Сервомеханизмы

Определение и краткое описание

Применение сервомеханизмов отнюдь не ограничивается приводами исполнительной системы манипуляторов промышленных роботов. Принципы построения сервомеханизмов широко используются для автоматического управления движением различных машин и механизмов. Слово "серво" корнями восходит к латинскому serv (us), что означает вспомогательный, зависимый и т. п.^*

^* (Этот термин был введен для обозначения различных устройств, способных перемещаться в строгом соответствии с поступающей извне командой, и впервые получил распространение в США.)

В соответствии с японским промышленным стандартом JIS сервомеханизм - это "система автоматического управления, в которой входной управляющий сигнал преобразуется в механическое линейное или угловое перемещение управляемого объекта". Согласно этому же стандарту, под автоматическим управлением понимается "способ управления, которое осуществляется автоматически при помощи некоторого устройства управления". Наконец, само понятие управление определяется в JIS как "выполнение над заданным объектом управления некоторых операций, направленных на достижение определенной цели".

При автоматическом управлении, осуществляемом с помощью сервомеханизмов, в качестве объектов управления могут выступать температура, давление, сила и т. д. Для сервомеханизмов, применяемых в исполнительных системах манипуляторов промышленных роботов, объектом управления чаще всего является позиция звеньев манипулятора, а также ориентация звеньев при условии, что конструкция манипулятора допускает вращательные движения. Значительно реже к числу объектов управления относят также скорость перемещения манипулятора и усилие, прикладываемое манипулятором к внешним предметам. Однако и в этом случае роль объекта управления неявным образом переходит к позиции звеньев манипулятора, поскольку в большинстве случаев управление скоростью или силой осуществляется косвенно - посредством управления скоростью изменения позиции звеньев манипулятора или величиной разности между текущей и заданной позициями. Следовательно, позиция звеньев манипулятора оказывается базовым объектом управления для всех систем управления роботами. Поэтому в данном разделе речь пойдет главным образом о сервомеханизмах, для которых объектом управления является позиция звеньев манипулятора.

Сервомеханизмы в приводах исполнительной системы манипуляторов промышленных роботов реализуют один из видов автоматического управления, в результате которого манипулятор совершает перемещение точно в заданное положение (или поворачивается на заданный угол), причем мощность выходного сигнала, под действием которого и происходит необходимое движение, во много раз превышает мощность входного управляющего воздействия. Естественно, для того чтобы добиться усиления входного сигнала, необходимо извне подводить дополнительную энергию. На практике в качестве устройств, которые получают эту энергию и вырабатывают усиленный выходной сигнал, чаще всего применяют электромоторы или гидравлические цилиндры. В дальнейшем будем называть такие устройства исполнительными. Принципы работы сервомеханизма иллюстрируются на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Принцип работы сервомеханизма (для случая, когда управляемой величиной является угол θ)

♦♦♦ Заметим, что величина выходного сигнала не всегда должна превышать величину входного управляющего воздействия. Например, в применяемых в хирургии микроманипуляторах выходной сигнал, под действием которого совершаются прецизионные перемещения инструмента, оказывается в тысячи раз меньше входного, который задает целевое положение этого инструмента. В подобных сервосистемах следует не усиливать, а уменьшать входной сигнал.

Как уже отмечалось, понятие "сервомеханизм" означает класс систем автоматического управления, в которых входное управляющее воздействие преобразуется в соответствующее ему в количественном выражении перемещение управляемого объекта либо в другую механическую величину. Первый сервомеханизм был изобретен Джеймсом Уаттом в 1788 г. и представлял собой центробежный регулятор скорости; он применялся для управления скоростью работы паровых машин. По мере совершенствования и роста числа разновидностей сервомеханизмов расширялась и область их применения. Особенно существенный скачок в развитии сервосистем произошел за годы второй мировой войны в связи с работами по созданию сверхмощных и высокоточных орудий дальнобойной артиллерии. С окончанием войны пришло время автоматической техники, а накопленный в военные годы опыт построения сервосистем оказался весьма полезным во многих гражданских отраслях.

Все системы управления можно разделить на два класса: системы с открытым контуром управления (или разомкнутые системы) и системы с замкнутым контуром управления (или системы с обратной связью).

Системы первого типа характеризуются определенным соотношением между входным и выходным сигналами (рис. 3.2, а). В системах второго типа входной управляющий сигнал сопоставляется с выходным, а уже затем результирующее воздействие поступает на вход исполнительного устройства. Структурная схема замкнутой системы показана на рис. 3.2, б. Разомкнутая система управления проще в реализации, а следовательно, и дешевле. Вместе с тем замкнутая система, будучи более сложной и дорогой, обладает такими преимуществами, как высокая точность управления, высокая скорость реакции на внешнее управляющее воздействие, а также большая устойчивость к шумам и помехам. Сервомеханизмы являются типичными представителями замкнутых систем автоматического управления и в настоящее время чрезвычайно широко используются в области механотроники.

Рис. 3.2. Структурные блок-схемы систем автоматического управления, а - разомкнутая система управления; б - замкнутая система управления

Различие между двумя классами систем управления становится особенно наглядным, если рассмотреть следующий пример использования этих систем для управления движением манипуляторов промышленных роботов. Среди множества вопросов, касающихся конструкции манипулятора, действительный интерес представляют только те, которые имеют непосредственное отношение к движению захватного устройства. Другими словами, наиболее важное значение имеет способ управления положением (более строго - положением и ориентацией) захватного устройства в пространстве. Чтобы заставить захват перемещаться, необходимо с помощью каких-либо исполнительных устройств (приводов) привести в движение каждое звено манипулятора.

Выберем в качестве исполнительного устройства электромотор и подсоединим его с помощью некоторого механизма к манипулятору. Тогда, как только входной электрический сигнал поступит в обмотку электромотора, манипулятор начнет двигаться. Чтобы наглядно представить себе, как это происходит в действительности, воспользуемся рис. 3.3, б. Для того чтобы захват переместился из исходного положения (точка А) в целевое (точка В), манипулятор должен совершить поворот на угол α₁. Допустим, что для выполнения поворота на вход электромотора необходимо подать управляющий сигнал величиной p₁. В случае разомкнутой системы управления сигнал p₁ просто-напросто поступает на вход исполнительного устройства. При этом по окончании движения система управления не сможет ответить на вопрос: действительно ли звено повернулось точно на угол α₁ или на какой-либо другой угол?

Совсем иная ситуация наблюдается при использовании замкнутой системы управления. В этом случае текущее значение угла поворота манипулятора измеряется с помощью какого-либо дополнительного устройства. В зависимости от результатов измерений при необходимости может быть проведена автоматическая регулировка входного сигнала р₁ путем наложения на него сигнала обратной связи. Таким образом, замкнутые системы управления более точно и эффективно обеспечивают достижение заданной цели.

До сих пор, когда речь шла о сервомеханизмах, предполагалось, что на вход обязательно поступает управляющий сигнал, который задает новое целевое положение управляющего механизма, а на выходе вырабатывается воздействие, которое обеспечивает реальное перемещение точно в заданное положение. На самом деле существуют и такие сервосистемы, в которых помимо управляющего сигнала на вход передается информация о текущем значении выходного воздействия. Эти системы принято называть двухсторонними сервомеханизмами. Соответственно обычные сервомеханизмы называют односторонними.

