Основы построения решающей следящей системы (РСС)

Решающие следящие системы (РСС) предназначены для моделирования довольно большого количества функций: сложения, вычитания, умножения, деления, осреднения и т. д. Но во всех вариантах построения схем РСС принцип их работы одинаков и заключается в том, чтобы свести к нулю сигнал, снимаемый с синусной обмотки ВТ-приемника и подаваемый на усилитель следящей системы и, следовательно, на управляющую обмотку исполнительного элемент следящей системы – АДП, который и реализует выполнение этой задачи.

В морских средствах навигации (МСН) РСС используются для выработки навигационной информации на основе данных, поступающих от нескольких источников. Данная система используется в гирокомпасах для выработки скоростной поправки, угла разведения гиромоторов на основе данных, поступающих от лага и системы автоматического счисления. В системах автоматического счисления навигационных комплексов РСС используются для выработки угловых скоростей изменения широты и долготы, для выработки путевого угла и осреднения навигационной информации.

Приведем ряд схем, моделирующих реализацию различных математических преобразований с использованием рассмотренных выше электромеханических элементов систем автоматики. 

Функция осреднения.

Структурно-функциональная схема, РСС, предназначенная для выработки среднего значения случайной функции времени, представлена на рис. 3.20.

РСС состоит из трех вращающихся трансформаторов (ВТ₁, ВТ₂, ВТ₃), усилителя и исполнительного элемента - двигателя АДТ. Датчиками исходной информации (ВТ₁ и ВТ₂) являются СКВТ, работающие в режиме координатора, приемником информации, вырабатываемой задающей частью РСС, является СКВТ ВТ₃, работающий в режиме построителя (ПВТ). На обмотку возбуждения BT₁ и ВТ₂ подается напряжение возбуждения , роторы – BT₁ и ВТ₂ развернуты на углы , и  соответственно. Синусная обмотка ВТ₁ соединена последовательно с синусной обмоткой ВТ₂, косинусная обмотка BT₁ соединена последовательно с косинусной обмоткой ВТ₂.

Напряжения на роторных обмотках BT₁ равны:

                    (3.25)

Напряжения на роторных обмотках ВТ₂ равны:

 

Рис. 3.20. Структурно-функциональная схема осреднения двух параметров

                      (3.26)

 

Следовательно, на квадратурную обмотку и обмотку возбуждения построителя поступают следующие напряжения:

(3.27)

Токи, протекающие по этим обмоткам, создают два ортогональных магнитных потока  и , которые в синусной обмотке СКВТ-приемника индуктируют (рис. 3.16) напряжение

                     (3.28)

где β - текущий угол разворота ротора СКВТ-приемника.

Это напряжение при любых значениях угла разворота роторов СКВТ-датчиков в любой момент времени пропорционально углу рассогласования ротора СКВТ-приемника с углом, которому соответствует напряжение, выработанное задающей частью РСС и подаваемое на входы СКВТ-приемника.

Задача РСС заключается в сведении этого напряжения к нулю, что является условием синхронизации следящей системы (синхронизации работы приемной (отрабатывающей) и задающей частей РСС).

Схема, представленная на рис. 3.20, должна синхронизироваться при условии, что угол разворота ротора СКВТ-приемника равняется полусумме углов разворота роторов датчиков. Проверим это.

Если выражение  равно нулю (условие синхронизации РСС), то справедлива следующая его запись

.

Разделив (с учетом формулы (3.27) обе части формулы на  получим

Применив теорему сложения тригонометрических функций, получим

Или, проведя сокращение на 2, получим

,

откуда

,

т.е.                                         

Таким образом, решающая следящая система, реализованная по схеме, представленной на рис. 3.20, действительно обеспечивает поворот ротора СКВТ-приемника на угол, равный полусумме углов поворота роторов СКВТ-датчиков.

 

Функция разности.

Схема моделирования на аналоговых счетно-решающих устройствах функции алгебраической разности двух навигационных параметров (НП) представлена на рис. 3.21.

При развороте ротора СКВТ₁, работающего в режиме координатора, на угол α, пропорциональный величине первого заданного НП, и подаче на его обмотку возбуждения напряжения ~U₀ с роторных (синусной и косинусной) обмоток СКВТ₁ будут сниматься напряжения:

                          (3.29)

которые подаются на статорные обмотки СКВТ₂ таким образом, чтобы напряжение  поступало на квадратурную обмотку С3С4, а напряжение на обмотку возбуждения С1С2. При развороте ротора СКВТ2, работающего в режиме построителя, на угол β, пропорциональный величине второго заданного НП, с его роторных обмоток будут сниматься напряжения:

 

 =

  ;

 +

,

где  коэффициент пропорциональности;

 коэффициент трансформации СКВТ₁;

коэффициент трансформации СКВТ₂.

