Электроника?.. Нет ничего проще! - Жан-Поль Эймишен

Рис. 140. Антенна поворачивается двигателем, управляемым током усилителя. Для определения занимаемого антенной положения с ее осью соединяется ось потенциометра, напряжение с которого указывает угол поворота антенны по шкале вольтметра V.

Л. — Все это очень хорошо. И я не вижу, какой совет я мог бы тебе дать. На мой взгляд, ты прекрасно справился с поставленной задачей.

Н. — Хм… только наполовину. По правде говоря, и я и мой приятель не очень довольны полученными результатами. Двигатель обладает определенной инерционностью, и чтобы антенна остановилась в нужном месте, его необходимо выключить немного раньше. Чаще всего антенна проскакивает нужный угол, и ее приходится поворачивать в обратную сторону. Нередко она вновь проскакивает заданный угол, и тогда приходится продолжать управление ею.

Л. — Я не только знаю решение, но и очень рад, что ты поставил передо мной эту проблему. Представь себе, что мы хотим заставить антенну совершить определенное движение, а точнее говоря, заставить ее занять заданное положение. В качестве органа управления мы используем второй потенциометр, который но мере возможности должен быть идентичным потенциометру, механически соединенному с антенной. Я могу даже посоветовать тебе укрепить этот второй потенциометр па доске, пропустив сквозь нее его ось. На доску ты можешь наклеить карту мира и тогда стрелка, соединенная с движком потенциометра, прямо покажет, куда направлена антенна.

Н. — Если в дополнение к изложенному ты расскажешь мне, как создать такую систему, то я стану в глазах моего приятеля самым великим инженером всех времен.

Л. — Ты увидишь, что для этого достаточно нескольких часов. Мы подадим одно и то же постоянное напряжение на обмотку антенного потенциометра и второго потенциометра, который назовем управляющим. Это мы сделаем для того, чтобы добиться равенства потенциалов на движках управляющего и антенного потенциометров.

Н. — Понятно, я даже догадываюсь, что — ты сейчас предложишь сделать. Ты скажешь, что вольтметр следует включить между движками потенциометров и, воздействуя на управляющее двигателем устройство, выставить вольтметр на нуль.

Л. — В одном ты прав, воздействие на занимаемое антенной положение сведет разность потенциалов между движками потенциометров к нулю. Только осуществлять эту операцию будет не твой друг, а автоматическая система.

Представь себе, что разность потенциалов между двумя движками подается на вход усилителя, выходной ток которого управляет вращением двигателя антенны. Если твой усилитель сделан хорошо и правильно пропускает постоянную составляющую, твоя проблема частично уже решена.

Н. — Чудесно! Я немедленно отправлюсь к своему приятелю устанавливать эту систему и…

Л. — И поссоришься с ним до конца своих дней! Если ты установишь эту систему без специальных мер предосторожности, то будешь пренеприятно удивлен зрелищем судорожно дергающейся антенны; антенна будет непрерывно дергаться до тех пор, пока не разрушится сама или не выйдет из строя двигатель, или не произойдет одновременно и то и другое.

Н. — Ты верен себе. Сначала описываешь заманчивое решение, а затем, не объясняя причин, заявляешь, что воспользоваться им нельзя!

Л. — He горячись, нужно просто внести в первоначальную схему небольшие усовершенствования, и она станет пригодной для практического использования. Колебания, о которых я тебе говорил, действительно могут произойти. Они вызываются тем, что при автоматическом управлении антенна и двигатель ведут себя точно так же, как и при испытанном тобой ручном.

Когда двигатель приводит в движение антенну, чтобы привести ее в заданное положение, он приобретает определенную инерцию. В момент прихода антенны в нужное положение двигатель обесточивается, но инерция заставит его проскочить заданное положение, в результате чего напряжение на его выводах переменится и двигатель начнет вращаться в обратную сторону. Возможно, что возникшие таким образом колебания успокоятся и все сооружение войдет в состояние устойчивого равновесия, но также возможно, что колебательные движения будут продолжаться бесконечно. В этот момент должна включиться система гашения колебаний.

Н. — Я знаю, как вызвать затухание колебаний в контуре, но не представляю, как остановить колебательные движения двигателя?

Л. — И тем не менее используемые в обоих случаях способы весьма сходны. Чтобы вызвать затухание колебаний в контуре, к его выводам подключают сопротивление, вызывающее рассеяние энергии на этом сопротивлении. А для остановки двигателя в качестве верного решения я советую тебе расположить на его оси систему с высокой вязкостью. Это своеобразный тормоз — чем выше скорость, тем больший создается тормозной момент.

Подобный результат можно получить с помощью очень простого устройства (рис. 141), состоящего из медного диска, помещенного в межполюсный зазор мощного магнита. Наводимые в массе диска токи (токи Фуко) порождают силы, тормозящие вращение диска; чем выше частота вращения диска, тем эффективнее воздействуют на него силы торможения. В этих условиях приблизившаяся к заданному положению антенна не сможет значительно проскочить предназначенную точку и после нескольких колебаний с небольшой амплитудой окончательно установится в нужном месте.

Рис. 141. Вращающийся в межполюсном зазоре магнита диск тормозится токами Фуко; чем выше скорость, тем больше сила торможения.

Н. — Да, это решение осуществимо, но оно мне совершенно не нравится, ибо, используя его, мы в значительной мере ограничиваем скорость двигателя. Это очень хорошо, когда антенна почти подошла в заданное положение, но не очень полезно, когда антенна находится еще далеко от предназначенной ей точки. Твоя система значительно увеличивает время, необходимое для установки антенны в рабочее положение.

Л. — Вызываемая задержка несколько меньше, чем ты думаешь. Не забывай, что чем дальше находится антенна от места, куда она должна прийти, тем больше напряжение между ползунками потенциометров. Поэтому подаваемое на двигатель напряжение увеличивается по мере увеличения предстоящего антенне пути. Следовательно, при большом пути двигатель может вращаться довольно быстро, несмотря на торможение; воздействие последнего становится преобладающим, когда антенна находится недалеко от заданной точки. А теперь я готов согласиться с тобой в том, что рассмотренное нами решение небезупречно.

Н. — Было бы очень хорошо иметь такой тормоз, который вступал в действие только в тот момент, когда антенна приближается к заданному положению, и лишь в том случае, если в этот момент двигатель вращается слишком быстро.

Л. — Незнайкин, ты стоишь на совершенно верном пути. Для решения сформулированной тобой задачи нужно наряду с напряжением между движками потенциометров ввести в усилитель, управляющий двигателем, напряжение, пропорциональное частоте вращения двигателя. Наиболее простой способ осуществления этой идеи заключается в механическом подключении к двигателю динамомашины, которую в подобных системах называют тахометрическим генератором. Этот генератор дает напряжение, пропорциональное частоте вращения двигателя, которое вычитают из разности потенциалов между движками потенциометров (рис. 142).

Рис. 142. В этом сервомеханизме напряжение, выдаваемое тахометрическим генератором, вычитается из напряжения погрешности (разности потенциалов между движками двух потенциометров). В этих условиях двигатель может вращаться быстро лишь при большом напряжении погрешности; когда управляемый потенциометр приближается к заданному положению, двигатель уже не может вращаться так быстро, как раньше, таким образом тахометрический генератор замедляет вращение двигателя при подходе к заданной точке и тем самым устраняет проскакивание ее и колебательные движения всего подвижного сооружения относительно заданной точки.

Н. — Но зачем понадобилось спаривать динамомашину с двигателем? Ведь совсем недавно ты объяснил мне, что двигатель постоянного тока и динамомашина одно и то же. Я еще до сих пор не забыл, что во время работы двигатель вспоминает, что он еще и динамомашина, и это проявляется в возникновении противо-э. д. с. Нельзя ли ею воспользоваться?