Автоматический следящий компенсатор переменного тока

О П И С А Н И Е пп 473964ИЗОБРЕТЕНИЯ Сова Советских Социалистических Республик(51) М. Кл, б 01 г 27 с присоединениев вки Государственный комитет Совета веинистров СССР 32) Приоритет Опубликовано 15. Бюллетень22 1.31,727.2 (088.8) елем изобретени н открытий Дата опубликования описания 17.1А. В, филипп нингр адский очнои механики птик стит АВТОМАТИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ КОМПЕНСАТО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА2 25 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, смеси- тель, 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 олновременно двумя автоматизированными приводами, воздеиствующими на образцовые меры амплитуды и фазы. Таким образом, текущие значения параметров входного напряжения могут быть оп ределены по координатам подвижных частейобразцовых мер компенсационной системы.Однако в известном автокомпенсаторе фазовый канал влияет на работу канала измерения амплитуды в динамическом режиме, так 1 О как управляющий сигнал в амплитудном канале зависит от разности фаз входного и компенсирующего напряжений, кроме того, он обладает конечным быстродействием (инерционностью) канала измерения фазы, по 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 впредлагаемый автокомпенсатор введены последовательно соединенные второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты и лва канала, один из которых состоит из последовательно соединенных фазового детектозо ра, полосового фильтра и фазирующей цепи,3а 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;а фиг. 2 - системы координат измеряемого и компенсирующего напряжений; на фиг, 3 - фазовая траектория выходных координат автокомпенсатора; на фиг. 4 - диаграмма напряяе ий, иллюстрирующая подавление помехи в амплитудном канале автокомпенсатора,Предлагаемый автокомпенсатор содержит клистронный гетеродин 1, фазовый детектор 2, полосовой ЛС-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 (УГ 1 Ч), 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, ЯС-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 (11), регулирую 1 цее частоту выходных колебаний. На входы смесителей 8 и 30 воздействуют измеряемый сигнал СВЧ (1), через ферритовые вентили 15 и 19 - энергия колебаний гете- родина. 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 5 30 35 40 45 50 55 65 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 (11) с ФАПь 1. 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 на угол л/2 между опорными напряжениями для фазовых детекторов измерительных каналов. Опорные напряжения дополнительно подвергаются фазовой модуляции 11-образными импульсами (Ч) 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 У 11 Ч с таким расчетом, что в пределах всего динамического диапазона установки произведение коэффициентов передачи образцового аттенюатора и УГ 1 Ч 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 ОХУ (неподвижная) связана с измеряемым сигналом, а система координат О(7 Р - с компенсирующим напряжением, причем система О(/Р может быть повернута относительно системы координат ОХУ в соответствии с фазовым сдвигом сравниваемых напряжений. Система координат О(1 Р моделируется опорными напряжениями двух фазовых детекторов.