Рассмотрим статические характеристики системы У — ИД. Известно, что ток Iк коллектора транзистора, работающего в схеме с общим эмиттером, определяется формулой
(5.2)
где b — коэффициент усиления транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером;
Iб — ток базы транзистора;
Iкэ0 — обратный ток коллектор - эмиттер в режиме Ig = 0;
UK3 - напряжение коллектор — эмиттер;
r'к — сопротивление коллекторного перехода транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.
Если учесть усиление предварительного усилителя (см. рис. 5.3), то ток коллектора любого из транзисторов, работающего в активной области, может быть представлен следующим образом:
(5.3)
где Sd - динамическая крутизна характеристики "вход - выход" усилителя следящего привода, Sd = DIя / DUB'X.
Ток в обмотке якоря ИД
(5.4)
Пусть при появлении напряжения UB'X увеличивается ток коллектора транзисторов VT1 и VT3, а транзисторы VT1 и VT4 закрыты, тогда
(5.5)
и, следовательно,
Так как , то , или, иначе
(5.6)
С учетом рассмотренных выше соотношений для ИД и схемы, показанной на рис. 5.3, запишем следующие уравнения:
(5.7)
где kо.c — коэффициент обратной связи следящего привода, равный
.
Формулы (5.8) и (5.9) соответственно
Совместное решение уравнений (5.6) ... (5.9) дает уравнение для механических характеристик системы У — ИД в следующем виде:
(5.10)
где -скорость холостого хода ИД; (5.11)
(5.12)
- жесткость приведенных к выходному валу следящего привода механических характеристик системы У — ИД.
Согласно зависимости (5.12) при kоc > 0 жесткость FУ-ИД< Fдв.Таким образом, механические характеристики системы У — ИД при параметрическом управлении ИД имеют вид параллельных прямых, имеющих жесткость FУ-ИД, меньшую чем Fдв. Соотношение (5.10) справедливо, если транзисторы работают в линейной области своих коллекторных характеристик. При больших сигналах управления UBХ' на входе усилителя У транзисторы работающей диагонали моста насыщаются и семейство механических характеристик, описываемое выражением (5.10), ограничивается предельными механическими характеристиками системы У — ИД, уравнение которых имеет вид
(5.13)
где - жесткость предельных механических характеристик;
Rнас — выходное сопротивление усилителя мощности, если транзисторы работающей диагонали мостовой схемы находятся в режиме насыщения. Так как Rнас<<Rдв, то Fнас»Fдв.
На рис. 5.4 показаны механические характеристики системы У — ИД при параметрическом управлении.
Учитывая, что значение Wх.хУ-ИД зависит от сигнала управления UВх, выражение (5.10) является одновременно и уравнением для регулировочных характеристик системы У — ИД. Однако следует иметь в виду, что каждая из регулировочных характеристик WС = f(Uвх).
при Мдв*=const ограничена по угловой скорости при больших сигналах управления из-за насыщения транзисторов мостовой схемы. Значение этой угловой скорости можно определить совместным решением
Рис. 5.4 Рис. 5.5
уравнений (5.10) и (5.13). В результате получим следующее уравнение:
(5.14)
Так как в выражении (5.14) только переменная Wx.x У-ИД является функцией сигнала управления Uвх, то геометрически уравнение (5.14) можно представить двумя прямыми линиями для W`х.х = и W`х.х = -
на плоскости регулировочных характеристик.
Регулировочные характеристики системы У — ИД представлены на рис. 5.5.
Выражения (5.10) и (5.12) показывают, что наклоны механических и регулировочных характеристик зависят от значения коэффициента kос, т.е. от глубины отрицательной обратной связи по напряжению на ИД. Если обратная связь в схеме усилителя привода отсутствует, то из соотношений (5.11) и (5.12) следует, что
Так как обычно r’k /Rдв >> 1, то жесткость механических характеристик системы У-ИД в этом случае мала. При жесткость характеристик FУ-ИД® 0 и при помощи (5.10) нетрудно показать, что механические характеристики системы У - ИД будут вертикальными прямыми в соответствии с выражением
Отсюда следует, что регулирование угловой скорости ИД возможно лишь в замкнутом следящем приводе. Так как FУ-ИД® 0, то при кос= 0 механическая постоянная времени привода TM®¥.
Зависимости (5.11) и (5.12) показывают, что, изменяя значение кос можно добиться желаемого вида (наклона) статических характеристик системы У-ИД. Так, например, при выполнении условия koc >> механические характеристики системы У-ИД будут параллельны предельным механическим характеристикам. Так как наклон регулировочных характеристик
то увеличение koc приводит к уменьшению их наклона. При выполнении неравенства наклон регулировочных характеристик системы У — ИД не зависит от параметров усилителя привода, равен и определяется лишь глубиной отрицательной обратной связи (рис. 5.6).