Για να απλοποιήσουμε τη διαδικασία κατασκευής ενός ρυθμιστή ρεύματος σε λειτουργικούς ενισχυτές, μετασχηματίζουμε το PF του (8) ως εξής:
(8")
Ο πρώτος όρος στο (8") είναι το γινόμενο των ισοδρομικών και απεριοδικών ζεύξεων, ο δεύτερος είναι ο απεριοδικός σύνδεσμος, ο τρίτος είναι ο αδρανειακός διαφοροποιητικός σύνδεσμος Από το μάθημα Ηλεκτρονικής ξέρετε πώς να συναρμολογείτε αυτούς τους συνδέσμους σε τελεστικούς ενισχυτές.
Εικόνα 10 - Ρυθμιστής ρεύματος σε λειτουργικούς ενισχυτές
Το κύκλωμα, όπως φαίνεται, αποτελείται από τρεις παράλληλους κλάδους, οι οποίοι κλείνουν από τις εξόδους στον αναστροφικό αθροιστή στον λειτουργικό ενισχυτή, οπότε το σήμα εξόδου u 2
θα αναστραφεί σε σχέση με την είσοδο u 1
. Εάν απαιτείται έγκριση u 1
Και u 2
Θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε έναν επιπλέον μετατροπέα στην έξοδο του αθροιστή. Αυτή η τεχνική εφαρμόστηκε στον μεσαίο κλάδο του κυκλώματος, αφού ο απεριοδικός σύνδεσμος είναι χτισμένος σε έναν αναστροφικό λειτουργικό ενισχυτή. Ο ανώτερος κλάδος είναι υπεύθυνος για το PF 
. Το γινόμενο των ισοδρομικών και απεριοδικών ζεύξεων γίνεται συνδέοντας τα κυκλώματά τους σε σειρά σε αντιστρεπτικούς επιχειρησιακούς ενισχυτές και δεδομένου ότι κάθε σύνδεσμος αντιστρέφει το σήμα, δεν απαιτείται αντιστοίχιση της εισόδου και της εξόδου του άνω κλάδου. Ο κάτω κλάδος, ο οποίος υλοποιεί την αδρανειακή δυναμική ζεύξη, δεν αναστρέφει το σήμα εισόδου.
Ας υπολογίσουμε τις παραμέτρους του κυκλώματος. Είναι γνωστό ότι
Έχοντας ρωτήσει R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 Ohm, R 13 = 300 Ohm, R 14 = 50 Ohm το καταλαβαίνουμε ΜΕ 1 =
=
= 240 µF, ΜΕ 2 =ΜΕ 3 =
=
= 10 µF, ΜΕ 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 Ohm, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 Ohm, R 7 = 110 Ohm, R 15 =
=
= 
= 310 Ohm.
2.3AmLahx - ένα πρόγραμμα για την κατασκευή ασυμπτωτικών παραμέτρων και τη σύνθεση ελεγκτών χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των επιθυμητών παραμέτρων
2.3.1 Γενικές πληροφορίες για το πρόγραμμα
Το πρόγραμμα AmLAHX έχει σχεδιαστεί για να εκτελείται σε περιβάλλον MatLab6.0 ή ανώτερο και παρέχει στον χρήστη τις ακόλουθες δυνατότητες:
έχει διεπαφή GUI.
κατασκευάζει ασυμπτωτικούς LFC δυναμικών αντικειμένων που καθορίζονται με τη μορφή συναρτήσεων μεταφοράς.
δημιουργεί διαδραστικά το επιθυμητό LFC ενός συστήματος ανοιχτού βρόχου σύμφωνα με καθορισμένα κριτήρια ποιότητας, συμπεριλαμβανομένου του προγράμματος που επιτρέπει στο χρήστη να επιλέξει τμήματα ζευγαρώματος (τις κλίσεις τους) ανάλογα με τον τύπο του LFC του αντικειμένου ελέγχου.
παρέχει αυτόματη αφαίρεση από το LFC του συστήματος ανοιχτού βρόχου του LFC του αντικειμένου ελέγχου και έτσι κατασκευάζοντας το LFC του ελεγκτή, επιστρέφει τις συζευγμένες συχνότητες και τις κλίσεις των ασυμπτωτών, γεγονός που καθιστά πολύ εύκολο να καταγράψετε τη συνάρτηση μεταφοράς χρησιμοποιώντας το LFC του ελεγκτή (σε επόμενες εκδόσεις το πρόγραμμα θα το κάνει αυτόματα).
