Fn(P)

Пбых + ®6х

В(Р)

F(p)

F6ilX

B(P)

в(р)=ке

F(P)

Рис. 21-47. Структурные схемы при наличии внешних возмущений,

Г р Т исходная схема с возмущениями; б - структурная схема объекта при действии возмущения П 1 П(Р) - передаточная функция объекта по возмущению]; в - структурная схема системы при действии возмущения Я на объект [В(р) - передаточная функция всех звеньев, предшествующих объекту; в и 0 входная и выходная величины объекта без учета действия внешнего возмуще-вых

ния]; г - полная структурная схема системы с учетом возмущения; д - преобразованная структурная схема системы в случае, если F и F отличаются масштабом; е - структурная схема автоматического радиопеленгатора при учете действия ветра Я=/7В,

выходе, равна:

е/е,

0(Р)

п-вых 0

п-вых

1 + W (р)

= -фе(р)-

Для возмущения, приложенного только ко входу первого звена (при отсутствии входного воздействия 0ВХ),

Э(Р) =

W(p)

;©п,(р)-

V+W(p)

Соответственно передаточная функция для ошибки относительно этого возмущения

ф в(р) W{p) 0/еш 0т(р) \+W(p)

= - Ф(р). (21-20)

Часто внешние возмущения воздействуют на объект регулирования. Отношение Изменения выходной величины ©п.вых, вызванного внешним возмущением, приложенным к объекту (при отсутствии регулятора), к самому возмущению П, записанное в операторной форме, является переда-

точной функцией объекта по внешнему возмущению Рш(р) =©п.вых(р)/Я(р) (рис. 21-47,6). В большинстве случаев Fn(p) отличается от передаточной функции объекта F(p) только масштабным коэффициентом Кп, т. е. Fn(p)=KnF(p). В замкнутой цепи регулирования благодаря действию возмущения П выходная величина ©вых будет содержать дополнительную составляющую 0п.вых=/7Рп(р), что отображается структурной схемой на рис. 21-47, г.

В соответствии с формулой (21-19) рассогласование в системе, вызванное только действием помехи П, будет равно:

1 17Fn (р)

© (Р) = - . , ,, ч ©п.вых=-

1 + Щр)

1 + W(P)

где W(р) = В(р)F(р)-передаточная функция разомкнутой системы (рис. 21-47, е, г); для случая Fn(p)=KnF(p)

riKnF (р)

0(P) = -TTF (2121)

и структурную схему - удобно представить в виде схемы на рис. 21-47, сЭ.

Пример I. При колебаниях температуры Af (внешнее возмущение n = Af) изменяется частота гетеродина приемника

©в:. в ы х = Д/п. г

Передаточной функцией FD(p) по внешнему возмущению является коэффициент Ki=Afn.rlAt°, показывающий уход частоты гетеродина при изменении температуры на ГС. В етстеме АПЧ (стр. 10) изменения температуры на ГС приведут к отклонению промежуточной частоты не на Д/п.г, а на величину 6=Д/;Пр, причем согласно (21-21)

Д/п.,

KtAt°

Д/пр 1+W(P) \+KW{p)

Здесь учтено, что W(p)=KW<j,{p), где К - коэффициент передачи системы, a (р) - передаточная функция фильтра.

Пример 2. При действии ветра на антенну автоматического радиопеленгатора (стр. 11) возникает дополнительный угол рассогласования 0 между осью антенны и направлением на радиостанцию. Действие ветра в случае отсутствия обратной связи (т. е. при выключенной системе автослежения по углам, но при наличии тока возбуждения двигателя и включенной обмотке якоря) приводит к перемещению антенны якоря и подвижных частей редуктора на угол 0п.вых, связанный с силой ветра /7В соотношением (см. рис. 21-47, г)

@ вык =---Пв = Fn (D) Пв,

п.вых £(Гдв0 + 1) nv ; в,

где Кв- отношение угловой скорости вращения антенны к силе ветра, действующего на антенну, рад/н сек:, Гдв- электромеханическая постоянная привода антенны (с учетом момента инерции антенны). Так как передаточная функция Fn(D) отличается от передаточной функции приводного двигателя (с учетом редуктора)

Р(°)= П/Т n L 14 только постоян-

и \1 дв2- ~Г ij ным множителем, структурную схему удобно представить в виде рис. 21-47, е, где масштабный коэффициент Кп=Кв/Кц.в,

а ип=~~Г1ш=КпПв-эквивалентное на-

пряжение помехи, так что рассогласование в системе прн GBx=0

К К,

D(T№D + l) + Kv -КвКр,в

п

коэффициент передачи разомкнутой системы.