Сервомеханизмы в системах управления роботами

Использование выходного сигнала в качестве обратной связи можно осуществить различными способами. Согласно рис. 3.3, а, функции обратной связи может непосредственно выполнять человек-оператор. Однако точность человеческого глазомера может оказаться недостаточной. В таких случаях выходное воздействие следует преобразовать в какую-либо легко измеряемую величину, например в напряжение, которое и будет выступать в роли сигнала обратной связи. В первом варианте (рис. 3.3, а) для организации обратной связи и превращения системы управления в замкнутую потребовалось посредничество человека; во втором (рис. 3.3, б) благодаря преобразованию выходного воздействия в напряжение оказалось возможным вывести человека из контура управления, заменив его компьютером. Поскольку в последнем случае автоматическое преобразование управляющего воздействия в механическое перемещение (вращение) происходит в полном соответствии с приводимым ранее определением сервомеханизма, представленная на рис. 3.3, б система управления может служить хорошим примером такого механизма.

Рис. 3.3. Способы управления манипулятором промышленного робота. а - ручное управление в релейном режиме; б - замкнутая автоматическая система управления с компьютером в контуре управления. 1 - позиционная обратная связь, реализуемая с помощью органов зрения человека-оператора; 2 - панель управления; 3 - манипулятор робота; 4 - релейный сигнал управления привода электродвигателем; 5 - компьютер; 6 - задающее напряжение р₁ на вход электродвигателя привода; 7 - потенциометр; 8 - сигнал позиционной обработки связи

Тем не менее структура сервомеханизма, показанного на рис. 3.3, б, не может быть непосредственно перенесена ни в исполнительные системы промышленных роботов, ни в системы управления движением любых других автоматических устройств. Причина кроется в том, что помещенный в контур управления компьютер всецело "озабочен" одной осью вращения, и поэтому у него остается слишком мало времени на выполнение других важных функций. На практике чаще всего применяются сервомеханизмы, структурная схема которых близка к представленной на рис. 3.4.

Рис. 3.4. Принцип работы сервосистемы промышленного робота, управляемого от компьютера

Согласно схеме управления, предложенной на рис. 3.4, величину входного управляющего сигнала, необходимую для выполнения поворота манипулятора на угол α₁, рассчитывает компьютер. Когда этот сигнал поступает на вход устройства управления, манипулятор поворачивается приблизительно на заданный угол α₁. Следовательно, при такой организации процесса управления от компьютера требуется всего лишь вычислить величину υ₁. Напряжение υ₁ воспринимается сервомеханизмом в качестве управляющего воздействия и преобразуется в соответствующее по величине перемещение механизма (вращение). В результате вынесения компьютера из контура управления рассмотренная система оказывается более простой, а значит, более дешевой, в связи с чем ее практическая ценность возрастает. Сервомеханизм, получающий на входе сигнал υ₁, на рис. 3.4 ограничен штриховой линией с индексом (i). Согласно рассматриваемой схеме, сигнал обратной связи также передается компьютеру, который при необходимости может по величине этого сигнала вычислить действительное значение угла поворота манипулятора и сравнить его с заданной величиной α₁. Таким образом, значительно увеличивается точность управления. Компьютер и обведенный штриховой линией сервомеханизм можно считать элементами замкнутой системы управления, которая на рис. 3.4 помещена внутри штриховой рамки с индексом (ii). В свою очередь эта система может являться элементом системы управления движением всего робота. В таком случае ее можно рассматривать как обобщенный сервомеханизм, управляющий вращательной компонентой движения робота.

По мере снижения стоимости микропроцессоров расширяются возможности для практического применения схем управления, подобных представленной на рис. 3.4. В частности, уже сейчас выпускается большое количество роботов, у которых каждой компонентой движения (каждой степенью подвижности) управляет отдельный микропроцессор.

В описанной системе управления в качестве сигнала обратной связи измерялась величина угла поворота, которая в то же время являлась и конечным объектом управления. Поэтому такие системы называют системами с непосредственной обратной связью. Однако на практике существует большое количество механизмов, в которых из-за пространственных или конструктивно-структурных ограничений при измерении сигнала обратной связи не удается обойтись без применения косвенных методов. Рассмотрим, например, систему управления вращательным движением, в которой приводом служит электромотор (рис. 3.5). Практически во всех случаях между валом электромотора и звеном манипулятора требуется поместить одно или несколько устройств для снижения скорости вращения. Чаще всего в роли таких устройств выступают обыкновенные зубчатые колеса - шестерни. Конечная величина угла поворота понижающей шестерни (измеряется потенциометром А на рисунке) оказывается приблизительно равной величине угла, на который повернулся манипулятор (измеряется потенциометром В), и поэтому может быть использована как сигнал обратной связи.

Рис. 3.5. Различные способы размещения датчиков для измерения выходных значений угла и скорости вращения вала управляемого привода. 1 - тахогенератор; 2 - электромотор; 3 - потенциометр А; 4 - редуктор; 5 - механизм передачи усилия (кинематическая цепь); 6 - потенциометр В; 7 - манипулятор

♦♦♦ Следует отметить, что при рассмотренном способе косвенных измерений сигнала обратной связи ошибка, которая неизбежно возникает из-за наличия люфта между понижающей шестерней и поворотным механизмом манипулятора, не поддается измерению, а следовательно, не может быть учтена при формировании результирующего управляющего воздействия. В связи с этим системы с косвенными измерениями сигнала обратной связи иногда называют полузамкнутыми.

При управлении вращением манипулятора в качестве сигнала обратной связи может передаваться не только значение угла поворота, но и скорость вращения, как это происходит, например, в сервомеханизмах управления скоростью поворота. Скорость вращения может быть рассчитана непосредственно по показаниям тахогенератора, связанного с сервомотором. В этом случае сервосистема оказывается нормальной замкнутой системой управления.

Аналитическое описание

Проектирование сложных систем автоматического управления на основе знаний особенностей конкретных сервомеханизмов невозможно без аналитического описания этих особенностей. Чаще всего такое описание проводится с помощью широко используемого в теории управления математического аппарата, основанного на преобразованиях Лапласа. В общем случае и объекты управления сервомеханизмов, и сами управляющие элементы могут быть описаны дифференциальными уравнениями. Следовательно, в большинстве случаев основные особенности всего сервомеханизма в целом также могут быть представлены набором дифференциальных уравнений. Если все дифференциальные уравнения, описывающие свойства некоторого сервомеханизма, являются линейными, то такой сервомеханизм называется линейным. Оказывается, что в случае линейных сервомеханизмов, как правило, гораздо целесообразней отказаться от непосредственного решения дифференциальных уравнений, а воспользовавшись преобразованием Лапласа, перейти к решению алгебраических уравнений относительно оператора s. Найденное решение алгебраического уравнения следует подвергнуть обратному преобразованию Лапласа, в результате чего и будет получено решение исходного дифференциального уравнения. Преобразование Лапласа применяется всегда, когда возникает необходимость перейти от свободной переменной дифференциальных уравнений t (времени) к переменной s (рис. 3.6). Физический смысл такого перехода заключается в том, что задачи, сформулированные во временной области, заменяются эквивалентными задачами, сформулированными в частотной области. Причем, решению задачи временной области, представленной в виде дифференциального уравнения, соответствует решение частотной задачи, представленной алгебраическим уравнением.

Рис. 3.6. Применение преобразования Лапласа для решения систем дифференциальных уравнений

Если для некоторой действительной или комплексной функции, определенной всюду на полуоси t ≥ 0, существует комплексное число s, такое, что интеграл вида

сходится, то для функции f(t) существует преобразование Лапласа относительно оператора преобразования s. В этом случае преобразованием Лапласа функции f(t) будет называться следующий интеграл:

функция f(t) в свою очередь является результатом обратного преобразования Лапласа для функции F(s). Обратное преобразование Лапласа задается уравнением вида

Для удобства дальнейшего изложения укажем прямое и обратное преобразования Лапласа для ряда наиболее часто встречающихся на практике функций:

Типы сервомеханизмов

Классификация сервомеханизмов может быть проведена по целому ряду признаков. Прежде всего сервомеханизмы подразделяются по типу исполнительных устройств - на электрические, гидравлические и пневматические (табл. 3.1). Исполнительными устройствами (приводами) соответственно являются электромотор, гидравлический двигатель или гидравлический цилиндр и пневматический цилиндр. Поскольку в современных конструкциях гидравлических сервомеханизмов важную роль играют также и электрические элементы, такие сервомеханизмы часто называют электрогидравлическими. Другой распространенный способ классификации основывается на методах обработки входных сигналов и управляющей информации. В зависимости от того, в аналоговой или в цифровой форме осуществляется обработка поступающей информации, различают два типа сервомеханизмов - аналоговый и цифровой.

Таблица 3.1. Сравнительная характеристика трех типов сервосистем

Электрические сервосистемы

Принципы устройства

В последние годы в новых моделях промышленных роботов роль приводов исполнительной системы все чаще отводится электрическим сервосистемам. Это объясняется тем, что электрические сервосистемы, уступая гидравлическим в мощности выходного воздействия, обладают такими важными преимуществами, как сравнительно низкая стоимость, простота конструкции, отсутствие загрязнения рабочих помещений, низкий уровень шума, а также высокая надежность. Исполнительными элементами электрических сервосистем, как правило, служат электродвигатели постоянного тока, так как именно эти двигатели обладают хорошей управляемостью и позволяют сравнительно легко добиться высокой точности работы сервосистемы. С недавних пор большое внимание стали уделять применению бесколлекторных сервомоторов. Причина популярности этих моторов - малое потребление энергии и простота в обслуживании.

На рис. 3.7 показана структурная схема аналоговой сервосистемы управления приводом манипулятора. Основными элементами системы являются усилитель постоянного тока, сервомотор постоянного тока, а также потенциометр, который используется для формирования сигнала обратной связи. Как следует из рисунка, величина угла θ₁, заданная на входе в качестве целевого угла поворота манипулятора, преобразуется в соответствующий по величине сигнал υ₁. Из величины υ₁ вычитается υ₂ - сигнал обратной связи, сформированный потенциалом и по величине соответствующий реальному значению угла поворота манипулятора. Разность напряжений е = υ₁ - υ₂ передается на вход сервоусилителя постоянного тока, а оттуда в усиленном виде поступает в обмотку сервомотора постоянного тока, заставляя его вращаться. Вращение сервомотора вызывает соответствующее вращение манипулятора, причем скорость движения манипулятора уменьшается за счет установки понижающей шестерни между сервомотором и поворотным механизмом манипулятора. Текущее значение угла поворота манипулятора преобразуется потенциометром в соответствующее напряжение υ₁, которое в качестве сигнала обратной связи вычитается из входного напряжения υ₁, а разность напряжений вновь поступает на вход сервоусилителя. Таким образом, текущее значение угла поворота манипулятора θ₂ постепенно становится практически равным заданному на входе целевому значению θ₁.

Рис. 3.7. Управление движением манипулятора с помощью электрической сервосистемы. 1 - входное задающее значение угла θ₁; 2 - потенциометр для измерения входного задающего значения угла θ₁; 3 - усилитель постоянного тока; 4 - входное напряжение ν₁, 5 - э. д. с. е = υ₁ - υ₂; 6 - напряжение обратной связи ν₂; 7 - сервомотор постоянного тока; 8 - выходное значение угла θ₂ ≈ θ₁; 9 - редуктор скорости вращения; 10 - потенциометр для измерения величины выходного угла

♦♦♦ Заметим, что в процессе управления происходит усиление вращательного момента, приложенного к поворотному механизму манипулятора. Так же как и в рассмотренной ранее системе управления, исходный сигнал υ₁ поступает от компьютера или какого-либо другого управляющего устройства, вынесенного непосредственно из контура управления приводов. Такой подход оказывается весьма распространенным в практике построения сервосистем.

Электрический сервомотор постоянного тока, по существу, ничем не отличается от любого другого электродвигателя, предназначенного для преобразования электрической энергии в механическую. Приставка "серво" используется лишь для того, чтобы подчеркнуть, что при проектировании и изготовлении двигателей данного типа особое внимание уделялось обеспечению таких свойств, как, хорошая управляемость входного электрического сигнала выходными механическими параметрами - углом поворота и скоростью вращения - и очень малое время срабатывания. Большинство двигателей постоянного тока обладает превосходной управляемостью по скорости вращения, а вот для уменьшения времени срабатывания приходится прибегать к различным конструктивным хитростям. В частности, удлинение якоря приводит к уменьшению момента инерции, и в результате сокращается время реакции двигателя на внешний сигнал. Среди методов управления скоростью вращения сервомотора постоянного тока наибольшее практическое применение находят якорное управление, а также управление с последовательной или параллельной обмоткой возбуждения.

Применяемые в системах управления приводами потенциометры по своему устройству очень похожи на потенциометры, используемые для регулировки громкости в радиоприемниках и телевизорах, только при их проектировании и изготовлении повышенное внимание уделяется обеспечению точности показаний и линейности характеристик. Чтобы увеличить срок службы сервосистем, в робототехнике применяют потенциометры бесконтактного типа. В самых последних моделях промышленных роботов начинают применяться цифровые потенциометры - поворотные кодирующие средства. Сервосистемы с цифровыми элементами относятся к типу цифровых сервосистем. По мере увеличения выпуска высококлассных моделей промышленных роботов с управлением от цифровых вычислительных машин будут шире использоваться цифровые сервосистемы.

Структурная блок-схема цифровой системы управления показана на рис. 3.8. Тахогенератор, применяемый здесь для преобразования скорости вращения в электрический сигнал, относится к одному из видов электрических генераторов, которые используются в обычных аналоговых сервосистемах. Назначение этого тахогенератора состоит в том, чтобы помимо обратной связи по позиции (углу вращения) обеспечить в системе управления обратную связь по скорости движения. Системы управления с такой двойной обратной связью по сравнению с обычными системами с одним контуром позиционной обратной связи позволяют добиться более плавного приближения манипулятора к заданной позиции, Отмеченная особенность иллюстрируется на рис. 3.9; здесь система управления с одной только позиционной обратной связью названа жестким управлением, а система управления с двойной обратной связью - мягким управлением или плавным управлением.

Рис. 3.8. Структурная блок-схема цифровой системы управления

Рис. 3.9. Сервосистемы с плавным и жестким управлением. 1 - жесткое управление: 2 - плавное управление

Сервоусилители

Внешний задающий контур сервомотора постоянного тока обычно называют сервоусилителем. Применение сервоусилителей в системах управления скоростью вращения вала электромотора обусловлено двумя факторами. Во-первых, способность транзисторов пропорционально усиливать величину аналогового сигнала дает возможность с помощью слабых входных сигналов управлять работой достаточно мощных моторов; во-вторых, переключательные свойства транзисторов и тиристоров позволяют регулировать поступающее в обмотку мотора напряжение путем преобразования аналогового сигнала в импульсы соответствующей величины. Второй из перечисленных факторов, а именно использование транзисторных переключателей в системах управления скоростью, обеспечивает уменьшение потерь энергии при торможении или разгоне вала электромотора. Поэтому такие переключатели являются незаменимыми элементами систем управления автономными роботами, для которых особое значение приобретает увеличение времени работы без подзарядки бортовых источников питания. В дальнейшем ограничимся изложением лишь основных принципов использования транзисторов в качестве усилителей.

На рис. 3.10 приводятся два основных варианта электрических схем задающего контура электродвигателей постоянного тока. В левой схеме (рис. 3.10, а) использован способ управления по напряжению, а в правой (рис. 3.10, б) - по току. Для той и другой схемы входным управляющим сигналом является напряжение V_i.