Όλα τα LFC απεικονίζονται γραφικά υποδεικνύοντας τις κλίσεις των ασυμπτωμάτων· ο χρήστης μπορεί να προσδιορίσει τα χρώματα κάθε LFC ξεχωριστά, καθώς και τη μορφή των επιγραφών στα γραφήματα (πάχος, ύψος).
2.3.2 Γραμμή εντολών προγράμματος
Η πλήρης γραμμή εντολών για την εκτέλεση του προγράμματος είναι:
εεε=amlahx( αρ,κρησφύγετο,σημαία,παραμ),
Οπου αρΚαι φωλιά- αριθμητής και παρονομαστής του PF του αντικειμένου ελέγχου, αντίστοιχα, αρΚαι φωλιάπρέπει να είναι διανύσματα γραμμένα σε μορφή MatLab (βλ. παράδειγμα παρακάτω).
σημαία- Τρόπος λειτουργίας (1 (προεπιλογή) ή 2).
παραμ- ένα διάνυσμα 6 στοιχείων (αριθμοί), 1, 2 και 3 στοιχεία, αντίστοιχα, είναι το πάχος των LFC των OU, RS και CU, 4, 5 και 6 είναι τα χρώματα αυτών των LFC (από προεπιλογή, το πάχος από όλα τα LFC είναι 1, τα χρώματα είναι κόκκινο, μπλε και πράσινο, αντίστοιχα) .
AmLAHXχωρίς παραμέτρους λειτουργεί σε λειτουργία επίδειξης, σε αυτήν την περίπτωση
αρ= ,φωλιά = ,σημαία= 2.
ΤΥΠΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ
ρυθμιστικές αρχές
Σημαντική λειτουργία σύγχρονα συστήματααυτοματισμός είναι η ρύθμιση των συντεταγμένων του, δηλαδή η διατήρηση των απαιτούμενων τιμών τους με την απαραίτητη ακρίβεια. Αυτή η λειτουργία υλοποιείται χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο αριθμό διαφορετικών στοιχείων, μεταξύ των οποίων οι ρυθμιστές είναι υψίστης σημασίας.
Ρυθμιστήςεκτελεί μετασχηματισμό του σήματος ελέγχου που αντιστοιχεί στις μαθηματικές πράξεις που απαιτούνται από τις συνθήκες λειτουργίας του συστήματος ελέγχου. Οι τυπικές απαιτούμενες λειτουργίες περιλαμβάνουν τους ακόλουθους μετασχηματισμούς σήματος: αναλογικό, αναλογικό-ολοκληρωμένο, αναλογικό-ολοκληρωτικό-διαφορικό.
Η βάση του αναλογικού ρυθμιστή είναι ένας λειτουργικός ενισχυτής - ένας ενισχυτής συνεχούς ρεύματος, ο οποίος, ελλείψει ανάδρασης, έχει υψηλό κέρδος. Οι ενσωματωμένοι λειτουργικοί ενισχυτές χρησιμοποιούνται ευρέως. Ένας λειτουργικός ενισχυτής είναι μια δομή πολλαπλών σταδίων στην οποία μπορεί κανείς να διακρίνει έναν διαφορικό ενισχυτή εισόδου ( DU) με αντίστροφες και άμεσες εισόδους, ενισχυτής τάσης ( Ηνωμένα Έθνη), υλοποίηση υψηλού κέρδους και ενισχυτή ισχύος ( ΜΥΑΛΟ), παρέχοντας την απαραίτητη χωρητικότητα φορτίου του λειτουργικού ενισχυτή. Το λειτουργικό διάγραμμα του λειτουργικού ενισχυτή φαίνεται στο Σχ. 4.1. Η σχεδίαση ενός τσιπ μικρού μεγέθους του λειτουργικού ενισχυτή εξασφαλίζει υψηλή σταθερότητα των παραμέτρων, γεγονός που καθιστά δυνατή την απόκτηση υψηλού κέρδους DC. Σημεία που προέρχονται από το διάγραμμα Kl, K2, KZσχεδιασμένο για τη σύνδεση εξωτερικών κυκλωμάτων διόρθωσης που μειώνουν το κέρδος στις υψηλές συχνότητες και αυξάνουν τη σταθερότητα του ενισχυτή με ανάδραση. Χωρίς κυκλώματα διόρθωσης, σε επαρκώς υψηλές συχνότητες, όταν η συσσωρευμένη υστέρηση φάσης είναι 180°, το πρόσημο της ανάδρασης αλλάζει και με μεγάλο κέρδος, ο λειτουργικός ενισχυτής αυτοδιεγείρεται και εισέρχεται στη λειτουργία αυτοταλάντωσης. Στο Σχ. 4.1 χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες σημειώσεις: Πάνω- τάση τροφοδοσίας ενισχυτή. U ui- τάση ελέγχου εισόδου μέσω της αντίστροφης εισόδου του ενισχυτή. U πακέτο- τάση ελέγχου εισόδου μέσω απευθείας εισόδου του ενισχυτή. U έξω- τάση εξόδου ενισχυτή. Όλες οι παραπάνω τάσεις μετρώνται σε σχέση με το κοινό καλώδιο ενός διπολικού τροφοδοτικού.
Τα κυκλώματα σύνδεσης του λειτουργικού ενισχυτή φαίνονται στο Σχ. 4.2. Το διαφορικό στάδιο του λειτουργικού ενισχυτή έχει δύο εισόδους ελέγχου: άμεση με δυναμικό U πακέτοκαι αντίστροφη με δυναμικό U ui(Εικ. 4.2, ΕΝΑ).
 |
Η τάση εξόδου του ενισχυτή καθορίζεται από το γινόμενο του κέρδους και τη διαφορά δυναμικού των εισόδων του ενισχυτή, δηλαδή
U έξω = k уо (U επάνω - U уу) = k уо U у,
Οπου k uo- διαφορικό κέρδος του λειτουργικού ενισχυτή. U y- διαφορική τάση εισόδου του ενισχυτή, δηλαδή η τάση μεταξύ της άμεσης και της αντίστροφης εισόδου. Διαφορικό κέρδος ενσωματωμένων λειτουργικών ενισχυτών απουσία ανάδρασης.
Σε σχέση με τις τάσεις εισόδου U vhpΚαι U whiΗ τάση εξόδου καθορίζεται από τη διαφορά
U out = k up U in - k ui U in,
όπου είναι τα άμεσα κέρδη εισροών k packκαι με αντίστροφη είσοδο k uiκαθορίζεται από το κύκλωμα μεταγωγής του ενισχυτή. Για το κύκλωμα μεταγωγής άμεσης εισόδου που φαίνεται στο Σχ. 4.3, σι, το κέρδος καθορίζεται από τον τύπο
,
και για το κύκλωμα μεταγωγής αντίστροφης εισόδου που φαίνεται στο Σχ. 4.3, V, - σύμφωνα με τον τύπο
Για την κατασκευή διαφόρων κυκλωμάτων ρυθμιστή, χρησιμοποιείται συνήθως ένα κύκλωμα λειτουργικού ενισχυτή με αντίστροφη είσοδο. Συνήθως, οι ρυθμιστές πρέπει να έχουν πολλαπλές εισόδους. Τα σήματα εισόδου παρέχονται στο σημείο 1 (Εικ. 4.2, V) μέσω μεμονωμένων αντιστάσεων εισόδου. Οι απαιτούμενες λειτουργίες μεταφοράς των ρυθμιστών λαμβάνονται λόγω πολύπλοκων ενεργών-χωρητικών αντιστάσεων στο κύκλωμα ανάδρασης Z osκαι σε κυκλώματα εισόδου Ζ σε. Λειτουργία μεταφοράς του ρυθμιστή σε σχέση με οποιαδήποτε από τις εισόδους χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η αντιστροφή της τάσης εξόδου
. (4.1)
Ανάλογα με τον τύπο της λειτουργίας μεταφοράς, ο λειτουργικός ενισχυτής μπορεί να θεωρηθεί ως ένας ή ο άλλος λειτουργικός ρυθμιστής. Στο μέλλον, για την εφαρμογή ρυθμιστών, θα εξετάσουμε μόνο την εναλλαγή κυκλωμάτων με βάση την αντίστροφη είσοδο.
Αναλογικός ελεγκτής (P-controller) -Αυτός είναι ο ενισχυτής λειτουργίας στενής ανάδρασης που φαίνεται στο Σχ. 4.3, ΕΝΑ. Η λειτουργία μεταφοράς του
W(p) = k P, (4.2)
Οπου κ Π- συντελεστής απολαβής του ρυθμιστή P.
Όπως προκύπτει από τη συνάρτηση μεταφοράς (4.2), εντός του εύρους ζώνης του λειτουργικού ενισχυτή, η λογαριθμική απόκριση συχνότητας πλάτους (LAFC) του ρυθμιστή P είναι παράλληλη προς τον άξονα συχνότητας w, και η φάση είναι μηδέν (Εικ. 4.3, σι).
Ενσωματωμένος ελεγκτής (I-regulator)λαμβάνεται με τη συμπερίληψη ενός πυκνωτή στον βρόχο ανάδρασης, όπως φαίνεται στο Σχ. 4.4, ΕΝΑ, ενώ ενσωματώνει το σήμα εισόδου και τη λειτουργία μεταφοράς του ελεγκτή
 |
, (4.3)
Οπου T και = R στο C os- σταθερά ολοκλήρωσης.
Όπως προκύπτει από το (4.3), η μετατόπιση φάσης του σήματος εξόδου είναι ίση με - Π/ 2, το LFC έχει κλίση -20 dB/dec και η απόκριση συχνότητας λογαριθμικής φάσης (LPFR) είναι παράλληλη με τον άξονα συχνότητας w(Εικ. 4.4, σι).
Αναλογικός-ολοκληρωτικός ελεγκτής (ελεγκτής PI ) λαμβάνεται με παράλληλη σύνδεση ρυθμιστών P- και I, δηλαδή
Η συνάρτηση μεταφοράς (4.4) μπορεί να ληφθεί σε έναν λειτουργικό ενισχυτή συμπεριλαμβάνοντας την ενεργή χωρητική αντίδραση στην ανάδρασή του Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), όπως φαίνεται στο Σχ. 4.5, ΕΝΑ.
Στη συνέχεια, σύμφωνα με το (4.1)
,
Οπου T 1 = R os C os; T I = R στο C os; k P = R os / R in.
Τα χαρακτηριστικά λογαριθμικής συχνότητας του ελεγκτή PI φαίνονται στο Σχ. 4.5, σι.
Αναλογικός ελεγκτής διαφορικού (ελεγκτής PD)λαμβάνεται με παράλληλη σύνδεση ενός ρυθμιστή P και ενός διαφορικού ρυθμιστή D, δηλαδή
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
Η συνάρτηση μεταφοράς (4.5) επιτυγχάνεται με τη σύνδεση ενός πυκνωτή στην αντίσταση εισόδου του op-amp, όπως φαίνεται στο Σχ. 4.6, ΕΝΑ. Στη συνέχεια, λαμβάνοντας υπόψη το (4.1), έχουμε
Οπου T 1 = R σε C in; k P = R os / R in.
 |
Τα χαρακτηριστικά λογαριθμικής συχνότητας του ελεγκτή PD φαίνονται στο Σχ. 4.6, σι.
Αναλογικός-ολοκληρωτικός-παράγωγος ελεγκτής (ελεγκτής PID).Αυτός ο ρυθμιστής λαμβάνεται με παράλληλη σύνδεση τριών ρυθμιστών - ρυθμιστή P, ρυθμιστή I και ρυθμιστή D. Η συνάρτηση μεταφοράς του έχει τη μορφή
. (4.6)
Η λειτουργία μεταφοράς (4.6) μπορεί πάντα να υλοποιηθεί με παράλληλη σύνδεση ενός ελεγκτή PD και ενός ελεγκτή I, οι οποίοι έχουν, αντίστοιχα, τις λειτουργίες μεταφοράς (4.5) και (4.3). Σε αυτή την περίπτωση, το κύκλωμα ελεγκτή PID μπορεί να υλοποιηθεί χρησιμοποιώντας τρεις λειτουργικούς ενισχυτές. Ο πρώτος ενισχυτής υλοποιεί τη λειτουργία ενός ρυθμιστή PD (Εικ. 4.6, ΕΝΑ), ο δεύτερος ενισχυτής είναι η λειτουργία του ρυθμιστή I (Εικ. 4.4, ΕΝΑ), τρίτος ενισχυτής (Εικ. 4.3, ΕΝΑ) είναι η συνάρτηση άθροισης των σημάτων εξόδου του πρώτου και του δεύτερου ενισχυτή.