Допустим, что коэффициент передачи УПЧ равен единице, на вход системы полано напряжениеа, = а, в 1 п ойа в цепи обратной связи действует аос (1) = а, з)п (со, + ср),Напряжение ошибки а, является причиной возникновения сигналов а)гт и а)гг на нагруз- КаХ фаЗОВЫХ ЛЕтЕКтОРОВ. СИГНад а)1 с ВЫЗЫ- вает такое лвижение ротора образцовой меры фазы, в результате которого система координат ОЫ 1 совмещается с системой ОХУ. Так как эта операция выполняется не мгновенно, по сигналу а)гг, приемный элемент образцового аттенюатора перемещается, хотя из начальных условий1 а=1 а сНеустановившийся режим при скачке фазы исслелован 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 - 03 с. На фиг. 3 показана траектория изменения выходных коорлинат системы, снятая при начальных условиях:а,) =а), г = 170.На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подается напряжение с лдтчика фазы, а на вертикально Отклоняющие пластины -- с Лятчика амплитуЛы. Начало коорЛ;1- нат соответствует точке линамичсского лиапазоиа 5 10 - " В (на 40 лБ ниже опорного уровня на 5 1 О - -В) . Масштао вертикальной развертки составляет 1 лБ/мм, а горизонтально - 4,72 грал)мм. В процессе отработки нд- ЧЯЛЬН)о)Х уСЛОВИй ЛИНаМИЧЕСКая ОШПбКЯ ЯМ- плитулного канала лостигля 9 лБ. При статической погрешности о=0,02 лБ указанная величина линд мичсской ошибки совершенно иелопустимд.Принцип 1 рормирования сигнала а.,-, поЛавляющсго помеху а)р; в амплитулном канале, иллюстрируется фиг. 4. Для решения этой залачи используются напряжения а и аиСОЯ 1Измеряемый 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, фазирую отей цепи 35. Вертани линейка спадает сит. нал, пропорциональный а., соаИ, а ииж. няя - сигнал. пропорциональный а,. Фазовый летектор 27 идентичен детектору 20. На выходе летектора 32 создается сигнал постоянного тока, который в лальнейшем полвергается молуляцпи в модуляторе 34. Напряжение модуляции (Ч) когерентно напряжению (1 У), Благодаря фазпрующим цепям 29, 35 достигается точное выполнение указанных на схеме операций. Коэффициент передачи УПЧ лополнительного устройства регулируется сигналом с функционального преобразователя 24.Полная нейтрдлзация влияния фазового канала на амплитудный в прелелах лпнамичсского лидпдзонд явтокомпенсаторя лостигается при условии илснтпчности регулировочных характеристик лвух УПЧ 9, 31 и равенстве постоянных времени фильтров 3, 21, 28 и 33. 1 О 15 20 25 Автоматический слелящий компенсатор переменного тока, содержащий послеловательно соелинениыс гетеролпн, смеситель, усилитель промежуточной частоты с параметрическим регулированием и лва параллельных канала (амплптулный и фазовый), в кажлом из которых послеловатсльно сослинены фазовый летектор, фильтр, усилитель. электроЛВИГЯТСЛ 1 о С ЭЛЕМСНТяМИ 1 ьоррСКТИроняиня, Образцовая мсрд олного из параметров измеряемого сигналя и фдзов 1,ш молулятор опорного напряжения, отлич д)о щийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него ввелень) послсловдтсльно соелиненные второй смеситсль. второй усилитель промсжу- ТОЧНОЙ ЧЯСТОТЫ И ЛВД КДНЯЛД, ОЛИН ИЗ КОТО- рых состоит из послсло 1 гательио соелинен- Н)о)Х фаЗОВОГО ЛстСКтОРД, ПОЛОСОВОГО фИЛЬтра и фазиру)ощсй цепи. а другой - из после- ЛОВЯ.СЛЬНО СОСЛИСНЬгХ ДМПЛИТЛНОГО ЛЕтЕК- торя. фильтря низкой частоты, молулятора и фдзируюи)ей испи, причем вхол второго сме- СнтСЛЯ ГОЛКЛЮЧСН К ДЯЛОГиг)НОМУг ВХОЛУ ПЕР- гого смесителя. управ,)яющ)ш гхол второго УС 1)ЛИТСЛЯ ПРОМСЖУТОьНой сс)СТОТ 1 о ПОЛКЛЮ- чсн к аналогичному вхолу первого усилите. ля промежуточной частоты, выхол второго услитсля) промежуточной частоты полключен к вхолдм ямплтлного и фазового летек- ТОРОВ ВВЕЛЕНИ)о)Х КаНаЛОВ, ВХОЛ фаЗОВОГО ЛСТЕКТОРЯ ПОЛКЛ)ОЧСН К 11 ЫХОЛУ Ч 1 сЛЗОВОГО М 0- луляторя опорного напряжения, д выхолиые сигналы фазирующих цепей через корректирующий элемент поланы в амплитулый ка- ндл 30 35 40 ч 5 5060 Прелмет изобретенияЗаказ 293615ЦНИ Подписноеюв СССР пографпя, пр. Сапунова, 2 Изд.1522 И Государственогопо делана изоб Москва, Ж,Тираж 902омитета Совета Миниетений и открытийаушская наб., д. 45