Задание на курсовую работу. (государственный технический университет)

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(государственный технический университет)

" МАИ"

Факультет №3

Кафедра 305 «Автоматизированные комплексы систем ориентации и навигации»

Специальность 160401 - Управляющие, пилотажно-навигационные и электроэнергетические комплексы летательных аппаратов.

Группа 03-410 (11)

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студенту ______ ______

1.Тема расчетной работы Моделирование характеристик СС (цепи разгрузки) ГС___ с

р

2.Срок сдачи студентом законченной расчетной работы 17 декабря 2012 года н

3.Исходные данные к расчетной работе

_____________________________________ р

Вариант № 5, 15 ___________ н

____ Н

см. на обратной стороне задания к

7. Дата выдачи задания 29 октября 2012 года

Руководитель курсовой работы /Корягин Л.И./

(подпись)

Студент (_____________) и

Содержание

1. Введение.

1.1. Постановка задачи……………………………………………………...

1.2. Описание и предназначение следящей системы……………………..

2. Выбор структурной схемы следящей системы……………………………

2.1. Следящие системы и их элементы…………………………………….

2.2. Разработка структурной схемы следящей системы..………………..

3. Расчет следящей системы…………………………………………………...

3.1. Чувствительные элементы……………………………………………..

3.2. Выбор исполнительного двигателя……..……………………………..

3.3. Усилитель………………………………………………………………

3.4. Корректирующие звенья………………………………………………

3.5. Моделирование следящей системы……………………….…………

4. Предварительные испытания…………………………….………..……….

5. Выводы………………………………………………………………………

6. Экономическая часть………………………………………………………..

7. Охрана труда и окружающей среды………………………………………..

Список литературы…………………………………………………………………

1. Введение.

Одним из самых важных элементов гироскопических систем является следящая система, которая определяет точностные характеристики и динамику всей системы.

Целью данной Расчетно графической работы является разработка следящей системы гирокомпаса 1Г57, характеристики которой удовлетворяют предъявляемым к изделию требованиям. Основная задача заключается в сохранении и улучшении тактико-технических и эксплуатационных характеристик изделия.

Анализ показал, что достижение требуемых характеристик возможно за счет корректировки свойств следящей системы за счет введения корректирующих цепей в следящую систему и усовершенствования отдельных элементов.

В данной работе разрабатывается следящая система гирокомпаса 1Г57, работающая по замкнутой схеме прибора. В качестве датчика обратной связи используется, расположенный на азимутальной оси вращающийся трансформатор ВТ-100.

При проектировании следящих систем так же, как при проекти­ровании любой части оборудования, должны удовлетворяться неко­торые общие требования и условия, прямо или косвенно связанные с поведением следящей системы. Они включают самые различные параметры, такие как:

- долговечность;

- удобство обслужи­вания;

- надежность;

- технологичность;

- ограничения материала;

- эко­номические соображения.

Так же существуют и другие факторы, которые влияют в некоторой мере на поведение системы, как-то: вес, габариты, сопротивляемость ударам и вибрациям, вид силового питания, изме­нение его напряжения, частоты, область температур окружающей среды, рабочий цикл следящей системы. Последние факторы сильно ограничивают выбор составных частей системы, которые можно при­менить не только по типу, но и по действительному физическому исполнению. Однако тип источника силового питания, имеющегося в распоряжении, оказывает особенно большое влияние на общую конструкцию системы, на выбор исполнительного двигателя и на методы корректи­рования динамики системы. Дополнительные конструктивные огра­ничения могут быть вызваны трудностями приобретения частей или необходимостью использовать части, поставляемые заказчиком или предписанные им к установке. Очень важно, чтобы все эти обстоя­тельства были известны и приняты во внимание.

Гирокомпас 1Г57, в котором используется проектируемая следящая система, разрабатывается для эксплуатации во всех климатических районах земного шара.

Изделие должно быть устойчивым к воздействию следующих факторов:

- рабочей температуры в диапазоне от – 50^оС до + 50^оС;

- атмосферного давления, соответствующего высоте до 3000м над уровнем моря;

- магнитного поля, напряженностью не более 3Э;

- видимости не менее 5м;

- ветра до 20м/с со среднеквадратической скоростью порывов ветра до 25м/с.

Изделие обеспечивается от бортовой сети объекта постоянного тока напряжением 22…30 В с коэффициентом пульсации не более не более 6%. Изменение напряжения электропитания за время приема по определению азимута должно быть не более 1 В.

Должна быть предусмотрена защита сети энергосбережения от коротких замыканий и перегрузок в изделии.

Изделие должно иметь защиту от перепутывания полярности напряжений питания, коротких замыканий и перегрузок.

Изделие должно обеспечивать транспортирование в штатной упаковке, а также в составе объекта железнодорожным, автомобильным, водным, воздушным транспортом без ограничения расстояния со скоростями, допустимыми для каждого вида транспорта.

Среднеквадратическая погрешность определения истинного азимута ориентирного направления не должна превышать 2 угл. Мин.

Время определения азимута – не более 2 мин.

В состав гирокомпаса должны входить:

- гирокомпас с угломерной частью и зрительной трубкой;

- автономный источник питания – аккумуляторная батарея (для выносного варианта изделия);

- тренога (для выносного варианта изделия);

- столик установочный (для варианта установки на объекте);

- одиночный ЗИП и принадлежности;

- эксплуатационная документация.

Изделие должно выдавать информацию об истинном азимуте (дирекционном угле) на световом табло в градусной мере и делениях угломера (ду) с дискретностью не менее 10 угл.с.

Масса выносного комплекта не должна быть более 15кг (без треноги, зрительной трубки и аккумуляторной батареи – не более 10 кг).

Источник питания выносного комплекта должен обеспечивать не менее 20 определений истинного азимута ориентирного направления без подзарядки.

Изделие должно иметь сигнализацию о готовности к работе, автоматизированный встроенный контроль параметров и исправности всех узлов.

Гарантийная наработка должна иметь не более 1000 ч в пределах гарантийного срока эксплуатации – 6 лет.

Надежность изделия в условиях и режимах эксплуатации, установленных для групп 1.7, 1.8, 1.9, 1.11, 1.12, 1.13, 1.14 аппаратуры по ГОСТ В20.39.304-76 должна характеризоваться следующими параметрами:

- коэффициент готовности в течение заданного цикла боевого применения не менее 0, 99;

- средняя наработка на отказ не менее 200 ч;

- среднее время восстановления работоспособного состояния не более 30 мин;

- средний срок службы не менее 15 лет;

средний срок сохраняемости не менее 10 лет, из них в полевых условиях не менее 5 лет.

Суммарная продолжительность всех видов технического обслуживания не должна превышать 5% от назначенного срока службы.

Конструкция изделия должна обеспечивать полную взаимозаменяемость однотипных приборов, блоков (узлов) основного и вспомогательного оборудования, восстановление его работоспособности в войсковых условиях путем замены сменных элементов из состава одиночного ЗИП, а также проведение текущего обслуживания и ремонта.

Следящую систему для прибора 1Г57 необходимо было разработать с учетом следующих требований:

1. Статическая ошибка следящей системы ≤ 20 угл. минут

2. Время переходного процесса ≤ 10 секунд

3. Следящая система должна отрабатывать (разворачивать платформу прибора в азимуте) углы, задаваемые с помощьювычислительной машины, причем углы разворота задаются в виденапряжений постоянного тока, пропорциональных sinα и cosα (где α – задаваемый угол разворота платформы в азимуте) и поступающих на вход усилителя следящей системы.

1.2. Описание и предназначение.

Следящая системаявляется устройством, которое устанавливает положение объекта в соответствии с произвольно изменяющимся сигналом, обладающим весьма незначительной мощ­ностью. Ее действие зависит от разности между действительным поло­жением объекта и его желаемым положением. Следящая система действует так, чтобы уменьшить эту разность до нуля и этим достиг­нуть действительного положения на выходе, равного желаемому положению. Важное свойство замкнутых систем состоит в том, что система устанавливает положение на выходе в соответствии с входным положением независимо от изменений элементов внутри замкнутого контура. Например, если изменяется коэффициент усиления усилителя, то также изменяется скорость реакции, но выходная величина будет следовать за входной величиной и система будет стремиться уменьшать рассогласование между ними до нуля.

Следящие системы являются частью семейства систем, известных как системы регулирования с обратной связью. Все такие системы похожи в тем, что содержат в себе обратную связь и поэтому действуют от разности между действительным состоянием системы и произвольно изменяющимся желаемым состоянием.

В данной работе я буду рассматривать азимутальную следящую систему, используемую в изделии 1Г57.

Гирокомпас построен на базе динамически настраиваемого гироскопа (ДНГ) в режиме двухкомпонентного датчика угловой скорости (ДУС).

Относительно неподвижного корпуса по вертикальной оси подвешена платформа. Угол поворота платформы относительно неподвижного корпуса измеряет двухотсчетный вращающийся трансформатор (ВТ). Безредукторный двигатель стабилизации управляет азимутальной ориентацией платформы. На платформе установлены ДНГ в режиме ДУС с вертикальной ориентацией оси собственного кинетического момента и два линейных акселерометра, оси чувствительности которых сонаправлены с осями чувствительности ДНГ. Информация о токах датчиков момента (ДМ) ДНГ в виде падений напряжений на эталонных резисторах и информация об углах наклона поворотного стола в виде выходных напряжений акселерометров преобразуется в частоту преобразователями напряжение-частота. (ПНЧ) и вводится в микроЭВМ изделия. По этой информации вычисляется азимут платформы.

Изделие работает короткими циклами с длительными промежутками между ними. Под циклом понимается совокупность операций по единичному определению азимута ориентирного направления общей продолжительностью не более 2 мин.

2. Выбор структурной схемы следящей системы.

2.1. Следящие системы и их элементы.

Во всех следящих системах, имеются три существенные составные части. Во-первых, — средства для определения рассогласования между действительным положе­нием управляемого вала и его желаемым положением, задаваемым командным валом. Это выполняется выявителем рас­согласования, который так же называется чувствительным элементом. Во-вторых, средства для усиления напряжения сигнала рассогласования до значения, достаточного для управления источни­ком мощности. Эту функцию выполняет электронный усилитель. 3-ей составной частью является источник мощности - исполнительный двигатель, использующийся для выполнения корректирующего действия.

Каждый из потенциометров преобразует положение своего вала в переменное напряжение, которое является мерой положения вала. Поэтому разность между этими напряжениями является мерой недо­статка согласования между положениями управляемого и командного валов.

Назначение выявителя рассогласования — измерять разность между командным сигналом и управляемой величиной и преобразо­вывать ее в некоторую удобную форму, в частности - в электрическое напряжение. Часто в качестве выявителей рассогласования используются линейные потенциометры с прово­лочной обмоткой. Если они запитаны постоянным током, сигнал рассогласования яв­ляется переменной величиной напряжения постоянного тока. Если потенциометры запитаны переменным током, величиной дей­ствующего рассогласования является огибающая разности напряжений.

Другой тип выявителя рассогласования основывается на индук­тивной связи двух его частей. К этому классу устройств относятся диф­ференциальные трансформаторы и сельсины. Принцип их действия состоит в том, что индуктивная связь между двумя или более обмотками может изменяться при изменении их относительного положения. В этих устройствах сигнал рассогласования получается как разность двух напряжений, каждое из которых пропорционально углу поворота вала, или в результате вычитания магнитных полей, соответствующих положениям валов, и индуктированного напря­жения, пропорционального этой разности. Подобно потенциометрам эти устройства изготовляются промышленностью и использование их несложно.

Для измерения угловой разности между положениями команд­ного и управляемого валов могут использоваться зубчатые передачи. Выходной вал дифференциала можно использовать для вращения потенциометра, если желательно получить напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования.

Средства, применяемые для управления источником мощности, включают какой-либо вид усилителя. Усиление может быть электри­ческим, механическим или их комбинацией. Применяются электри­ческие усилители на постоянном и переменном токе, они выполняют функцию преобразования слабого выходного сигнала выявителя рас­согласования до уровня мощности, достаточного для воздействия на исполнительный двигатель. Усилители могут быть электронные, использующие вакуумные или газонаполненные лампы, транзи­сторы или магнитные, и в случае больших мощностей могут состоять из комплекта двигатель - генератор специальной конструкции. Усиление предполагает управление некоторым источником мощности. С процессом усиления связана и аппа­ратура для преобразования электрического сигнала рассогласова­ния в наиболее удобную форму (демодуляторы, модуляторы и фильтры).

Исполнительным двигателем, или источником двигательной энер­гии следящей системы, могут быть двигатели переменного тока при небольших требующихся мощностях или двигатель постоянного тока при больших требующихся мощностях.

Для достижения желаемого запаса устойчивости могут быть использованы вязкое демпфирование или демпфирование вихре­выми токами в двигателе. Также используются различного вида корректирующие цепи для динамического воздействия на сигнал рас­согласования, чтобы увеличить устойчивость или улучшить точность. Широкое применение нашло использование обратной связи с помощью тахометрических генераторов, связанных с управляемым валом, чтобы ввести стабилизирующие сигналы по скорости.

Следящая система представляет собой динамическую систему, предназначенную для обеспечения изменения регулиру­емой величины в соответствии с изменением сигнала на ее входе. В основу структурного построения следящих систем положен принцип обратной связи, предусматривающий непре­рывное или периодическое сравнение регулируемой величины и управляющего воздействия и использование результатов такого сравнения — разности между управляющим воздейст­вием и регулируемой величиной — для управления системой. Преимущество следящих систем (систем с обратной связью) определяется существенным уменьшением, а в ряде случаев и полной инвариантностью, влияния внешних возмущений, изменения коэффициентов усиления, шумов, нелинейностей в канале прямого усиления на точность воспроизведения управляющего воздействия.

В зависимости от целевого назначения следящей системы в качестве регулируемой величины могут рассматриваться различные физические величины: угол поворота в системах наведения оптических телескопов и радиотелескопов, линейное перемещение рабочего инструмента в технологических системах, угловая скорость в лентопротяжных механизмах, температура в нагревательных устройствах, напряжение или ток в источ­никах питания и т. д. Однако независимо от целевого назначе­ния следящих систем и выбора регулируемой величины, принцип их построения — принцип обратной связи — остается неизменным для всех способов их конкретной реализации.

Принцип построения следящих систем предусматривает использование в их составе ряда основных общих по своему функциональному назначению элементов и устройств:

. Функциональная схема следящей системы.

где ЗУ- задающее устройство; ИУ- измерительное устройство;

ПУ -преобразующее устрой­ство; УУ - усилительное устройство;

УП - усилитель предварительный; УМ -усилитель мощности;

ИМ- исполнительный механизм: МП - механическая передача;

РИ —рабочий инструмент; КУ- корректирующее устройство; ДГОС - датчик главной обратной связи; β - управляющее воздействие; σ -сигнал ошибки;

α - регулируемая величина.

Измерительное устройство ИУ осуществляет сравнение управляющего воздействия P(f), формируемого задающим устройством ЗУ, и текущего значения регулируемой величины α (г), которое формируется датчиком главной обратной связи ДГОС. Управляющее воздействие имеет форму либо электрического сигнала (напряжение, ток), либо механического параметра (угол поворота, перемещение, угловая скорость вала или скорость линейного перемещения). Во втором случае изменение механического параметра преобразуется в электри­ческий сигнал с помощью индукционных (сельсины, синусно-косинусные трансформаторы) или потенциометрических датчи­ков. В последнее время широкое распространение получило использование в качестве задающих (управляющих) устройств ЭВМ. Итак, в большинстве практических случаев управляющее воздействие представляется в виде электрического сигнала.

В качестве датчиков обратной связи широко используются сельсины, синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ), тахогенераторы, потенциометры, цифровые датчики угла (индукционного, оптического, емкостного типа) и им­пульсные датчики приращения угла, а также устройства, преобразующие неэлектрические величины в электрические сигналы (термометры, тензометры и т. д.).

Необходимо отметить, что сигнал, пропорциональный упра­вляющему воздействию, и сигнал обратной связи должны иметь единую форму представления с тем, чтобы они могли быть сравнимы в измерительном устройстве.

При использовании датчиков индукционного типа (сельсины, СКВТ) их включение осуществляется по схеме трансформатор­ного режима; при использовании потенциометрических датчи­ков по мостовой схеме. В случае представления управляюще­го воздействия и сигнала обратной связи в цифровой форме их сравнение осуществляется в арифметическом устройстве.

Сигнал ошибки поступает на вход преобразующего устрой­ства ПУ (см. рис. 1.1). Это устройство служит для преоб­разования сигнала ошибки к виду, удобному для дальнейшей его обработки. В частности, в преобразующем устройстве могут осуществляться следующие операции: преобразование сигнала ошибки, сформированного в виде сигнала переменного тока, в сигнал постоянного тока или наоборот; преобразование сигнала ошибки, заданного в цифровой форме (при управлении от цифрового управляющего воздействия) в аналоговый сигнал постоянного или переменного тока. Для коррекции динамичес­ких свойств преобразующее устройство может содержать пассивные или активные корректирующие звенья, формиру­ющие составляющие, пропорциональные производным или интегралам от сигнала ошибки. Часто преобразующее устрой­ство выполняет функции фильтрующего элемента, повышающего помехоустойчивость следящей системы.

Предварительный усилитель УП выполняет две основные функции — усиление сигнала по напряжению и мощности до значений, необходимых для активизации усилителя мощности, и сложение сигналов прямого канала усиления и сигналов обратных корректирующих связей. Для линейного сложения сигналов прямого канала усиления и сигналов обратных корректирующих связей оказывается целесообразным в качестве входного каскада предварительного усилителя использовать операционный усилитель. Использование операционного усили­теля позволяет при необходимости на его основе строить корректирующие устройства. С целью обеспечения наилучших статических характеристик предварительного усилителя в об­щем случае может быть рекомендована следующая структура его построения: усилитель постоянного тока — модулятор — усилитель переменного тока—демодулятор — усилитель посто­янного тока.

Сигнал предварительного усилителя служит управляющим сигналом для усилителя мощности УМ, предназначенного для регулирования потока энергии, поступающего от источника питания. В качестве усилителей мощности в электрических следящих системах используются генераторы, электромашинные усилители, магнитные усилители, тиристорные преобразователи, транзисторные усилители; в гидравлических системах — электро­гидравлические усилители мощности, управляемые гидронасосы. Исполнительное устройство (механизм) ИМ. получая сигнал от усилителя мощности, должно так изменить регулируемую величину, чтобы свести сигнал ошибки следящей системы к минимальному значению. Вид исполнительного устройства определяется характером регулируемой величины. В элект­рических следящих системах, где регулируемой координатой является перемещение (угловое или линейное), но в общем случае электродвигатели постоянного или переменного тока, в гидравлических следящих системах — гидродвигатели, силовые цилиндры. В системах регулирования напряжения или тока исполнительное устройство — генератор или управляемый ста­тический преобразователь энергии, в системах регулирования температуры — термостат.

В следящих системах, регулирующих перемещение, —следя­щих приводах — исполнительное устройство связано с рабочим инструментом РИ системы механической передачей МП. В общем случае это механический редуктор, но можно указать и системы, где механическая передача представляет собой вал, связывающий исполнительный механизм с рабочим инструментом.

Указанные выше элементы образуют канал прямого усиле­ния. Для коррекции динамических свойств следящих систем помимо корректирующих устройств, входящих в преобразу­ющее устройство ПУ и предварительный усилитель, широко используются параллельные корректирующие устройства КУ, включаемые в каналы местных обратных связей по производ­ным от регулируемой координаты.

Рассмотренные элементы следящих систем определяют их структурное построение. Для функционального построения следящих систем необходим ряд сервисных устройств, обес­печивающих их работоспособность. К числу таких устройств относятся следующие.

Пускорегулирующая аппаратура, предназначенная для осу­ществления подачи питания на все устройства следящей системы. К ней относятся все коммутирующие устройства и устройства защиты, включаемые в цепи питания.

Аппаратура индикации, предназначенная для контроля ра­боты отдельных устройств и следящей системы в целом в процессе ее эксплуатации.

Устройства ограничения, предназначенные для ограничения тех значений переменных, превышение которых может привести к аварии или нарушению функций следящей системы. На­пример, в системах, где регулируемой величиной является угловое перемещение рабочего органа, используются устройства граничения угла (концевые ограничители), скорости, момента. Аппаратура управления, предназначенная для задания различ­ных режимов работы следящей системы и обеспечения безаварий­ного перехода системы из режима в режим, а также для управления следящей системой при выполнении регламентных работ.

Источники вторичного питания, предназначенные для обес­печения питания требуемого качества всех активных элементов следящей системы.

В основу работы следящей системы, как отмечалось выше, положен принцип обратной связи, позволяющий выработать сигнал рассогласования между управляющим воздействием и регулируемой величиной и свести это рассогласование к минимальному значению. Такое регулирование называется регулированием по отклонению. Для уменьшения рассогласова­ния могут быть использованы и производные от управляющего воздействия. Регулирование следящих систем, с использованием производных от управляющего воздействия называется ком­бинированным.

В общем случае на следящую систему, схема которой представлена на рис. 1.1, помимо управляющего воздействия действует возмущающее воздействие. В одних случаях это — возмущение по моменту, в других — кинематическое возмуще­ние и т. д.

Для нейтрализации возмущающих воздействий необходимо формирование сигналов, пропорциональных возмущающим воз­действиям.

Регулирование следящей системы только по сигналам, пропорциональным возмущающим воздействиям при отсутст­вии информации о регулируемой величине, называется регулнрованием по возмущению. Сложность формирования сиг­налов, пропорциональных возмущающим воздействиям, и их многообразие при различных весовых коэффициентах сущест­венно затрудняют реализацию регулирования но возмущению. Наилучшие результаты дает совместное использование упра­вляющего воздействия и сигналов, пропорциональных воз­мущающим воздействиям. Такое регулирование называется комбинированным. Отметим, что в последнее время с целью унификации все более широко начинают использовать модуль­ное исполнение следящих систем, предусматривающее создание следящей системы определенной мощности в качестве базового модуля, и набор следящей системы требуемой мощности из модулей, принятых за базовые.

Технические требования к следящей системе могут быть выражены различным образом. На схеме показана в последователь­ном развертывании информация, составляющая полную техническую спецификацию следящей системы, начиная от условий работы объекта, в котором используется следящая система. Хотя такая схема предпо­лагает задачу следящего устройства, в которой нагрузка создается только моментом инерции, вязким трением н более или менее постоян­ными моментами от сил кулонова трения, конструктор может рас­ширить эту таблицу и для более сложных систем, включающих дина­мические нагрузочные моменты (имеются ввиду моменты от внешних сил по отношению к следящей системе).

Между двумя параллельными пунктирными линиями содержится достаточно информации для полной характеристики поведения сле­дящей системы. Наиболее общий метод выдачи информации содер­жится в первой верхней полосе схемы, где указывается, что система должна удовлетворять предполагаемому назначению. Из рассмо­трения условий службы системы конструктор должен извлечь доста­точно информации для проектирования системы. Требуемая инфор­мация содержится в нижележащих рядах схемы. Детально изучая условия службы, конструктор может установить пределы для пере­дачи шумов, требующийся запас устойчивости, допустимую ошибку, данные о нагрузках, информацию относительно перемещения, ско­рости и ускорения задающего входного сигнала.

Из такой информации конструктор может извлечь подробные технические требования к следящей системе и, в конечном счете, установить, какие должны быть передаточные функции и статические характеристики системы, чтобы она могла удовлетворять требованиям службы.

Иногда конструктор не знает общих условий службы системы и должен удовлетворяться информацией, содержащейся в нижних рядах схемы. В любом случае, если требования, изложенные в ниж­них рядах, не дают исчерпывающей информации, конструктор дол­жен получить ее из рассмотрения верхних рядов.

Технические условия на проектирование следящей системы могут быть заданы в двух формах:

1) в форме частотных характери­стик

2) в форме временных характеристик.

