Зависимости угла сдвига фазы сигнала от частоты сигнала, эта зависимость называется фазо-частотной характеристикой (ФЧХ)

Данные зависимости анализируются на предмет возможности самовозбуждения согласно ранее рассмотренным условиям. Следует отметить, что система управления исследуется, в том числе и экспериментально, в разомкнутом состоянии, так как экспериментальные исследования системы при замкнутоой обратной связи в случае самовозбуждения могут привести к ее повреждению.

Хорошее наглядное представление сразу об АЧХ и ФЧХ дает один график по методу Найквиста (Nyquist) [1], где в полярных координатах коэффициент передачи задается длиной радиуса-вектора, а угол сдвига по фазе задается углом радиуса-вектора для каждой частоты в заданном диапазоне частот (рис.29). Максимальная частота соответствует центру графика.

Рисунок 29. Зависимость коэффициента передачи и угла сдвига по фазе от частоты в полярных координатах для системы управления в разомкнутом состоянии. Диапазон частот для САУ может начинаться значительно ниже по сравнению УЗЧ, от долей герца. На графике (рис.29) минимальная частота диапазона соответствует крайней правой точке, в ней коэффициент передачи равен 4, а угол сдвига по фазе равен 0. Поскольку сигнал обратной связи вычитается, то есть подается со сдвигом по фазе 1800, то при минимальной частоте действует нормальная отрицательная обратная связь. А вот положительная обратная связь возникает при пересечении кривой оси абсцисс слева от центра. Но при этой частоте в приведенном примере не возникнет самовозбуждения, так как коэффициент передачи меньше 1 – пересечение внутри круга с радиусом 1. В целом график показывает, что САУ устойчива. Повышение коэффициента усиления К с целью повышения точности системы имеет отрицательную сторону – оно повышает вероятность самовозбуждения системы (снижает устойчивость).

Силовые импульсные цепи

Преобразование постоянного тока в импульсы стало очень широко использоваться в силовых цепях, передающих значительные мощности, после разработки простых, дешевых и достаточно надежных мощных ключей на тиристорях, биполярных и полевых транзисторах, а также на биполярных транзисторах с изолированным затвором (insulated gate bipolar transistor - IGBT) – гибриде полевого транзистора и биполярного. Такое преобразование можно встретить в блоках питания, мощных современных усилителях звуковой частоты класса D, в устройствах электропривода с регулированием частоты вращения (последнее будет рассматриваться при изучении управления движением). Терморегулятор ТРМ251 (рис.30) также управляет ключами БКСТ, которые изменяют токи в электропечи сопротивления. На рис. 37 показана схема работы ключа при изменении тока и мощности в цепи.

Рисунок 37. Изменение тока в цепи с помощью ключа

Для сравнения вверху слева показан случай изменения тока с помощью переменного резистороа (реостата), но в нем теряется мощность Р. Ниже показана работа ключа при изменении тока, в данном случае действующего значения тока Iд. При этом теоретически на ключе не теряется мощность, так как в разомкнутом сотоянии ток через ключ равен нулю, а в замкнутом состоянии напряжение на ключе равно нулю. Используется обычно два метода изменения параметров импульса:

Широтно-импульсаная модуляция (ШИМ), когда изменяется скважность импульсов,

Частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), когда изменяется частота импульсов.

Рисунок 38. Принцип работы электронного ШИМ-модулятора и анало-цифрового преобразователя (АЦП).

На рис. 38 показан принцип работы электронного ШИМ-модулятора, в котором применяются: генератор пилообразного напряжения, компаратор и R-S триггер, дающий выходные прямоугольные импульсы внизу рисунка. Когда пилообразное напряжение Uп равно 0, триггер устанавливается, при совпадении модулируемого напряжения U1 или U 2 и пилообразного напряжения Uп компаратор сбрасывает триггер. Длительность импульсов на рисунке увеличивается в 2 раза, так как U 2 в 2 раза больше, чем U1, при этом частота импульсов неизменна. Линейно растущее (пилообразное) напряжение можно получать двумя способами: