Файл: Основы автоматического управления..pdf

382 Г Л . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А В ТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ

Устройства, осуществляющие преобразование медленно изме­ няющегося сигнала постоянного тока ивх в сигнал переменного тока (не обязательно синусоидального), имеющего амплитуду, пропорциональную ивх, называются модуляторами. Модулятора­ ми называются также устройства, осуществляющие частотную или фазовую модуляцию.

Для выделения передаваемого сигнала х (і) из модулирован­ ного переменного напряжения и (t) необходимо преобразовать это напряжение в напряжение постоянного тока. Эта операция называется демодуляцией. Де­ модуляция сигналов перемен­ ного тока осуществляется де­ модуляторами или фазовыми дискриминаторами. В радио­ технике операция выделения модулирующего сигнала обыч­ но называется детектирова­ нием и в соответствии с этим устройства, выполняющие эту операцию, называются детек­

торами.

На рис. 9.8.1 показана схема кольцевого модулятора, выполненного на полупроводниковых диодах. Принцип работы

кольцевого модулятора основан на свойстве диодов пропускать ток в одном направлении и не пропускать его в противоположном направлении (§ 9.4).

Напряжение несущей, называемое также коммутирующим. напряжением ик, приложено между точками а \\Ъ моста, в плечи которого включены диоды 1, 2, 3 ,4 с одинаковыми вольтамперными характеристиками. Медленно изменяющееся модулирующее напряжение ивх приложено к сопротивлению i?t. Для нормальной работы модулятора необходимо, чтобы амплитуда коммутирую­ щего напряжения была значительно больше максимального зна­ чения медленно изменяющегося входного напряжения.

Режим работы модулятора определяется переменным комму­ тирующим напряжением ик. В полупериоде коммутирующего! напряжения, в котором его плюс приложен к точке а, как показано, на рис. 9.8.1, коммутирующие токи идут в направлении от точки

ке с. Таким образом, коммутирующее напряжение при ивх = О1 создает в сопротивлении R 3 два тока, равных по величине и про­ тивоположных по направлению. Это означает, что потенциалы.

точек с и / одинаковы и фактически в сопротивлении R 3 тока не будет. В другом полупериоде коммутирующего напряжения к точ­ ке а будет приложен минус, к точке Ъ — плюс и ток пойдет через диоды 4 и 1. При этом потенциалы точек d и / при ивх = 0 будут одинаковы и тока в сопротивлении R 3 также не будет. Таким образом, на­ пряжение мк не оказывает влияния

на выходной сигнал.

Если ивх фО и имеет полярность, как показано на рис. 9.8.1, то по­ тенциалы точек с и d больше потен­ циала точки /, причем разность

Ueb/X

О

Рис 9.8.2.

Поэтому в полупериоде коммутирующего напряжения, когда его плюс приложен к точке а, через верхнее (на схеме) сопро­ тивление R 3 будет протекать ток от точки с к точке /, а в дру­ гом полупериоде коммутирующего напряжения ток будет про­ текать через нижнее сопротивление от точки d к точке /. В резуль­ тате на выходе модулятора формируется переменное напряжение с амплитудой, пропорциональной входному напряжению. На рис. 9.8.2 показаны графики изменения сигналов ик, ивх и иВЬІХ. При изменении полярности входного напряжения потенциал точ­ ки / становится больше потенциала точек c u d . Поэтому ток через сопротивление R 3 в соответствующих полупериодах коммутирую­ щего напряжения будет протекать в обратных направлениях. Таким образом, при изменении знака входного сигнала фаза выходного напряжения изменяется на 180°.

В качестве демодулятора можно применить рассмотренный кольцевой модулятор, если поменять местами роли входа и выхода

(рис. 9.8.3).

384 ГЛ . 9. н е л и н е й н ы е э л е м е н т ы а в т о м а т и ч е с к и х с и с т е м

Рассмотрим сначала случай, когда фаза переменного входного напряжения ивх совпадает с фазой коммутирующего напряжения. Пусть в полупериод, когда к точке а приложен положительный потенциал коммутирующего напряжения, к точке d будет при­

ного напряжения. Полярность выходного напряжения изменится только в том случае, если фаза входного напряжения изме­ нится на 180° по отношению к фазе коммутирующего напряжения. На рис. 9.8.4 показаны графики изменения сигналов.

Рассмотрим теперь принцип устройства амплитудного детек­ тора, принципиальная схема которого изображена на рис. 9.8.5. Детектор состоит из диода Д и фильтра RC. Фильтр служит для уменьшения высокочастотных пульсаций напряжения на на­ грузке и для увеличения коэффициента передачи детектора. Из схемы устройства^вытекают следующие уравнения:

£ = і'і + Ч і £ = ср(к),

386 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А ВТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ

максимально возможную скорость изменения модулирующего сигнала. Если модулирующий полезный сигнал х (і) имеет огра­ ниченную полосу частот Q, то для выполнения сформулирован­ ного условия достаточно, чтобы постоянная времени Т = RC удовлетворяла неравенству

которое мы приводим здесь без доказательства. При выполнении сформулированного условия детектор можно считать практически безынерционным элементом.

§ 9.9. Электродвигатели с фрикционными муфтами

Одним из недостатков электродвигателей как исполнительных устройств в автоматических системах является их большая инер­ ционность. Для устранения влияния инерционности двигателя на [работу автоматической си­ стемы применяют фрикционные

муфты.

Схема устройства двигателя с фрикционной муфтой показана на рис. 9.9.1. Двигатель 1 через шестерню 2 вращает с постоян­ ной скоростью в различных на­ правлениях шестерни 3 и 4. Дви­ жение шестерен 3 и. 4 может передаваться шестерням 5 и 6 через фрикционные муфты 8 и 9. Шестерни 5 ж6 соединены с ше­ стерней 7, угол поворота кото­ рой является выходной перемен­ ной исполнительного устройст­ ва. Входной переменной явля­ ется напряжение ивх, подаваемое на управляющую обмотку трех­ позиционного поляризованного релеЮ. В зависимости от поляр­

ности входного напряжения якорь реле замыкает те или другие контакты, и напряжение источника, подключенное к якорю, прикладывается к обмотке соответствующей фрикционной муфты. Фрикционная муфта включается, и вращение от двигателя пере­ дается на выходной вал. Полярность входного напряжения опре­ деляет направление вращения выходного вала.

В системах управления обычно применяются электромагнит­ ные и порошковые фрикционные муфты. Схема устройства элек-