Основы построения интегрирующей следящей системы (ИСС)

ИСС предназначена для выработки навигационной информации путем накопления оборотов вала. Так, ИСС в автопрокладчиках типа АП-4, АП-5 используется для выработки разности широт (РШ) и отшествия (ОТШ). Аналитические выражения имеют вид:           

                                (3.31)

где  и - составляющие вектора скорости корабля, т.е. проекции на меридиан и параллель. В ИСС аналогом подынтегральной функции времени  является частота вращения вала АДТ ( ), которая определяется отношением:

(об/мин).                          (3.32)

Число оборотов  при переменном значении  определяется интегрированием « »:  

.                                   (3.33)

Данная формула справедлива только при линейной зависимости  от напряжения управления . Решить эту проблему позволяет использование принципа регулирования по отклонению, а именно: по отклонению напряжения тахогенератора АДТ от напряжения управления :

.                             (3.34)

Поскольку на обмотку управления АДТ должно поступать напряжение порядка  40-110 В, a  составляет милливольты, то в ИСС используется усилитель с большим коэффициентом усиления  = 10⁵.

Структурная схема ИСС показана на рис. 3.23.

Входным сигналом интегрирующей следящей системы, называемой часто просто интегратором, является напряжение U_c, величина которого пропорциональна заданному для интегрирования навигационному параметру (НП). Источником указанного электрического сигнала U_c в аналоговых САУ обычно является ВТ-5 (ЛВТ или СКВТ), который преобразует угол разворота ротора ВТ-5 в требуемое напряжение. В этом случае именно угол моделирует первоначально заданный НП.

 

Рис. 3.23. Функциональная схема интегрирующей следящей системы

Работа функциональной схемы интегратора основана на принципе сравнения и компенсации заданного входного электрического напряжения, напряжением U_г, поступающего на СЭ с генераторной обмотки тахометрического агрегата типа АДТ (асинхронный двигатель АДП с тахогенератором АТ). При отсутствии входного сигнала (U_с = 0) исполнительный двигатель агрегата АДТ (двигатель АДП) работать не должен, поэтому напряжение U_г  на генераторной обмотке тахогенератора должно быть равно нулю. Однако, магнитный поток, возникающий при подаче на АТ напряжения возбуждения U₀, индуктирует в генераторной обмотке тахогенератора некоторое напряжение, которое через СЭ поступает на вход усилителя и, далее, на вход АДП (см. рис. 3.23), вал которого начинает вращаться, отрабатывая несуществующий входной сигнал в виде напряжения помехи. Это явление называется самоходом интегратора. Для устранения этого явления в схему ИСС и включены масштабные и фазовые компенсирующие устройства (МКУ и ФКУ), с помощью которых при регулировке системы электрический сигнал помехи подавляется.

При включении ИСС задаваемый входной сигнал U_с  поступает (через усилитель) на обмотку управления двигателя АДП. Вал агрегата АДТ начинает вращаться (роторы АДП и АТ насажены на один вал), на выходной обмотке появляется напряжение U_г, которое, постепенно увеличиваясь, будет компенсировать входной сигнал U_с.

Когда в сравнивающем элементе (СЭ) разность напряжений ∆ U между указанными напряжениями окажется достаточно малой, вал двигателя перестанет разгоняться и станет вращаться с постоянной скоростью .

При плавном изменении входного напряжения соответственно будет изменяться и скорость вращения вала двигателя. Таким образом, скорость вращения вала АДТ будет всегда пропорциональна величине входного сигнала.

Величину угла β разворота вала АДТ в любой момент времени можно определить из следующих рассуждений.

Напряжение U_с, поступающее на обмотку управления исполнительного элемента АДТ (двигателя АДП), пропорционально 

где

 – коэффициент пропорциональности, вводимый с помощью МВТ для согласования масштабов поступающих на СЭ напряжений;

U₀ – переменное напряжение обмотки возбуждения ЛВТ;

α – величина входного значения навигационного параметра (НП), заданная в виде угла разворота ротора ЛВТ.

Т. к. крутизна характеристики АДП достаточно велика, то переходный процесс в рассматриваемом интеграторе после его включения (подачи напряжений возбуждения и на АДТ и на тахогенератор) и поступления входного сигнала U_с  на управляющую обмотку АДП закончится очень быстро. Следовательно, при анализе схемы (рис. 3.23) можно считать, что величина сигнала U_г  на выходной обмотке тахогенератора будет равна:

,                         (3.35)

 

где

k_г – коэффициент передачи, определяемый крутизной характеристики тахогенератора;

 – переменное напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения тахогенератора;    

ω _p– угловая скорость вращения ротора (вала) АДП;

β – угол поворота вала АДП относительно исходного положения.

В соответствии с принципом работы ИСС в СЭ вырабатывается электрический сигнал ∆ U определяемый уравнением:

            (3.36)

Именно этот сигнал ∆ U в установившемся режиме, после усиления, поступит на обмотку управления двигателя АДП. Считая, что для навигационных параметров, задаваемых в виде механических величин (углов α и β ), усилитель и двигатель являются практически безинерционными элементами (в этом случае постоянная времени усиления k_у и электромеханическая постоянная времени двигателя k_дв очень малы), то скорость вращения вала двигателя АДП (и тахометра, который сидит на одном валу с АДП) может быть определена с учетом его передаточной функции, а именно:

                      (3.37)

Подставив в выражение (3.37) значение сигнала ∆ U из уравнения (3.36), получим:   

Проинтегрировав, получим

 

откуда

Учитывая, что k_у > > > 1, получим

            

При условии, что (k_г = k_мт0, 364), а это достигается изменением коэффициента k_мт, получим, что

.

Следовательно, представленная на рис. 3.23 схема действительно может реализовывать математическую операцию интегрирования любого входного сигнала.

С помощью интегрирующей следящей системы в навигационных автоматических системах можно решать и более сложные задачи. Например, если на обмотку возбуждения ТГ (рис. 9.11) подать напряжение, равное U₀N, то на выходе ИСС получим

.

 

Контрольные вопросы

1. Что такое «следящая система» (СС)?  

2. Что такое самосинхронизирующаяся СС (ССС)?

3. Что такое «самосинхронизирующаяся синхронная передача» (ССП)?

4. Схема и принцип работы одноотсчетной ССП.

5. Схема и принцип работы двухотсчетной ССП.

6. Нарисуйте структурную схему СС и объясните принцип ее построения.

7. Какие основные характеристики ССП?

8. Назовите условия соблюдения точности работы идеальной ССП.

9. Назовите основные причины неисправности ССП.

10. Схема и принцип работы одноотсчетной ССС.

11. Схема и принцип работы двухотсчетной ССС (ДОССС).

12. Назовите основные трудности реализации ДОССС и способы их преодоления. 

13. Схема и принцип работы решающей СС.

14. Схема и принцип работы интегрирующей СС.

15. В каких случаях применяется РСС?

16. На чем основан принцип работы РСС?

17. От чего зависит точность работы ИСС?

18. В чем назначение в ИСС отрицательной обратной связи по напряжению?

 

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: