Стенд для исследования переходных процессов в системах автоматического регулирования Советский патент 1950 года по МПК G05B23/00 G01D5/30 

Предметом изобретения является стенд для исследования переходных процессов в системах автоматического регулирования.

Описываемый стенд того же назначения собирается из блоков, имитирующих отдельные звенья схемы установки автоматического регулирования.

Этими блоками (звеньями) являются:

а)колебательное звено, состоящее из генератора с симметричным контуром;

б)усилительно-суммирующее звено, состоящее из суммирующего каскада, двухкаскадного усилителя постоянного тока и выходного симметричного катодного повторителя;

в)интегрирующее звено, которое составляется путем подключения к усилительно-суммирующему звену интегрирующей приставки, составленной из симметричного однокаскадного усилителя с двумя неоновыми лампами в цепи анодов, реагирующих на разность напряжения входа усилительного блока и напряжения, снимаемого с сопротивлений, включенных последовательно с конденсаторами в цепи фотоэлементов. Разность указанных напряжений приводит к значительному изменению свешвого потока неоновых ламп, освещающих фотоэлементы. Последние, резко увеличивая или уменьщая свой ток, разряжают или заряжают конденсаторы. С этих конденсаторов напряжение подается на двухкаскадный катодный симметричный усилитель.

Переходные процессы могут наблюдаться визуально при помощи миллиамперметра или на экране осциллографа.

В отличие от известных устройств для моделирования со схемами из отдельных звеньев, в состав которых входят электронные схемы, новым в предлагаемо.м стенде является: формы выполнения звена, имитирующего свободные колебания, а также усилительно-суммирующего и интегрирующего блоков; наличие и форма выполнения блока, моделирующего люфт; применение и форма выполнения устройства, состоящего из

№ 87332- 2 -

нелинейного усилителя, осциллографа и шаблона заданной формы для получения выходного напряжения определенной формы. Ниже дается описание отдельных блоков этого стенда. Схема блока колебательного звена приведена на фиг. 1.

Лампы /7i и Лз со своей схемой соединений являются основной частью блока, моделирующего колебательный контур, и образуют симметричный усилитель, поворачивающий фазу выходного напряжения (между анодами этих ламп) на 180° по отношению к входному (между сетками ламп) напряжению. Чтобы сохранить фазу неизменной, провода, идущие к сеткам лампы, перекрещены.

Сопротивления R снабжены дополнительными сопротивлениями R, закорачиваемыми кнопкой Ki, для расширения частотного диапазона. Сопротивления R плавно меняются или переключаются кнопкой /С.

В опытном образце блока при помощи набора конденсаторов и сопротивлений обеспечено непрерывное перекрытие диапазона частот 0,02-800 гц.

В анодной цепи находится основное сопротивление Ra и добавочное - проволочный сдвоенный потенциометр Ra. Этот потенциометр служит для подачи внешнего напряжения. Для той же цели служат и два постоянных сопротивления RCz, включенных в цепи сеток ламп 1 и Ла.

Допустим, что ток протекает от зажима / или 2 по потенциометру Ra2, затем через движок и зажим 3 (или 4) к 5 (или 6) протекает через одно сопротивление RC2 к заземляющему устройству (зажимам 7 или 8). При этом падения напряжения на потенциометрах Ra и С2 одинаковы, если часть сопротивления Ra-2 между зажимами 1, 2 и 3 и сопротивление RCz равны друг другу. Эти падения напряжения по отношению к контуру, состоящему из сопротивлений R и конденсаторов С, приложены с разными знаками. Изменением движка Ra, можно регулировать соотношение Lj bz (фиг. 2). Когда движок потенциометра Ra2, находится посредине, производная напряжения не подается на блок, а при перемещении движка от середины в ту или иную сторону подается производная напряжения с тем или иным знаком и с величиной, пропорциональной отклонению движка от середины.

Лампы Лз, Л являются выходным каскадом - катодным повторителем. Если присоединить зажимы 9 и 10 к заземляющему устройству, зажимы 11 и 12 к источнику тока с напряжением /7 , то между сопротивлениями /(j получим выходное напряжение. Однако при подаче на следующий каскад необходимо зажимы 9 w. 10 предыдущего каскада подключить к зажимам 5 и б последующего, а зажимы 11 и 12 предыдущего к зажимам 3 и 4 последующего каскада. Тогда анодный ток ламп Лз и Л.1 предыдущего каскада, пропорциоиальный напряжению этого каскада, будет протекать по потенциометрам Ra2 и RCz последующего каскада, создавая на них падения напряжений.

Переменные сопротивления RK (сдвоенный потенциометр) и постоянные служат для отрицательной обратной связи, а потенциометр RK2 - для симметрирования каскада.

В опытном образце блока при изменении RK были получены достаточные коэффициенты усиления ,5-ь4. Изменением величины коэффициента усиления К достигается изменение затухания контура от генерации до апериодического процесса.

Усилительно-суммирующий блок состоит из трех частей: суммирующего каскада (первые четыре лампы), двухкаскадного усилителя постоянного тока (следующие четыре лампы) и выходного симметричного катодного повторителя (последние две лампы).

На фиг. 2 показана схема суммирующего каскада. Два суммируемых напряжения подаются: L/i на сетки первой пары и U-2, соответственно, второй пары ламп. Общий анодный ток ламп является суммой токов, каждый из которых пропорционален соответствующему входному напряжению (при достаточно большом коэффициенте усиления ламп). Поэтому выходное напряжение Uеыл- суммирующего каскада пропорционально сумме входных напрялчвний.

Усилительно-суммирующий блок применяется так же, как часть интегрирующего звена. Последнее осуществляется прибавлением к усилительно-суммирующему блоку интегрирующей приставки.

Схема интегрирующей приставки показана фиг. 3. Входное напряжение Ug подается с обратным знаком на один из входов усилительно-суммирующего блока (обведенного пунктиром и расположенного слеза). На второй вход этого блока подается напряжение Уф, снимаемое с сопротивлений Rфi и Кфо, включенных последовательно с конденсаторами Ci и Cs- Таким образом, на вход усилительной части блока подается разность напряжений U..-U и на выходе усилителя получается усиленпая разпость К (U.. Напряжение с выхода усилительного блока подается на две лампы Л-i и Лз типа бФб, в анодных цепях которых находятся неоновые лампы HI и Н.2, освещающие фотоэлементы Фь Фз ч 2, Ф. Напряжение .

Величина Af/ автоматически поддерживается почти равной нулю. При коэффициенте усиления величина /(Af/ достаточно велика и изменение светового потока ламп /ii и Яо по сравнению с потоком при &U - 0 также велико. Поэтому весьма малое А (У достаточно для того, чтобы фотоэлементы Фг и Фз резко увеличили свои токи i, а фотоэлементы Ф2 и Ф4 уменьшили их. При этом конденсатор Ci станет заряжаться, а конденсатор Cz разряжаться. При изменении знака At/ происходит обратное явление - конденсатор Ci разряжается, а конденсатор Сг заряжается.

Вторая пара ламп Лз и 4 типа 6Ж7 интегрирующей приставки лТ,ля снятия напряжения с конденсаторов Cj и Со и является катодным симметричным усилителем. Так как напряжения на сетках ламп Лз и Л равны lJCl- -Uфi и , то для компенсации в катоды введены два сопротивления -/ по 10 ком, на которых имеется падение напряжения от тока выходного каскада усилителя. Это падение напряжения в первом приближении равно Ь или U0 и приложено к сеткам ламп, но со знаком, обратным знаку Оф.

Выходные лампы Л и Лв интегрирующей приставки являются симметричным катодным повторителем, служащим для подачи напряжения на следующий блок цепочной схемы.

Интегрирующий блок в целом является компенсационной схемой и поэтому его погрешность при большом коэффициенте усиления усилителя почти не зависит от колебания параметров неоновых ламп и фотоэлементов.

Устройство нелинейного усилителя с заданной формой кривой показано на фиг. 4. Картонный или бумажный шаблон, соответствующий по очертаниям требуемой зависимости, помещается на экране электронного осциллографа. Горизонтальная развертка - обычная пилообразная или треугольная симметричная. Пятно на экране при постоянном папряжении на вертикальных пластинах совершает быстрое колебательное движение. Оптическая система фокусирует световой поток от экрана на активном слое фотоэлемента. Пока световое пятно находится за цгаблоном, поток равен нулю. Когда же пятно показывается из-за

- 3 -№ 87332

№ 87332 4 -

шаблона, фототек вырастает до некоторого значения, а переменная составляющая напряжения после фотоусилителя имеет вид импульса. Чередующиеся импульсы подаются на триггерное устройство (двойной триод на схеме). Входное напряжение U. усилителя подается на нластины вертикального отклонения электронного осциллографа. Таким образом, при изменении этого напряжения величина выходного напряжения (/о„ (сглаженного) будет иметь вид такой же функции входного напряжения, которая задана бумажным шаблоном.

Предмет изобретения

1.Стенд для исследования переходных процессов в системах автоматического регулирования, отличающийся тем, что для воспроизведения .звена свободных колебаний введены два одинаковых симметрично включенных ламповых генератора, позволяющих пропускать постоянную составляющую возмущения при надлежащем усилении и достаточной стабильности.

2.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что для образования интегрирующего блока применены неоновые лампы в анодной цепи входных усилительных ламп, освещающие фотоэлементы в цепи конденсаторов, с которых снимается суммированное напряжение.

3.Стенд по п. 1, от л ич а ю щ и йся тем, что для образования усилительно-суммирующего блока применены неоновые лампы и двухкаскадный усилитель постоянного тока.

4.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что, с целью моделирования люфта, использованы конденсаторы, заряжаемые и разряжаемые через диоды, последовательно со вспомогательным напряжением.

5.Стенд по п. 1, отличающийся тем, что для воспроизведения заданной формы однозначной нелинейной зависимости последняя достигается с помощью щаблона заданной формы на экране электронного осциллографа, световой поток которого воздействует на фотоэлемент, причем отклоняющие пластины осциллографа управляются токами развертки звуковой частоты и входным напряжением, а средняя составляющая тока триггерного устройства, подключенного к выходу фотоусилителя, является величиной выходного напряжения, имеющей вид функции входного напряжения, заданного шаблоном.

cxw

i

«о