Усилитель выстрою канала

Усилитель медленного канала выполнен по схеме, показанной ранее на рис. 2.26, он обеспечивает усиление напряжения сигнала, если это требуется, но главное его достоинство — усиление мощности. Выходное напряжение может изменяться в диапазоне ± 10 В. Низкое выходное сопротивление позволяет работать на кабель с волновым сопротивлением 50 Ом, что крайне важно для снижения электрических наводок на этот кабель.

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ КОРРЕКТИРУЮЩИХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Для расчета корректирующих звеньев рассмотрим структурную схему системы, отображающую взаимосвязь между физическими величинами, изменяющимися во времени в ходе работы системы. Ее вид определяется линеаризованными дифференциальными уравнениями, описывающими отклик каждого элемента системы и связи между этими элементами. Соединения основных элементов системы АПЧ лазера к резонансу поглощения показаны на рис. 11.4.

Рис. 11.4. Основные элементы, определяющие вид структурной.

схемы В структурной схеме простейшие узлы, описываемые коэффициентом передачи, могут быть объединены в один элемент. На рис. 11.5 показана сгруктурная схема, в которую также включены источники шумов в различных узлах N, (5) и возмущающее воздействие #($) — девиация частоты под влиянием внешних факторов. Эти шумы могут быть пересчитаны к единой точке приложения и объединены.

Рис. 11.5. Структурная схема системы:

V (s) — задание; Е (.ч) — ошибка; L'(.v) — управление; Л^у) — выходное состояние; К (5) управляемая величина; Z (s) — измеряемая величина;

//(s) — возмущающее воздействие; N,(s) — шум фогоприемника Д^г|(л), фильтра N₂(s) и синхронного детектора Ny (s)

Синхронный детектор преобразует частотный спектр сигнала на ПЧ (при подаче пробного сигнала) и обратно на НЧ (при демодуляции), полосовой фильтр в тракте ПЧ при математическом анализе может быть пересчитан как эквивалентный ФНЧ. В схеме использованы обозначения, раскрытые в иодрисуночной подписи. В прямоугольниках, обозначающих элементы, вместо их названия должны быть вписаны соответствующие передаточные функции: фильтров (приведенных к эквивалентному ФНЧ), синхронною детектора, интегратора, канала БПМ, МПМ и лазера (рис. 11.6).

Рис. 11.6. Структурная схема системы АПЧ:

>Г|(.?) и ИЛ (5) передаточные функции эквивалентных ФНЧ Передаточная функция эквивалентного полосового фильтра имеет вид.

Передаточная функция усилителя быстрого канала имеет следующий вид:

Инерционностью усилителя в данном случае можно пренебречь в силу малости значения Гу_Б в сравнении с 7]. Передаточная функция интегратора быстрого канала имеет вид.

Передаточная функция интегратора медленного канала имеет такой вид:

Передаточная функция лазера с ячейкой РГ₆(^) определяется из эксперимента. С этой целью необходимо обеспечить устойчивую обратную связь в некоторой полосе, что достигается по методике эмпирической настройки регуляторов. После этого в замкнутый контур на каком-нибудь суммирующем элементе вносится возмущение (например, V) при различных значениях частот и наблюдается отклик на выходе системы (/?), а также на выходе суммирующего элемента (Е).

На рис 11.7 показана экспериментально измеренная ЛАЧХ разомкнутого контура, на рис. 11.8 — возможный вид спектральных плотностей сигнала и шума.

Рис. 11.7. График ЛАЧХ разомкнутого контура lV_P(s).

Рис. 11.8. Возможный вид спектральных плотностей сигнала Ss ((о) и шума S{(.o) и оптимальное для этого случая значение частоты среза замкнутой системы coco.

В области со «(Ос выполняется соотношение Е (со)*К (со), поэтому АЧХ разомкнутого контура приблизительно совпадает с АЧХ замкнутого контура. В области со «со^ выполняется соотношение ?(со)» V(со) / 1?р (со),.

что также позволяет экспериментально исследовать АЧХ разомкнутого контура. Таким образом, оптимизация системы АПЧ осуществляется последовательным приближением: после обеспечения устойчивости можно уточнить АЧХ, а по результатам улучшить параметры системы и т. д.

РАСЧЕТ РЕГУЛЯТОРА МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

Если известна математическая модель объекта управления, го одним из эффективнейших методов расчета регулятора будет метод численной оптимизации [6, 9]. Достоинство этого метода состоит в том, что он прост в применении и эффективен при сколь угодно сложных моделях объекта. В работах [6, 9] также приведено обоснование для предпочтений программы перед программами МАИ, А В (ЗтиНпк) МспкСАО и некоторыми другими.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

• 1. Нарисуйте простейшую структуру электронной части АПЧ и поясните принцип ее действия, соотнося эту схему со структурной схемой всей АПЧ лазерного излучения.
• 2. Нарисуйте и обоснуйте функциональную схему генератора.
• 3. Изобразите схему регулятора и поясните назначение всех регулировочных элементов и коммутаторов.
• 4. Каким образом формируется сигнал для развертки X осциллографа, необходимой для наблюдения сигнала с выхода СД при настройке на экстремум? Обоснуйте.
• 5. Опишите принципы и результаты расчета регуляторов для АПЧ.