Выбор пределов регулирования

Чаще всего обоснование для выбора пределов регулирования бывает заложено в технических условиях на вновь создаваемую конструкцию. Например, для радиовещательных приемников ГОСТ заранее задаются границы диапазонов принимаемых волн, указывается степень необходимого завала и подъема частотной характеристики УНЧ регуляторами тембра, для телевизоров задается число принимаемых. программ и частоты соответствующих каналов и т. п.

Однако такие явно заданные пределы регулирования устанавливаются далеко не всегда. Чаще конструктору приходится самому определять эти пределы, исходя из сопоставления технических требований на устройство, условий его работу, особенностей схемы, параметре используемых ламп, транзисторов и т. д.

Рассмотрим на конкретном примере методику выбора пределов регулирования для регулятора частоты кадров в телевизоре.



Вначале опытным путем на первых макетах или образцах телевизоров устанавливают рабочую область собственных частот задающего генератора, в пределах изменения которой он не выпадает из синхронизма при наличии нормального сигнала синхронизации. Пусть к примеру для генератора кадровой развертки это будут частоты от 36 до 48 гц. Следует напомнить, что для нормальной работы и синхронизации задающего, генератора его собственная частота должна всегда быть ниже принудительной рабочей частоты — в данном случае ниже 50 гц и что по ряду соображений (правильное расположение защитных полос по краям растра, наибольшая помехоустойчивость синхронизации и т. п.) желательно, чтобы собственная частота генератора всегда была близка к середине этого интервала. Берутся частоты Зб-т-48 гц и определяется их среднее арифметическое, равное 42 гц.

Затем также опытным путем определяется, насколько изменяется собственная частота задающего генератора от допустимого изменения питающих напряжений, от допустимых колебаний окружающей температуры и всех остальных дестабилизирующих факторов.

Пусть в данном случае такие крайние максимальные отклонения равны —6 и +9 гц от некоторой исходной частоты. Следовательно, ручной регулятор должен позволять компенсировать эти изменения частоты, т. е. пределы его регулирования должны позволять в нормальных исходных условиях изменять собственную частоту задающего генератора в пределах от 42—0=33 гц до 42+6=48 гц.

К тому же с течением времени лампы, транзисторы, диоды и другие элементы схемы могут «стареть», т. е. изменять свои первоначальные параметры. Чтобы учесть и эти дестабилизирующие явления, нужно заранее задаться 10-процентным запасом регулировки, т. е. в данном случае расширить пределы регулирования до 48+4,8=62,8 гц и 33—3,3=29,7 гц, или, округляя до целых значений, до 29-4-53 гц. Эти пределы и будут являться нормальными пределами регулирования для ручного регулятора частоты кадров.

В рассмотренном примере пришлось выбирать два предела регулирования — верхний и нижний. Таких регуляторов довольно много: двусторонние регуляторы тембра (подъем и завал характеристики), регуляторы плавной настройки в приемнике, регуляторы яркости, контрастности, четкости, фокусировки, частоты строк и кадров в телевизоре и т. п. Все эти регуляторы можно отнести к первой группе. Общим для них является наличие оптимальных пределов регулирования («от» и «до»), причем, как сужение, так и расширение этих пределов одинаково нежелательно.

Вторую группу составляют регуляторы, для которых существует ограничение одного предела (чаще всего — «не меньше»). У таких регуляторов расширение пределов выше (или ниже) указанного не только допустимо, но даже желательно, однако, как правило, такое расширение сопряжено с техническими трудностями или требует дополнительных затрат.

В качестве примера можно привести ручной регулятор громкости.

Наконец, к третьей группе можно отнести регуляторы, для которых существуют лишь точные дискретные значения регулируемого параметра, всякие отклонения от которых недопустимы или, по крайней мере, нежелательны. К ним относятся переключатели фиксированных настроек, стабилизаторы напряжений, системы автоподстройки частоты или фазы и многие другие.

Для регуляторов этой группы пределы регулирования в идеальном случае должны быть сведены к нулю, и только из-за несовершенства аппаратуры этот предел. все же задается (например, для стабилизатора напряжения указывают, что выходное напряжение должно поддерживаться на уровне 200 ±2 в или ±0,5%). При конструировании аппаратуры с такими регуляторами необходимо стремиться уменьшать пределы регулирования до разумно достижимого уровня.

Непосредственное и косвенное регулирование В теории автоматического регулирования обычно употребляют термины «прямое» (непосредственное) и «непрямое» (косвенное) регулирование, причем эти термины в основном предполагают наличие или отсутствие в системе регулирования вспомогательного- источника энергии (движущей силы), приводящего в действие исполнительный регулирующий орган.

Применительно к радиотехническим системам регулирования в эти термины вкладывается несколько иной смысл. Под непосредственным регулированием нужно понимать такое, при котором в процессе регулирования происходит изменение только одной физической величины, хотя это изменение может быть аргументом различных функций одного и того же переменного.

Примерами непосредственного регулирования могут служить простые ручные регуляторы громкости, поскольку громкость есть некоторая функция амплитуды переменного напряжения звуковой- частоты, а вращение регулятора громкости изменяет именно амплитуду переменного напряжения этого же спектра.

Примером косвенного регулирования может служить система АРУ. В ней переменное напряжение сигнала изменяет величину постоянного напряжения на выходе детектора АРУ, которое, в свою очередь, изменяет коэффициент усиления УПЧ, являющийся безразмерной величиной, а он изменяет амплитуду переменного напряжения, подводимого к детектору сигналов.

Можно видеть, что в отличие от ручного регулирования громкости, при автоматическом регулировании усиления происходит изменение нескольких различных физических величин: переменного напряжения, постоянного напряжения, коэффициента усиления. При дальнейшем изложении понятиям непосредственное и косвенное регулирование будет придаваться именно такой смысл. Характерными особенностями большинства непосредственных регуляторов являются безынерционность, большие пределы регулирования, сравнительно малая подверженность воздействию внешних помех.

Непосредственное регулирование чаще всего используют в ручных регуляторах, для которых величина регулируемого параметра является произвольной и устанавливается по желанию оператора.

Косвенное регулирование применяют во всех случаях, когда прямое регулирование невозможно, либо когда косвенное регулирование проще, надежнее или дешевле прямого. Кроме того, косвенное регулирование используется в подавляющем большинстве систем дистанционного управления.



Косвенные регуляторы обычно (но не всегда) имеют заметную» инерционность и в большей степени, чем прямые, подвержены воздействию помех. В современной радиоаппаратуре высокого класса- косвенных регуляторов, как правило, больше, чем прямых, и только в дешевых массовых изделиях наблюдается обратная картина.

Общий принцип автоматического регулирования Автоматическим регулированием называется процесс поддержания на заданном уровне или изменения по заранее заданной программе какого-нибудь параметра специальным устройством — автоматическим регулятором.

Потребность в автоматическом регулировании возникает потому, что установленный первоначально режим схемы, узла, механизма или радиоустройства в целом обычно довольно быстро нарушается различными внешними воздействиями, которые будут объединены общим понятием «дестабилизирующие факторы».

Для поддержания постоянства какой-либо величины существуют разные методы. Однако подавляющее большинство систем автоматического регулирования в радиоаппаратуре работает по принципу контроля самого регулируемого параметра (например, частоты гетеродина) и выработки сигнала компенсации, изменяющего непосредственно этот параметр на необходимую величину. В этом случае системе принципиально безразлично, каким именно воздействием вызвано отклонение регулируемого параметра, что делает систему универсальной, позволяющей компенсировать ошибку, вызываемую самыми разнообразными дестабилизирующими факторами и их комплексным воздействием на регулируемый объект. Поэтому здесь будут рассмотрены некоторые вопросы, общие для всех подобных систем. Для этого целесообразно все системы регулирования разделить на электрические, электромеханические и механические.

Электрические системы регулирования Электрическими системами регулирования здесь названы системы, не содержащие электромеханических переходов внутри самой системы, т. е. такие, у которых механическое воздействие оператора на орган управления регулятором или сигнал расстройки вызывает чисто электрические изменения регулируемого параметра непосредственно, без промежуточных механических воздействий или передач.

Например, ручной регулятор плавной настройки со сложным механическим верньером является чисто электрической системой.

В то же время простейшая система моторной настройки, содержащая всего лишь одну пусковую кнопку двигателя для вращения блока переменных конденсаторов настройки, является не электрической, а электромеханической, так как здесь оператор, воздействуя на кнопку, управляет электрической цепью питания обмоток двигателя, а не частотой настройки; последняя же изменяется вследствие воздействия на блок переменных конденсаторов усилителя двигателя, а не оператора.

К чисто механическим системам при такой классификации следовало бы отнести системы, в которых воздействие оператора на орган управления регулятором приводило бы непосредственно к механическим изменениям регулируемого параметра, однако в радиовещательной аппаратуре таких регуляторов очень немного. В качестве примеров можно привести механические регуляторы числа оборотов электропроигрывателей или регуляторы положения вращаемых магнитных антенн в радиоприемниках.

Электрические системы регулирования в широковещательной аппаратуре гораздо больше распространены, чем механические и электромеханические. Это объясняется исключительной простотой, высокой надежностью таких систем и отсутствием специфических недостатков, присущих механическим и электромеханическим системам («мертвые зоны», инерция, моменты, трения и пр.).

Электрическими могут быть как ручные, так и автоматические регуляторы. К первым можно отнести регуляторы громкости, яркости, тембра, ко вторым — системы АРУ, АПЧГ, АПФ и другие.

Электрические регуляторы целесообразно применять в радиовещательной аппаратуре во всех случаях, за исключением тех, когда регулирование требует от оператора либо применения больших усилий (например, переключение каналов в телевизоре), либо длительного воздействия на орган управления регулятором (например, при перестройке приемника от начала до конца диапазона с помощью верньера с большим замедлением) Электрические регуляторы не имеют недостатков по сравнению с электромеханическими, а механическим они уступают только в стабильности и помехоустойчивости, поэтому при конструировании радиоаппаратуры без особой необходимости не следует стремиться к замене электрических регуляторов электромеханическими.

Электромеханические системы регулирования

Наибольшее применение электромеханические регуляторы находят в системах дистанционного управления и коммутирующих устройствах. Это объясняется тем, что при дистанционном управлении проще передавать исполнительному механизму не физические усилия оператора, а их электрический эквивалент. В этом случае отпадает необходимость в громоздких механических передачах, тросах и т. д. Замена механических передач электропроводами позволяет отнести пульт дистанционного управления практически в любое место •и на большие расстояния от регулируемого объекта.

Использование электромеханических систем регулирования позволяет создать полностью автономный беспроводной пульт управления (ультразвуковой, световой или радиочастотный), что невозможно при использовании других систем регулирования.

Наконец, электромеханические системы незаменимы, когда управление регулятором требует от оператора больших или длительных усилий.

В подавляющем большинстве электромеханических систем, применяемых в радиовещательной аппаратуре, исполнительным механизмом является электродвигатель или привод соленоидного типа. Это обстоятельство во многом определяет специфику всей системы, поскольку электрическая часть электромеханического регулятора, по существу, ничем не отличается от чисто электрического регулятора.

Использование двигателей и соленоидов, прежде всего, лишает электромеханический регулятор безъинерционности, поскольку время разгона и остановки приводных механизмов вполне реальное, а иногда довольно большое, что объясняется трением в момент пуска и механической инерцией в момент выключения системы.

Это один из существенных недостатков всех электромеханических регуляторов, который во многих случаях ставит предел достижимой точности регулирования. Другим, хотя и менее существенным, недостатком является создание регулятором помехи, чаще все- то в езде сильных электрических и магнитных полей. Например, при- ао ж им ной электромагнит в магнитофоне в момент включения создает мощное магнитное поле, которое при отсутствии специальных защитных мер может намагничивать магнитную ленту и воспроизводящую головку.

Для борьбы с указанными недостатками применяются различные меры. Например, вредное влияние момента трения, снижающего чувствительность электродвигателя к слабым управляющим сигналам, можно во много раз уменьшить, питая его не постоянным, а пульсирующим током, поддерживающим ротор в состоянии постоянной незначительной вибрации. Время разгона двигателя резко сокращают путем значительного форсирования пускового режима. Для эффективного торможения используют кратко временное включение напряжения обратной, фазы или полярности, либо на: время торможения накоротко замыкают обмотки двигателя.



Для уменьшения времени срабатывания соленоидов используются две схемы,. приведенные на рис. 1. Они построены по принципу подачи на катушку соленоида в момент включения повышенного напряжения и удерживании его в притянутом положении после срабатывания значительно меньшим напряжением.

Другие меры преодоления недостатков, присущих электромеханическим системам, будут рассмотрены далее на конкретных схемах регуляторов. При конструировании аппаратуры необходимо помнить, что, помимо указанных недостатков, электромеханические регуляторы из-за наличия движущихся деталей обладают более низкой надежностью, чем регуляторы других типов, требуют более регулярного ухода, чистки, смазки, поэтому их следует применять только в случаях действительной необходимости.

Яндекс.Метрика