Файл: Основы авиационной автоматики учеб. пособие.pdf

/г

Рис . 2.49. К пояснению процессов в релейном усилителе с внешней вибраци­ онной линеаризацией:

а — процессы в усилителе при иІХ=0; 6 — процессы в усилителе при ивхФ0; в — статическая характеристика

143

Предположим, что реле чувствительное и ток срабатывания достаточно мал. Тогда можно считать, что при изменении знака суммарной намагничивающей силы обмоток реле происходит его переключение. В дальнейшем предполагаем, что параметры об­ моток 1 и 2 одинаковы. Закон изменения пилообразного напря­ жения, статическая характеристика реле и диаграмма переклю­ чения реле длямах = 0 приведены на рис. 2.49,о. Выходное напря­ жение в этом случае будет переменным, форма кривой напряже­ ния нвых(£) — прямоугольная. Среднее значение напряжения Ивыхср равно нулю, так как 7’f=7Y

Если ивх Ф 0 (рис. 2.49,6) и если намагничивающая сила об­ мотки 1, создаваемая напряжением «вх, меньше намагничиваю­ щей силы обмотки 2, соответствующей амплитудному значению напряжения Un=A, то ивых по-прежнему будет переменным на­ пряжением прямоугольной формы, но его среднее значение рав­ но:

Если пилообразное напряжение строго треугольной формы, то из подобия треугольников с основаниями 7) и То (рис. 2.49,6) сле­ дует, что

где А — амплитуда пилообразного напряжения.

Из сопоставления (2.90) и (2.91) видно, что среднее значе­ ние выходного напряжения пропорционально входному напря­

Зона линейности усилителя при заданных параметрах обмо­ ток пропорциональна амплитуде пилообразного напряжения (рис. 2.49,в), однако с ростом А коэффициент усиления релейно­ го усилителя падает. Если ивх > А, то намагничивающая сила обмотки 1 будет больше (равна) амплитудного значения намаг­ ничивающей силы обмотки 2, и якорь реле залипает в одном из крайних положений, определяемых знаком ит.'

144

Описанный усилитель пригоден в тех случаях, когда в даль­ нейшем используется только среднее значение выходного напря­ жения, а переменная составляющая или отфильтровывается, или не оказывает существенного влияния на работу последующих элементов системы.

Для линеаризованного релейного усилителя при малых мед­ ленно меняющихся сигналах управления справедливо уравнение

где к = — — коэффициент усиления;

А

т — постоянное запаздывание, которое принимается равным времени срабатывания реле іср-

Передаточная функция усилителя есть звено с постоянным запаздыванием

Недостатком рассмотренного метода вибрационной линеари­ зации является необходимость использования 'специального ге­ нератора пилообразных напряжений. Лучшей в этом смысле оказывается внутренняя вибрационная линеаризация.

Рис . 2.50. Схема релейного усилителя с внутрен­ ней вибрационной линеаризацией

Схема релейного усилителя с внутренней линеаризацией пред­ ставлена на рис. 2.50. Здесь, как и в предыдущем случае, на по­ ляризованном реле имеются две обмотки: обмотка управления / и обмотка обратной связи 2.

Рассмотрим процессы в усилителе е использованием двухпо­ зиционного реле при одинаковых параметрах обмоток 1 и 2. Пустьнвх = 0. При включении источника U .конденсатор С будет заряжаться. Когда напряжение на обмотке 2, включенной парал­ лельно конденсатору С, достигнет напряжения срабатывания ре­ ле + £/„, произойдет перебрасывание контакта поляризованно­ го реле из положения а в б. Вследствие этого конденсатор будет разряжаться, а затем напряжение на нем начнет возрастать, из­ менив при этом свой знак. Переключение реле произойдет при

—Uс. Затем процесс повторится. Кривые изменения, напряже-10

ния на конденсаторе (на обмотке 2) имеют экспоненциальный характер. На рис. 2.51 показаны экспоненты и прямые, на кото­ рых происходит переключение контактов реле. Из рис. 2.51 вид­ но, что при отсутствии сигнала в управляющей обмотке время замкнутости контакта а равно времени замкнутости контакта б, т. е. 7'1= Г2. Среднее значение напряжения на выходе усилителя при этом равно нулю:

При подаче сигнала на обмотку управления я„х ф 0 прямые пе­ реключения перемещаются вверх или вниз на постоянную вели­ чину, определяемую величиной и знаком входного сигнала гг„х. В этом случае переключение контактов будет также происходить на прямых ± Uz, но времена замкнутости контактов здесь уже не равны друг другу Т\ ф Т 2 и выходное напряжение будет иметь постоянную составляющую. В диапазоне, когда напряжение на управляющей обмотке и напряжение срабатывания реле меньше установившегося значения

УR + /?„ + Да ’

где Ri — активное сопротивление обмотки 2; характеристика уси-

нарушается, якорек реле залипает у одного контакта и напряже­ ние на выходе будет равно напряжению источника U. Изменени­ ем постоянной времени T=RC запаздывающей обратной связи можно менять период автоколебаний* в усилителе. Уменьшение Г приводит к увеличению частоты автоколебаний, верхняя граница

* Об автоколебаниях см. гл. VIII.

146

которых определяется инерционными свойствами последующих элемернтов системы управления. Нижнюю границу частоты авто­ колебаний определяют требования к системе управления в отно­ шении допустимой величины пульсаций на рвыходе релейного уси­ лителя. Практически в системах автоматического управления частота линеаризующих колебаний выбирается равной 10—20 Гц.

Релейные усилители ^внутренней линеаризацией широко при­ меняются в авиационной автоматике. Такие усилители встреча­ ются в следящих системах (системах отработки) счетно-решаю­ щих устройств, в автопилотах самолетов и управляемых ракет,

Р и с. 2.52. Схемы пропорционального поляризованного реле:

а — с обмотками возбуждения; б — с постоянными магнитами

Для преобразования электрических сигналов в пропорцио­ нальное перемещение якоря служит пропорциональное поляризо­ ванное электромагнитное реле (рис. 2.52,а), используемое в авто­ пилоте АП-28. Управляющие обмотки и в»\.2 реле вклю­ чены в анодные цепи ламп электронного усилителя. Угол

электромагнита намотана обмотка возбуждения л а которую подается напряжение при включении автопилота. Движение яко­ ря осуществляется в результате взаимодействия магнитных .по­ токов обмоток управления и обмотки .возбуждения.

потока. Магнитный поток обмоток возбуждения показан на чер­ теже сплошными линиями. Если магнитный поток обмоток уп­ равления отсутствует, то величины боковых составляющих пото­ ка, проходящих через боковые стенки якоря, одинаковы, и боко­ вые силы, действующие на якорь, уравновешивают друг друга. При появлении магнитного потока какой-либо обмотки управле­

ния появляется магнитный поток Фу управления (пунктирная кривая), который с одним из боковых потоков возбуждения Фб1 направлен встречно, а с другим Фб2— согласно. Вследствие это­ го нарушается равенство боковых магнитных потоков и начинает­ ся движение якоря. Якорь перемещается.в ту сторону, где проис­ ходит сложение бокового потока возбуждения и потока управле­ ния. При этом происходит перераспределение торцевых и боковых составляющих потоков между собой. На той стороне, в направ­ лении которой якорь движется, торцевой поток увеличивается, а боковой лоток уменьшается. На противоположной стороне, нао­ борот, уменьшается торцевой поток и увеличивается боковой. Вследствие этого наступает новое равенство боковых потоков и новое положение равновесия якоря. Величина отклонения яко­ ря от нейтрали определяется величиной тока управления, а на­ правление отклонения — его знаком. Электромагнит, вследствие значительной индуктивное™ и механической инерции, имеет за­ метную постоянную времени, достигающую 0,04 с. По динамиче­ ским свойствам такое реле следует отнести к колебательным звеньям.

Другой разновидностью управляющего реле, осуществляюще­ го преобразование электрического сигнала в пропорциональное ему перемещение якоря, служит устройство, представленное на рис. 2.52,6. Обмотки управления wyl и wyl включены таким об­ разом, что магнитные потоки в якоре, создаваемые ими при про­ хождении тока, направлены навстречу друг другу. Результирую­ щий магнитный поток Фу в якоре пропорционален разности то­ ков /1 и h, протекающих в обмотках. Магнитные потоки посто­ янных магнитов Ф„ замыкаются через торцы якоря.

Если сигнал управления отсутствует, то разность токов, про­ текающих по обмоткам, равна нулю, результирующий магнит­ ный поток Фу равен нулю и якорь реле удерживается в нейт­ ральном положении плоской механической пружиной. При появ­ лении сигнала управления ток в одной из обмоток становится больше, чем в другой. Разностный магнитный поток Фу взаимо­ действует с магнитными потоками постоянных магнитов Фп. В одной части воздушного зазора потоки ф п и Фу складываются, а в другой вычитаются. При этом появляется результирующий момент, стремящийся развернуть якорь в направлении суммарно­ го магнитного потока. Вращающий момент, приложенный к яко­ рю, пропорционален разности токов в обмотках те>у1 и wy2, а противодействующий момент механической пружины пропорцио­

нален углу поворота якоря. Следовательно, якорь поворачивает­ ся на угол, пропорциональный разности токов / 1 и 1%или сигналу управления. По динамическим свойствам такое реле может быть отнесено к колебательным звеньям с постоянной времени поряд­ ка 0,05 с.

148