+Л'Гф

Mil)

где К = /Су/Сд - безразмерный коэффициент.

, Для системы с однозвенным фильтром (инерционное звено с обратной связью)

где

К

Рнс. 20-34. Автоматический радиопеленгатор.

а - структурная схема; б - преобразованная схема разомкнутой системы (Ку = К,К2Кдв); в - преобразованная схема замкнутой системы.

Для системы с двухзвенным фильтром К

мерность 1

1/сек), интегрирующего

и инерционного

TJJD -f (Г1 + Г2 + Гс) £> -f 1

ГдвО + 1

Замкнутая система описывается передаточной функцией

где

т2£>2 -f 2т£> + 1 К .

Ф(0) =

D {tjbd -j- 1) + Kv т2£2 -f- 2t,xD + 1

где

к+г

2УТ{Г2{К+ 1)

Так как знаменатель передаточной функции W (О) не содержит множителей D (нет интегрирующих звеньев), система АПЧ является статической.

Замкнутая система АПЧ с однозвенным фильтром эквивалентна инерционному звену с коэффициентом передачи д, и постоянной времени т, в /С -Ь 1 раз меньшей

постоянной времени фильтра Г. Система с двухзвенным фильтром эквивалентна звену 2-го порядка. Свойства рассматриваемых систем описываются характеристиками звеньев; инерционного и 2-го порядков (стр. 423 и 425).

Автоматический радиопеленгатор

Напряжение на выходе фазового детектора радиопеленгатора (стр. 420) для небольших рассогласований пропорционально углу отклонения радиостанции от оси 00: и = Kib.

Система эквивалентна динамическому звену 2-го порядкл, свойства которого рассмотрены на стр. 425. Такими же передаточными функциями описывается система АПЧ с серводвигателем (стр. 460).

При учете инерционных свойств фазового детектора в структурную схему добавляется инерционное звено с постоянной времени Г, вследствие чего степень полинома W и Ф увеличивается на единицу:

W(D) =

Ф(0) =

0(ГдвО-Ь 1)(ГС+1)

Kv

£>(Гдв£-f 1)(Г£>-М) + Л„

Рассматриваемая система является астатической, поскольку содержит одно интегрирующее звено (множитель D в знаменателе W{D)).