Рис. 3.10. Принципиальная схема задающего контура электромотора постоянного тока. а - контур, управляемый напряжением; б - контур, управляемый током

Схема на рис. 3.10, а соответствует случаю, когда усилитель подключается с заземленным (общим) коллектором, а электромотор является нагрузкой для эмиттера. При таком подключении, поскольку падение напряжения V_BE на участке между базой и эмиттером транзистора приблизительно равно нулю, практически все входное напряжение оказывается приложенным к полюсам электродвигателя, т. е. V₀ = V_i.

Таким образом, управляя величиной входного напряжения V_i, можно управлять напряжением V₀ на клеммах двигателя и тем самым добиться необходимых изменений скорости вращения вала.

При подключении усилителя по схеме, показанной на рис. 3.10, б, электромотор выступает в качестве нагрузки уже для коллектора. В этом случае сила тока i_E, проходящего через эмиттер, определяется выражением  

Так как падение напряжения на эмиттере V_BE по-прежнему остается близким к нулю, величина i_E оказывается приблизительно равной i₀, т. е.

или

Следовательно, в данной схеме с помощью входного напряжения можно непосредственно управлять силой тока i₀, протекающего через обмотку электромотора.

На практике величина коэффициента усиления, достижимая при любой из двух вышеописанных схем, часто оказывается недостаточной. Для большего усиления входного сигнала в одном задающем контуре применяют еще один или два дополнительных усилителя. Пример схемы подключения дополнительных усилителей приводится на рис. 3.11. Показанную на этом рисунке группу транзисторов можно рассматривать как один составной транзистор, при этом вся схема превращается в обычный задающий контур, управляемый током.

Рис. 3.11. Задающий контур с высоким коэффициентом усиления

♦♦♦ Заметим, что ни одна из приведенных схем не может быть использована для вращения двигателя в другую сторону.

Основные принципы работы задающих контуров для двухсторонних реверсивных систем управления скоростью вращения вала иллюстрируются на рис. 3.12. Благодаря специфике свойств транзисторов данная схема включения имеет следующую особенность. Поскольку, как и в предыдущих случаях, падение напряжения на участке база-эмиттер практически равно нулю, а ток через коллектор не проходит, эта схема хотя и является реверсивной, но имеет зону нечувствительности для некоторой окрестности нулевого значения управляющего напряжения V_i. Характеристика работы двухстороннего задающего контура с зоной нечувствительности показана на рис 3.12, б. Чтобы уменьшить ширину зоны нечувствительности и, таким образом, обеспечить линейность рабочей характеристики, оказывается эффективным добавить цепи смещения, состоящие из одного диода и одного сопротивления (рис. 3.13). Следует иметь в виду,, что чрезвычайно трудно подобрать диоды, имеющие вольт-амперную характеристику, которая абсолютно совпадает с характеристикой база- эмиттер транзистора. Кроме того, всегда существует опасность, что из-за ненулевой обратной проводимости реального транзистора не весь ток будет проходить через цепь смещения. Именно поэтому для настройки задающего контура на работу с линейной двухсторонней характеристикой приходится помимо диода включать в схему со стороны эмиттера небольшое по величине сопротивление (рис. 3.13).

Рис. 3.12. Принципиальная схема и рабочая характеристика реверсивного сервоусилителя. а - принципиальная схема реверсивного сервоусилителя; б - рабочая характеристика

Рис. 3.13. Схема компенсации зоны нечувствительности, возникающей из-за разброса параметров диодов и тока смещения

Рассмотренный в качестве иллюстрации основных принципов работы двухсторонний задающий контур на практике не обеспечивает нужного усиления, поэтому в реальных сервомоторах используются различные составные схемы задающего контура. Схема одного из распространенных способов построения составного контура приводится на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Задающий контур, построенный на основе схем Дарлингтона