 

Рис. 3.21. Функциональная схема РСС, моделирующая выработку

Разности

Напряжения  и  поступают (соединение обмоток встречное) на квадратурную обмотку и обмотку возбуждения СКВТ-приемника РСС (СКВТ₃), напряжение с синусной обмотки которого подается (после усиления) на обмотку управления исполнительного элемента следящей системы – двигателя АДП. Вал двигателя, приводя ротор СКВТ-приемника в согласованное положение, будет вращаться до тех пор, пока напряжение на его обмотке управления, т. е. на синусной обмотке СКВТ-приемника не станет равным нулю (пока угол рассогласования ротора приемника с углом, который моделируется поступающими на вход СКВТ-приемника напряжениями, не станет равным нулю).

Проверим, на какой угол в нашем случае развернется ротор СКВТ-приемника, для чего приравняем нулю напряжение синусной обмотки СКВТ-приемника, пропорциональное углу рассогласования ротора СКВТ-приемника по отношению к положению роторов СКВТ-датчиков. Итак:

 =  =

 

Запишем это выражение в виде

После сокращения имеем

Разделив обе части на , получим

или                       

откуда                          .

Таким образом, решающая следящая система, реализованная по схеме, представленной на рис. 3.21, действительно обеспечивает поворот ротора СКВТ-приемника на угол, равный разности углов поворота роторов СКВТ-датчиков.

Функция сложения

Для моделирования операции алгебраического сложения двух НП может быть использована схема, аналогичная схеме, представленной на рис. 3.21. Отличие лишь в том, что синусная Р₁Р₂ обмотка СКВТ₁ и квадратурная С₃С₄ обмотка СКВТ₂ должны быть включены не встречно, а последовательно, что позволит получить          ѱ β + α.

 

Функция деления

Для моделирования в аналоговых системах математической операции деления с переменными величинами делимого и делителя применяется РСС, функциональная схема которой приведена на рис. 3.22.

Рис. 3.22. Функциональная схема РСС деления

Роль делимого выполняет электрической сигнал U_V, поступающий на СЭ, который

обычно расположен в одном из блоков усилителя следящей системы. В качестве делителя используется электрический сигнал U_N, поступающий на обмотку С₁С₂ СКВТ₁, ротор которого развернут в начальный момент на произвольный угол α. В соответствии с принципом работы ВТ с синусной обмотки Р₁Р₂ СКВТ₁ будет сниматься напряжение

 = ,

которое, с помощью масштабного трансформатора (МТ) и фазирующего устройства (ФУ), преобразуется в сигнал обратной связи U_OC. С помощью МТ и ФУ согласовываются масштабы сравниваемых в СЭ напряжений (U_V и U_OC) и их фазы.

Таким образом, напряжение обратной связи определяется выражением

U_OC= kU _s,

где k – коэффициент пропорциональности.

Т. к. в общем случае U_v ≠ U_s, то в СЭ образуется сигнал рассогласования

 

∆ U_p= U_V U_oc = U_V kk_т1U_N ,                (3.30)

который, после усиления, поступает на обмотку управления исполнительного двигателя следящей системы ИД. Исполнительный двигатель начинает разворачивать роторы СКВТ₁ и  СКВТ₂ (выходной элемент следящей системы) таким образом, чтобы сигнал ∆ U_p, поступающий на обмотку возбуждения ИД сигнал уменьшался. Это приведет к изменению напряжения U _S синусной обмотки СКВТ₁, уменьшение напряжения U_oc и, естественно, уменьшение напряжения ∆ U_p. При выполнении условия ∆ U_p = 0 двигатель остановится, т. е. роторы СКВТ1 и СКВТ2 будут развернуты на угол, значение которого можно определить, приравняв нулю выражение (3.30):

U_V kk_т1U_N  = 0,

или

U_V kk_т1U_N

откуда                         

Тогда значение искомого угла разворота вала ИД (при его останове α = α ₀) равно:

.

Поскольку в момент остановки ИД ротор СКВТ₂ также будет развернут на угол α _0, , то с его синусной обмотки будет сниматься напряжение , определяемое выражением:  

.

Так как

то, при условии, что (достигается с помощью МТ), получим

Таким образом, представленная на рис. 3.22 схема РСС действительно может моделировать математическую операцию деления. 

Напряжение, снимаемое с косинусной обмотки СКВТ₁, используется для автоматического регулирования коэффициента усиления сигнала рассогласования ∆ U_p. В рассматриваемой схеме это напряжение при увеличении напряжения U_N уменьшает коэффициент усиления усилителя, что обеспечивает устойчивую работу РСС.

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: