Но выходной сигнал ДОС содержит и другие составляющие: динамические, однозначно обусловленные конструктивными особенностями датчика, в частности его инерционностью, а также от внешних помех, часто так которых больше часто ты полезного сигнала, а амплитуда сравнима с его величиной. Например, выходной сигнал тахогенератора постоянного тока содержит пульсацию, складывающуюся из оборотной, полюсной, коллекторной и зубцовой составляющих. Наиболее нежелательными являются низкочастотные пульсации—оборотные и полюсные, так как при малой скорости вращения вала тахогенератора их частоты сопоставимы с полосой пропускания САУ электроприводом. Это влияет на динамических характеристики электропривода, особенно с широким диапазоном регулирования, когда САУ и пускатель успевают реагировать на пульсации сигнала ДОС.

К числу помех относят , например, близкие к синусоидальным наводки в каналах связи от сети переменного тока, импульсные в тиристорных и широтно-импульсной модуляцией приводах, а также возникающие при срабатывании силовой коммутирующей аппаратуры.

Помехи в канале ОС без принятия специальных мер по их подавлению могут нарушать работу остальных элементов САУ (регуляторов, преобразователей).

Подавление помех достигается введением в канал Ос фильтра. Если ОС жёсткая, то надо применить фильтр низких частот (ФНЧ). Иногда для подавления помех с относительно стабильной частотой (например 50 Гц) используют режекторные фильтры – в тех случаях когда ФНЧ не подавляет помеху в достаточной степени.

ФНЧ совершенно необходим, если ОС гибкая, т.е. сигнал ДОС должен соответствовать производным от регулируемой координаты. Известно, что порядок фильтра должен , по крайней мере на единицу, превышать порядок дифференцирования. Так, наприм65р, датчик – вычислитель сил упругой деформации механизма требует двукратного дифференцирования датчика тока якоря двигателя постоянного тока, следовательно порядок ФНЧ не должен быть ниже третьего.

Задача исследования- выработка рекомендаций по выбору фильтров в каналах ОС САУ. Результаты исследований приведены на примере электроприводов одноковшового экскаватора ЭКГ-8И.

При рассмотрении заявленной темы были сделаны допущения:

1. Коэффициент усиления фильтра в цепи ОС по постоянному току равен единице, так как «датчик-фильтр» с отличающимся от единицы соответствующим коэффициентом можно рассматривать как сочетание последовательного соединённого пропорционального звена с таким коэффициентом и звена с ФНЧ с единичным коэффициентом усиления. При этом случае анализа САУ выходом объекта управления (ОУ) можно считать выход пропорционального звена и коэффициент ДОС (ФНЧ) считать равным единице, что позволяет обойтись в простой форме записанными выражениями.

2. Характеристики фильтра рассматриваем в относительных единицах, принимая за базовую величину частоту основной гармоники сигнала ОС с Тогда в относительных единицах -постоянная времени фильтра и п-1 = сп-1 – постоянная времени основной гармоники помехи, причём ф-1 , п-1 – значения соответствующих постоянных временив абсолютных единицах, а коэффициент подавления помехи есть величина обратно пропорциональная значению АЧХ на заданной частоте.

3. В цепи ОС, как показано ниже, надо применить фильтры с гладкими АЧХ , т.е. не имеющими экстремумов. К этому классу фильтров относятся:

- биномиальный, или с критическим затуханием, в переходной характеристики которого при минимально возможной её продолжительности отсутствует перерегулирование.

- Баттерворта, или с максимально гладкой АЧХ, у которого все производные от АЧХ по часто те от первой до (2n-1)-ой включительно в точке равны нулю, а n – порядок фильтра.

- Бесселя, в наименьшей степени искажающего сигнал, спектр которого лежит в полосе пропускания, благодаря тому что запаздывание выходного сигнала фильтра относительно входного одинаково для максимального количества гармоник, что в свою очередь объясняется наилучшим приближением ФЧХ фильтра Бесселя к идеально линейной. (фильтры с гладкими АЧХ не обеспечивают наилучшего подавления помех. В этом отношении предпочтительнее ФНЧ , АЧХ которых имеют экстремумы.

- Чебышева, у которого в полосе пропускания фильтра отклонение АЧХ от идеальной не превышает наперёд заданного значения, обычно выражаемого размахом пульсаций (неравномерностью) АЧХ в логарифмическом масштабе (дБ), а за пределами полосы пропускания коэффициент подавления помех максимален., причем, чем больше неравномерность, тем круче спад АЧХ за полосой пропускания.

- Инверсный Чебышева, АЧХ которого монотонно изменяется в полосе пропускания пульсирует в полосе заграждения в заданных размерах.

- Эллиптический, у которого АЧХ имеет равномерные пульсации как в полосе пропускания, так и в полосе заграждения.

При расчёте фильтра Чебышева и эллиптического, кроме неравномерности АЧХ, задаются также минимум её величины в полосе заграждения. Например, выбор этой величины на уровень 40 дБ означает, что частоты, которые лежат в полосе заграждения будут подавляться в сто раз.

Наибольшую крутизну спада в переходной области имеет эллиптический фильтр. Далее следуют фильтры Чебышева, инверсный Чебышева. Хуже в этом смысле фильтры Бесселя , Баттерворта и биномиальный.

Однако анализ свойств ФНЧ различной структуры показал, что применение фильтров с неравномерными АЧХ в каналах ОС нежелательно по трём причинам:

1. пульсации АЧХ в полосе пропускания означают, что составляющие полезного сигнала различной частоты передаются на выход фильтра с различным усиление. Так, для фильтров Чебышева и эллиптического неравномерность АЧХ 0,5 дБ соответствует изменению коэффициента усиления в полосе пропускания с 1,0 до 1,056, а неравномерность 0,2 дБ – от 1,0 до 1,26. соответственно, дополнительная погрешность сигнала ОС, вносимая ФНЧ достигает 5,6% в первом случае и 26% во втором.

2. Пульсации АЧХ инверсного фильтра Чебышева и эллиптического фильтра в полосе заграждения около заданного уровня означают, что коэффициент подавления помех любых частот не будет превышать заданного значения, в то время как у фильтров с гладкими АЧХ этот коэффициент тем больше, чем больше частота помехи. Поэтому ФНЧ Баттерворта, Бесселя и биномиальный лучше подавляют импульсные электромагнитные помехи , характерные для электропривода.

3. уменьшение переходной зоны между полосами пропускания и заграждения, т.е. приближения формы АЧХ ФНЧ к идеальной прямоугольной в фильтрах с неравномерными АЧХ достигается за счёт снижения устойчивости. Например, перерегулирование переходной характеристики ФНЧ четвёртого порядка составляет (%): биномиального – 0, Бесселя – 0,8, Баттерворта – 10,8, Чебышева с неравномерностью 0,5 дБ –18,2, Чебышева с неравномерностью 2 дБ – 29. Примерно таково же соотношение показателей колебательности двух групп фильтров. Так, если амплитуда колебаний переходной характеристики у наихудшего в этом смысле из фильтров четвёртого порядка с гладкими АЧХ – фильтра Баттерворта – в двухпроцентную зону укладывается уже через время 8ф-1, то у фильтра Чебышева с неравномерностью 2дБ