Автоматический следящий компенсатор переменного тока

Автоматический следящий компенсатор переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е пп 473964

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Ресотолик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 08.06.73 (21) 1929629/26-9 с присоединением заявки № (32) Приоритет

Опубликовано 14.06.75. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 17.12.75 (51) М. Кл, G Olr 2?i28

Государственный комитет

Совета веинистров СССР

УДК 621.31?.727.2 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Автор изобретения

А. В. Филиппов

Ленинградский институт точной механики и оптики (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ КОМПЕНСАТОР

ПEPЕМЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в автоматизированных установках, измерительная часть которых выполнена по схеме полярно-координатного автокомпенсатора следящего типа.

Известен автоматический следящий компенсатор переменного тока, содержащий последовательно соединенные гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты с параметрическим регулированием и два параллельных канала (амплитудный и фазовый), в каждом из которых последовательно соединены фазовый детектор, фильтр, усилитель, электродвигатель с элементами корректирования, образцовая мера одного из параметров измерительного сигнала и фазовый модулятор опорного напряжения.

В процессе измерения параметров синусоидального напряжения нулевым методом формируется компенсирующий сигнал, амплитуда и частота которого в идеальном случае равны амплитуде и частоте измеряемого напряжения, а фаза отличается на угол л. Равенство частот указанных напряжений обеспечивает блок ФАПЧ. Компенсатор же «подбирает» амплитуду и фазу измерительного напряжения с тем, чтобы при сравнении его с измеряемым ошибка стремилась к нулю, что выполняется одновременно двумя автоматизированными приводами, воздействующими на образцовые меры амплитуды и фазы. Таким образом, текущие значения параметров входного напряжения могут быть оп5 ределены по координатам подвижных частей образцовых мер компенсационной системы.

Однако в известном автокомпенсаторе фазовый канал влияет на работу канала измерения амплитуды в динамическом режиме, так

10 как управляющий сигнал в амплитудном канале зависит от разности фаз входного и компенсирующего напряжений, кроме того, он обладает конечным быстродействием (инерционностью) канала измерения фазы, noi5 этому резкие изменения фазы входного напряжения вызывают значительные динамические ошибки на выходе амплитудного канала.

Режим, при котором фаза измеряемого напряжения периодически совершает «скачки»

20 на угол л, является типичным в случае применения компенсатора в установке для снятия амплитудных и фазовых характеристик поля в дальней зоне антенн СВЧ.

С целью повышения точности измерений в

25 предлагаемый автокомпенсатор введены последовательно соединенные второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты и два канала, один из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектозО ра, полосового фильтра и фазирующей цепи, 473964

15

3 а другой — из последовательно соединенных амплитудного детектора, фильтра низкой частоты, модулятора и фазирующей цепи, причем вход второго смесителч подключен к аналогичному входу первого смесителя, управляющий вход второго усилителя промежуточной частоты подключен к аналогичному входу первого усилителя промежуточной частоты, выход второго усилителя промежуточной частоты подключен к входу амплитудного и фазового детекторов введенных каналов, вход фазового детектора подключен к выходу фазового модулятора опорного напряжения, а выходные сигналы фазирующих цепей через корректирующий элемент поданы в амплитудный канал, На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого автокомпенсатора; на фиг. 2— системы координат измеряемого и компенсирующего напряжений; на фиг. 3 — фазовая траектория выходных координат автокомпенсатора; на фиг. 4 — диаграмма напряжений, иллюстрирующая подавление помехи в амплитудном канале автокомпенсатора.

Предлагаемый автокомпенсатор содержит клистронный гетеродин 1, фазовый детектор

2, полосовой RC-фильтр 3, усилитель 4, приводной двигатель 5 измерительных каналов фазы и амплитуды соответственно, образцовый фазовращатель 6, прецизионный потенциометр 7, смеситель 8 преобразователя частоты измеряемого сигнала, усилитель 9 промежуточной частоты (УГ1Ч), фазирующую цепь 10, асинхронный тахогенератор 11, стабилизатор 12 амплитуды опорного напряжения, установочный фазовращатель 13, фазовый модулятор 14 опорного напряжения, ферритовый вентиль 15, модулятор 16, фазирующую цепь 17, тахогенератор 18, вентиль

19, детектор 20, RC-фильтр 21, усилитель 22, двигатель 23, функциональный преобразователь 24, аттенюатор 25, потенциометр 26, детектор 27, фильтр 28, фазирующую цепь

29, смеситель 30, усилитель 31, детектор 32, фильтр 33 нижних частот, модулятор 34 и фазирующую цепь 35.

Клистронный гетеродин 1 является объектом управления ФАПЧ. На его отражательный электрод подается напряжение (II), регулирующее частоту выходных колебаний. На входы смесителей 8 и 30 воздействуют измеряемый сигнал СВЧ (I), через ферритовые вентили 15 и 19 — энергия колебаний гетеродина. Сравнение измеряемого и компенсирующего напряжений осуществляется на входном сопротивлении УПЧ (усилитель 9).

Сигнал, обусловленный ошибкой сравнения, усиливается в УПЧ и воздействует на фазовые детекторы 2 и 20, которые осуществляют разложение вектора на оси прямоугольной системы координат, заданной опорными напряжениями. Для получения с нагрузок этих фазовых детекторов сигналов переменного тока низкой частоты опорные напряжения

g5

"5

4 подвергаются фазовой модуляции в модуляторах 14 и 16. После фильтрации в фильтрах 3 и 21 и усиления по мощности усилителей 4 и 22 составляющие сигналы ошибки подаются на двигатели 23 измерительных каналов 5. Исполнительные двигатели, отрабатывая сигналы рассогласования, изменяют координаты подвижных частей образцовых мер (фазовращателя 6 и аттенюатора 25) и сводят ошибки компенсации к нулю. Асинхронные тахогенераторы 11 и 18 и делители напряжений с фазирующими цепями 10 и 17 являются корректирующими элементами, позволяющими улучшить динамические свойства измерительных каналов.

На обмотки возбуждения гониометрического фазовращателя 6 подано опорное напряжение (III) с ФАПь1. Для подавления колебаний амплитуды применяется стабилизатор 12. Далее опорное напряжение используется установочным фазовргщателем 13, фазовым модулятором 6 канала измерения амплитуды и образцовым аттенюатором 25.

Установочным фазовращателем создается сдвиг фаз»а угол л/2 между опорными напряжениями для фазовых детекторов измерительных каналов. Опорные напряжения дополнительно подвергаются фазовой модуляции I I-образными импульсами (IV) низкой частоты.

Выходное напряжение образцового аттенюатора, амплитуда которого обусловлена координатой его приемного элемента, подается на вход УПЧ для сравнения с измеряемым напряжением. Статическая характеристика аттенюатора имеет экспоненциальный вид.

Устойчивость измерительной системы в широком диапазоне амплитуд входных сигналов достигается также регулированием коэффициентата передачи УПЧ. Источником управляющего напряжения является функциональный преобразователь 24 с нелинейной статической характеристикой, при помощи которого формируется регулировочная характеристика

УПЧ с таким расчетом, что в пределах всего динамического диапазона установки произведение коэффициентов передачи образцового аттенюатора и УПЧ остается примерно постоянным.

Информация о текущих значениях относительной фазы и амплитуды, измеряемого компенсатором напряжения, снимается с потенциометрических датчиков 7 и 26 и подается на регистрирующий прибор.

Система координат ОХ Y (неподвижная) связана с измеряемым сигналом, а система координат OUV — с компенсирующим напряжением, причем система OUV может быть повернута относительно системы координат

ОХУ в соответствии с фазовым сдвигом сравниваемых напряжений. Система координат

OU V моделируется опорными напряжениями двух фазовых детекторов.

473964

10!

2О

Допустим, что коэффициент передачи УПЧ равен единице, на вход системы по Iano напряжение а,„(t) = а, я1П сй,t, а в цепи обратной связи действует

a„(t) = а, з1п (со,t + а).

Напряжение ошибки а, является причиной возникновения сигналов а!1- и а!с;, на нагрузках фазовых летекторов. Сигнал а!1- вызывает такое движение ротора образцовой меры фазы. в результате которого система координат OUV совмещается с системой ОХУ.

Так как эта операция выполняется не мгновенно, по сигналу а!сь приемный элемент образцового аттенюатора перемещается, хотя из начальных условий

1 .,!=1а.,1.

Неустановившийся режим при «скачке» фазы исследован экспериментально на макете автокомпенсатора с образцовыми мерами, настроенными на промежуточную частоту сигнала 5 МГц. При этом быстролействие амплитудного канала составляло 0,35 с, а фазового — 03с.

