РАЗДЕЛ 2
ПОВЫШЕНИЕ ПОРЯДКА АСТАТИЗМА
СЛЕДЯЩИХ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ
К радиотехническим и силовым электронным устройствам (РТ и СЭУ) с дискретным
(импульсным и цифровым) управлением, работающим в следящем режиме, относятся
усилители и следящие инверторы [14, 16, 17, 37, 78-80].
Среди усилителей, работающих в импульсном режиме, наиболее распространены
усилители класса D с широтно-импульсной модуляцией.
Усилители с цифровым управлением – одно из наиболее перспективных направлений в
усилительных устройствах, которое позволяет в полной мере реализовать
потенциальные возможности силовых полупроводниковых приборов. В настоящее время
все большее применение находит дельта-модуляция. Дельта-модуляция (ДМ)
представляет собой разновидность разностных систем с предсказанием. В схеме
линейной (классической) ДМ в качестве предсказателя может использоваться
ординарный интегратор (ЛДМ-1) либо двойной интегратор (ЛДМ-2). Переход к
двойному интегрированию в схеме ЛДМ изменяет характеристики системы, в
частности, повышает защищенность от шума квантования.
Помимо повышения энергетических показателей РТ и СЭУ важным направлением
является улучшение качественных (точностных) показателей. В публикациях,
посвященных этой тематике основное внимание уделяется схематическим решениям в
классе замкнутых систем. В системах управления по отклонению уменьшение
установившейся и переходной составляющих ошибки можно достичь изменением
параметров (коэффициентов передачи, постоянных времени отдельных звеньев) либо
введением различных корректирующих устройств. В частности, в замкнутый контур
управления вводят дополнительное интегрирующее звено, охваченное жесткой прямой
связью [172] (метод В.А. Боднера); или усилитель с очень большим коэффициентом
усиления, охваченный корректирующей отрицательной обратной связью [92] (метод
М.В. Меерова); применяют корректирующую критическую обратную связь,
охватывающую один из каскадов усилительного устройства [173] (метод Т.Н.
Соколова); или во внешнюю жесткую отрицательную связь вводят частотно-зависимые
элементы (метод Л.Г. Кинга); или используют внутреннюю корректирующую обратную
связь [174] (метод
Н.И. Соколова) и другие методы.
Однако в системах с управлением по отклонению условия уменьшения вынужденной и
переходной составляющих ошибки противоречивы. Поэтому при выборе параметров
таких систем необходимо принимать компромиссное решение, удовлетворяющее
одновременно требованиям к точности как в установившемся, так и в переходном
режимах.
Более перспективны системы с комбинированным управлением, сочетающие управление
по отклонению и задающему воздействию. Условие повышения точности в этих
системах не зависят от условий устойчивости ввиду отсутствия противоречия между
условиями инвариантности и устойчивости.
Проблеме компенсации возмущения в системах автоматического управления (проблема
инвариантности) впервые отражена в работе
Г.В. Щипанова [95]. Ее дальнейшее развитие связано с работами многих советских
и украинских ученых.
2.1. Повышение порядка астатизма усилителей класса D
Своим вторым рождением усилители класса D обязаны возросшему спросу на
усилители с высоким КПД и последним достижениям в полупроводниковой
технологии.
КПД усилителя класса АВ при усилении синусоидального сигнала составляет
приблизительно 67%, а класса D (при тех же условиях) – 80%. Возникает вопрос об
оправданности повышенного интереса к классу D. Но если рассмотреть эти же
усилители при работе с реальным звуковым сигналом, коэффициент амплитуды
которого составляет 10…15 дБ, то ситуация меняется коренным образом. При этом
условии КПД усилителя класса АВ падает до 30…45%, а КПД усилителя класса D
поднимается до 90% [16].
Усилители класса D могут работать в режиме усиления аналоговых или цифровых
сигналов (без их предварительного преобразования в аналоговые). Усиление
аналоговых сигналов осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции
(ШИМ). Для усиления цифровых сигналов на входе нужно использовать
преобразователь “Цифра-цифра”. Входной цифровой сигнал преобразуется в
последовательность одноразрядных сигналов импульсно-кодовой модуляции (ИКМ),
которые подаются непосредственно на усилитель мощности.
На выходе усилителей класса D обычно включают фильтр нижних частот (ФНЧ),
представляющий собой Г-образный LC-фильтр 2-го порядка, для защиты нагрузки от
действия частоты коммутации и высокочастотных помех. К сожалению, фильтр
значительно увеличивает габариты и стоимость усилителя, поэтому производители
борятся за снижение габаритов компонентов фильтра так, в усилителе ТРА005D02
фирмы Texas Instruments применен фильтр Butterworth второго порядка, который
позволяет сократить стоимость усилителя на 30% [175].
В усилителях третьего поколения ТРА2001D2 применен оригинальный метод ШИМ,
позволяющий использовать фильтр 1-го порядка, а, в ряде случаев, вообще
отказываться от ФНЧ на выходе усилителя [176].
Помимо энергетических и стоимостных показателей важным направлением является
улучшение качественных (точностных) показателей усилителей. В публикациеях,
посвященных этой тематике основное внимание уделяется схемотехническим решениям
в классе замкнутых систем усилителей без использования методов теории
автоматического управления, в частности, теории инвариантности. Более широкими
возможностями обладают усилителя, использующие принцип комбинированного
управления, т.е. сочетания принципа управления по отклонению и принципа
управления по возмущению.
В разделе решаются вопросы повышения точности усилителей класса D в классе
комбинированных систем с использованием метод
- Киев+380960830922