Задания в частотной области. Технические требования к следящей системе обычно задаются в той же форме, что и для электронного усилителя и фильтра. Хорошие усилители характеризуются высокой точностью воспроизведения в широком диапазоне частот, а именно плоской частотной характеристи­кой в пределах от 30 до 15 000 гц. Большинство фильтров (полосовой фильтр, фильтр нижних частот, фильтр заграждения и др.) специ­фицируются амплитудно-частотной характеристикой. Ширина полосы пропускания, показанная на рис. 2-2, определяется как частотная область, в которой амплитудная характеристика не сни­жается ниже 3 дб (0, 707 амплитудного отношения) относительно амплитуды середины полосы пропускания частот. Усиление в деци­белах определяется как 20log₁₀(A₂/A₁), где A₂/A₁ является отношением амплитуд. Ширина полосы пропускания является показателем способности воспроизводить форму входного сигнала. Напри­мер, если приложен прямоугольный импульс на входе фильтра ниж­них частот, имеющего границу полосы пропускания у частоты сре­за ω _c (Частотой среза называется частота, которая определяет границу полосы про­пускания. При этой частоте амплитуда снижается на 3 дб, как показано на рис. 2-2.), то на выходе появится импульс не прямоугольной, а искаженной формы как показано на рис 2-3:

Рис 2-3

В практике проектирования систем регулирования могут встречаться различного вида задания в частотной области. Например, если применяется система регулирования для самолета, обладающего резонансом вызываемым конструкцией самолета или аэродинамикой при некоторой частоте, то необходимо так рассчитать систему, чтобы блокировалась передача сигналов в этой полосе частот, но проводились сигналы более высоких иболее низких частот.

Задания во временной области. Требуемые характеристики пове­дения системы часто задаются с помощью величин во временной обла­сти, например в форме реакции на воздействие ступенчатой и наклон­ной функций. Чтобы точно удовлетворить требованиям временной области, необходимо получить полное решение переходного процесса. Однако невозможно найти решение переходного процесса до тех пор, пока большая часть конструкции не будет завершена. Чтобы пере­бросить мост от заданий во временной области к обычным конструк­тивным параметрам (как, например, коэффициент затухания ζ и собственная частота колебаний ω _n), иногда полезно использовать решения дифференциального уравнения второго порядка.

При проектировании более сложных систем необходимо проявить осторож­ность, так как механическое перенесение свойств систем второго порядка на системы более высокого порядка может привести к ошиб­кам. Тем не менее система второго порядка может служить отправ­ным пунктом.

Наиболее важные характеристики временной области опреде­ляются из рассмотрения кривой переходного процесса системы вто­рого порядка, показанной на рис. 2-4. Следующие три величины описывают эту кривую.

Перерегулирование, выраженное в процентах от конечного зна­чения, является мерой того, насколько выходная величина превосхо­дит установившееся значение реакции при единичном ступенчатом входном воздействии. На рис. 2-4 перерегулированием будет A₁ процентов.

Время нарастанияопределяется как время, требующееся, чтобы реакция на единичную ступенчатую функцию возросла с 10 до 90% от конечного значения. Иногда применяется другое определение: время нарастания равно обратной величине наклона кривой реакции в момент, когда реакция достигает половины конечного значения. Первое определение предпочтительнее.

Время установленияопределяется как время, требующееся для того, чтобы реакция ошибки на единичную ступенчатую функцию стала впервые меньше по абсолютной величине заданного количества процентов от его окончательного значения и с этого времени остава­лась в заданных пределах. Часто оно по существу равно времени, которое требуется реакции, чтобы снова пересечь единичную ампли­туду после первого перерегулирования.

2.2. Разработка структурной схемы следящей системы.

Обычно процесс составле­ния структурной схемы выполняется методом проб. Инженер наме­чает один или несколько путей для реализации задания. Безопасней намечать более чем одну систему. В этом случае выбирается лучший вариант из нескольких систем. Достоинства и недо­статки каждой системы выписываются в более или менее формальном порядке. Хотя на этой стадии нельзя еще получить полного решения, так как должны быть оценены вопросы устойчивости и статических ошибок, тем не менее, выбирается наиболее подходящая система.

Вычерчивается структурная схема, приведенная к простейшей форме.

Должны быть определены приближенные передаточные функции для различных частей системы, например для двигателей, зубчатой передачи и усилителя. Так как на этой стадии еще не известны точные численные значения для всех постоянных времени и других параме­тров то благоразумно оценить их приближенно для целей дальнейшего анализа.

Для прибора 1Г57 была разработана следующая структурная схема:

включающая в себя чувствительный элемент, усилитель, корректирующие контура, исполнительный двигатель.

Именно по данной структурной схеме будет проводиться моделирование следящей системы.

Далее рассмотрим каждый из входящих в систему элемент в отдельности.