На фиг. 3 показана траектория изменения выходных коорлинат системы, снятая при начальных условиях: а,„! =. а„1, « =. 170 .

На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается напряжение с латчика фазы, а па вертикально отклоняющие пластины — — с ЛAT тика амплитуды. Начало коорЛ!1нат соответствует то .кс линамичсского лиапазопа 5 10 —" В (на 40 лБ ниже опорного уровня па 5 0 — -В) . Масштаб! вертикальной развертки составляет 1 лБ/мм, а горизонтально — 4,72 грал/мм. В процессе отработки HA.— чaëüïых условий линамическая оlllпбка Aмплитулного канала лостигла 9 лБ. При статической погрешности o=0,02 лБ указанная величина лина мичсской ошибки совершеш1о пелопустима.

Принцип срормирования сигнала а.;-, пода«ляющсго помеху аср; в амплитудном канале, иллюстрируется фиг. 4. Для решения этой задачи используются напряжения а,-,,- и

aB, COS сГ.

Измеряемый сигнал со смесителя 30 после усиления в УПЧ 31 воздействует на лве линейки узлов, состоящих из детектора 27, фильтра 28, фазирующей цепи 29 п летектора 32, фильтра 33, модулятора 34, фазируюзо

4Ñ ч5

60 отей цепи Зй. Вернона линейка спадает сигнал, пропорциональный а., cosy, а нижняя — сигнал. пропорциональный а„ . Фазовый детектор 27 идентичен детектору 20. На выходе летектора 32 создается сигнал постоянного тока, который в дальнейшем подвергается модуляции в модуляторе 34. Напряжение модуляции (V) когерентно напряжению (IV). Благодаря фазпрующим цепям 29, 35 достигается точное выполнение указанных на схеме операций. Коэффициент передачи

УПЧ лополнителы1ого устройства регулируется сигналом с функционального преобразователя 24.

Полная нейтрал!!зация влияния фазового канала n". амплитудный в прелелах лпнамичсского лиапазона автокомпенсатора лостигается прп условии илснтпчности регулировочпых характеристик лвух УПЧ 9, 31 и равенстве постоянных времен! фильтров 3. 21, 28 и 33.

Прелмет изобретения

Автоматический слелящий компенсатор переменного тока, содержащий послеловательно соелиненпыс гетеролпн, смеситель, усилитель промежуточной частоты с napaмстрическим регулированием и лва napaллельных канала (амплптулный и (1азовы11), в каждом

II3 которых послеловатсльно сослинены фазовый детектор, фильтр, усилитель. электролвигатсль с элементами «оррсктирования, образцовая мера олного пз параметров измеряемого сигнала и фазовый модулятор опорного напряжения, отлич 3 !о щийся тсм, что, - целью повь!шсния точности измерений, в него ввелеш,! послсловатсль1ю соелиненные второй смесптсль. второй усилитель промежуточной частоты и л«а KAHaëa, олин из которых состоит из посл; лo«aтельно соединенш1х фазового лстсктора, полосового фильтра и фазпру!ощсй цепи. а другой — из послеЛоватсльпо сосЛи;ю!!пых ампanTy;Ino!o Летектора. фильтра низкой частоты. молулятора и с1 азирующе1! цепи, пр;!чем вхол второго смесителя голключсп и A!1алоги !ному входу пергого смесителя. упра"„..яющ1ш гхо,I, второго

1 CI*.ЛnTC, IЯ П!1ОМС Жь TOь! НОЙ г!ACTOT«l ПОЛКЛIО

ЧСН К а1!аЛОГ11ь!НОМУ ВХОЛУ ПЕРВОГО УСИЛИТЕля про !ежуточ!!ой частоты, выхол второго усилителя промежуточной частоты полключен к вхолам ампл!1тулного и фазового летекторов введен I»x каналов, вхол фазового лстЕКтОРа ПОЛКЛ1Оь!Сп К «ЫХОДУ фаЗОВОГО МОлулятора опорного напряжения. и выхолные сигналы фазирующих цепей через корректирующий злеllcIIT поланы в амплитулный канал

473964

Составитель А. Филиппов

Техред Л. Казачкова

Редактор Т. Янова

Корректор В. Брыксина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2936!15 Изд. № 1522 Тираж 902 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делана изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4 5