Составление структурных схем

Перед проведением анализа системы автоматического регулирования ее необходимо представить в виде структурной Схе-

мы, т. е. в виде соединения простейших динамических звеньев.

Такое представление позволяет установить общие свойства системы автоматического регулирования и определить способы улучшения этих систем.

Структурные схемы составляются путем выделения в функциональной схеме динамических звеньев, обладающих свойствами однонаправленности и независимости. В тех случаях, когда это сделать затруднительно, записываются уравнения (в символическом виде), описывающие процессы в отдельных частях системы, по которым затем строится структурная схема.

Линеаризация уравнений. Если в системе содержатся нелинейные звенья, то следует предварительно произвести (где это возможно) их линеаризацию путем замены нелинейной характеристики отрезком прямой касательной к нелинейной характеристике в выбранной рабочей точке (см. рис. 21-12).

Примеры составления структурных схем. В качестве первого примера рассмотрим систему электронной автоматической подстройки частоты гетеродина, применяющуюся в радиоприемниках (см. стр. 10 и 146).

Управитель частоты колебаний (лампа реактивного сопротивления и гетеродин) характеризуется коэффициентом Ку (гц/в):

Д/г - = Лу,

где А/г-отклонение частоты гетеродина; иу - управляющее напряжение.

Фильтр RC, предшествующий управителю, описывается передаточной функцией: одноячеечный (стр. 21)

Uyip)

иф(р) Тр + 1 двухячеечный (стр. 25) Vу (Р)

T = RC;

Н7Ф =

Щ(р) 1

T1Ttp* + (T1 + Ta + Tc)p + 1

Дискриминатор на характеристики (стр. передаточной функцией

линейном участке 18) описывается

Здесь

= Д д [в 1гц].

-fup-fo;

f0 - переходная частота дискриминатора, равная разности номинальных значений частот сигнала fco и гетеродина fr0:

fo = h

и совпадающая с номинальным значением промежуточной частоты fnvo-

4& I-J7--1 Л/г

Рис. 21-48. Система электронной частотной автоподстройки.

с-структурная схема; б - упрощенная структурная схема, записанная в отклонениях; е, г - преобразованные схемы разомкнутой и замкнутой систем; д - структурная схема системы АПЧ с однозвенным ЛС-фильтрем; е - эквивалентная структурная схема йамкнутой системы с однозвенным фильтром; як-структурная схема системы АПЧ с двухзвениым фильтром; а-эквивалентная структурная схема замкнутой системы АПЧ с двухзвеиным фильтром.

w(p) а)

Рис. 21-49. Автоматический радиопеленгатор.

а - структурная схема; б - преобразованная схема разомкнутой системы; е - преобразованная схема замкнутой системы.

Пусть для удобства fc>/r, тогда промежуточная частота fnp является разностью частот сигнала и гетеродина:

fnp = f с - fr-

Предполагая, что .рассмотренные элементы удовлетворяют условию независимости, объединим их в цепь, входной величиной которой является fc, а выходной fT (рис. 21-48, а). Отклонение Af промежуточной частоты от переходной частоты дискриминатора является результатом вычитания из fnp частоты /с, a fEp образуется в свою очередь путем вычитания из частоты сигнала fc частоты /г. Для получения fr достаточно к А/г прибавить частоту fro- В результате получается замкнутая цепь регулирования.

Полученная структурная схема упростится, если представить ее для частотных отклонений, учитывая, что А/ можно выразить как разность:

Af = f с - - =

fc - fcO -

= Afc

(fr-fro)

Afr,

fc -fco; Afr = fr - fri

В результате приходим к более удобной структурной схеме (рис. 21-48,6).

Передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы равны соответственно (рис. 21-48,6, г):

л/с i+W

где К=КуКц - безразмерный коэффициент.

Для системы с однозвенным фильтром (инерционное звено с обратной связью - рис. 21-48,5):

Тр + 1

Тр + K+l тэР+1 (рис. 21-48, а), где К

Для системы (рис. 21-48, ж)

к + v ~* к,+ \

с двухзвенным фильтром К