Особенности импульсного управления ИД. Широкое применение следящих приводов с импульсным регулированием угловой скорости ИД объясняется высокой надежностью и высоким коэффициентом полезного действия полупроводниковых усилителей, работающих в режиме переключения.
Сущность импульсного управления угловой скоростью ИД состоит в регулировании среднего значения напряжения на обмотке якоре ИД путем изменения соотношения времени включенного (режим насыщения) и отключенного (режим отсечки) состояний транзисторов выходного каскада усилителя мощности. Конечно, импульсный характер напряжения на обмотке якоря ИД приводит к пульсации электрического тока в обмотке якоря ИД, а следовательно, к пульсации вращающего момента ИД, т.е. к пульсации угловой скорости якоря ИД в интервале времени периода импульсного напряжения на обмотке якоря, Очевидно, что размах колебаний угловой скорости зависит от частоты следования импульсов, Чем выше частота переключений транзисторов, тем меньше колебания угловой скорости при прочих равных условиях, Следовательно, для получения высококачественных следящих приводов необходимы быстродействующие переключатели.
Для реверсивного управления ИД при одном источнике питания постоянного тока используются мостовые схемы выходных каскадов импульсных усилителей (ИУ) мощности. Для обеспечения хороших регулировочных свойств системы ИУ - ИД нужно так коммутировать транзисторы мостовой схемы, чтобы выходное сопротивление усилителя во всех временных интервалах было бы приблизительно постоянным и близким к нулю. Всякое отступление от этого условия приводит к появлению нелинейности статических характеристик системы ИУ - ИД.
На практике наибольшее применение получили два метода коммутации транзисторов мостовой схемы:
метод симметричной коммутации, при котором напряжение на обмотке якоря ИД имеет вид прямоугольных разнополярных им пульсов (рис. 8.1,а);
метод несимметричной коммутации, при котором напряжение на обмотке якоря ИД имеет форму однополярных прямоугольных импульсов (рис. 8.1,б).
Рис. 8.1
Мостовая схема усилителя мощности на транзисторах, работающих в режиме переключений, имеет вид, показанный на рис. 8.2, а. На рис. 8.2, б показан ее аналог с механическими ключами. При симметричной коммутации ключи, находящиеся в разных диагоналях, переключаются в противофазе, т.е. если замкнуты ключи К2 и КЗ, то разомкнуты К1 и К4, и наоборот. Таким образом, полярность напряжения на ИД при замкнутых ключах К2 и КЗ одна, а при замкнутых ключах К1 и К4 - другая. При одинаковом времени включения К1, К4 и К2, КЗ среднее напряжение на якоре ИД равно нулю, а так — как ключи переключаются с высокой частотой, то якорь ИД вследствие своей инерции практически неподвижен. Изменяя относительное время замкнутого состояния ключей в противоположных диагоналях моста, можно изменять величину и знак среднего значения напряжения, приложенного к ИД, т.е. изменять величину и направление угловой скорости его вращения.
При несимметричной коммутации и вращении ИД в какую-либо сторону переключаются в противофазе ключи, расположенные в одной из стоек мостовой схемы (К1, К2 или КЗ, К4). При этом один из двух других ключей замкнут, а другой разомкнут Таким образом, напряжение на ИД, а следовательно, и его угловая скорость (при МС.н.с=0) равны нулю, если замкнуты К1 и КЗ, а К2 и К4 разомкнуты. Обмотка якоря ИД в этом случае закорочена. При необходимости вращения якоря в какую-либо сторону одна пара ключей, расположенных, например, в правой стойке (см. рис. 8.2), остается в том же состоянии, т.е. КЗ замкнут, а К4 разомкнут, а другая пара К1 и К2 начинает переключаться так, что если один ключ замыкается, другой размыкается, и наоборот. Обмотка якоря ИД при этом в одном интервале времени оказывается подключенной к источнику напряжения Ua, а в другом — закороченной. Таким образом, к ИД прикладывается некоторое среднее напряжение. Пропорционально этому напряжению изменяется и величина его средней угловой скорости. Если коммутируются ключи КЗ и К4, то изменяется полярность напряжения на якоре ИД, а следовательно, изменяется и направление его вращения.
Рис. 27
Очевидно, что среднее—напряжение на обмотке якоря ИД при симметричной коммутации транзисторных ключей можно определить так:
где g =tи/T — скважность (коэффициент заполнения) импульсов;
tи — длительность импульса; T — период.
При несимметричной коммутации транзисторных ключей среднее напряжение на ИД
Для обеспечения требуемого закона коммутации транзисторов мостовой схемы соответствующим образом выполняется принципиальная схема усилителя мощности в целом, а для преобразования непрерывного сигнала управления, пропорционального углу рассогласования следящего привода, в импульсное напряжение используются модуляторы длительности импульсов.