Εάν οι παράμετροι κ Π, Τ ΙΚαι Τ Δεπιβάλει περιορισμό
τότε η συνάρτηση μεταφοράς (4.6) μπορεί να γραφτεί ως
, (4.7)
Οπου k P = (T 1 + T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
Ένας ελεγκτής PID με λειτουργία μεταφοράς (4.7) είναι μια διαδοχική σύνδεση ενός ελεγκτή PD και ενός ελεγκτή PI και μπορεί να εφαρμοστεί σε έναν μόνο λειτουργικό ενισχυτή με αντίσταση στο κύκλωμα ανάδρασης
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
και αντίσταση στο κύκλωμα εισόδου
.
Σε αυτή την περίπτωση, η χρονική σταθερά του ελεγκτή T 1 = R σε C in, T 2 =R os C os, T 0 =R σε C os.
 |
Το κύκλωμα ελεγκτή PID για έναν ενισχυτή φαίνεται στο Σχ. 4.7, ΕΝΑκαι τα χαρακτηριστικά της λογαριθμικής συχνότητάς του στο Σχ. 4.7, σι.
Τα εξεταζόμενα κυκλώματα του ελεγκτή PD και του ελεγκτή PID έχουν πυκνωτές στα κυκλώματα εισόδου του ενισχυτή, οι οποίοι για παρεμβολές υψηλής συχνότητας αντιπροσωπεύουν αντίσταση κοντά στο μηδέν. Για να αυξήσετε τη σταθερότητα των ρυθμιστών, μπορείτε να συνδέσετε μια πρόσθετη αντίσταση με μικρή αντίσταση (τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους μικρότερη από την χωρητικότητα του πυκνωτή) σε σειρά με τον πυκνωτή.
Οι ρυθμιστές, η λειτουργία τους και οι τεχνικές υλοποιήσεις συζητούνται λεπτομερέστερα στο /1/.
Ερωτήσεις αυτοδιαγνωστικού ελέγχου
1. Ποια λειτουργία επιτελούν οι ρυθμιστές συστημάτων αυτοματισμού;
2. Ποιοι τυπικοί μετασχηματισμοί του σήματος ελέγχου πραγματοποιούνται από ρυθμιστές συστημάτων αυτοματισμού;
3. Ποια είναι η βάση για την κατασκευή των πιο σύγχρονων αναλογικών ρυθμιστών;
4. Ποιες είναι οι κύριες ιδιότητες των τελεστικών ενισχυτών;
5. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου ενός τυπικού ενισχυτή λειτουργίας;
6. Ποια είναι η συντεταγμένη εξόδου ενός τυπικού ενισχυτή λειτουργίας;
7. Ποια είναι τα εξαρτήματα που περιλαμβάνονται στο λειτουργικό κύκλωμα ενός λειτουργικού ενισχυτή;
8. Ονομάστε τυπικά κυκλώματα για τη σύνδεση λειτουργικών ενισχυτών.
9. Ποιο τυπικό κύκλωμα λειτουργικού ενισχυτή χρησιμοποιείται συνήθως για την εφαρμογή ρυθμιστών;
10. Δώστε τη συνάρτηση μεταφοράς του λειτουργικού ενισχυτή για το κύκλωμα εισόδου αναστροφής.
11. Ποιο στοιχείο περιέχει έναν αναλογικό ελεγκτή στο κύκλωμα ανάδρασης ενός λειτουργικού ενισχυτή;
12. Ποιο στοιχείο περιέχει αναλογικό ελεγκτή στο κύκλωμα εισόδου ενός τελεστικού ενισχυτή;
13. Δώστε τη συνάρτηση μεταφοράς ενός αναλογικού ελεγκτή.
14. Ποια είναι τα χαρακτηριστικά συχνότητας πλάτους και συχνότητας φάσης ενός αναλογικού ελεγκτή;
15. Ποιο στοιχείο περιέχει ενσωματωμένο ρυθμιστή στο κύκλωμα ανάδρασης ενός λειτουργικού ενισχυτή;
16. Ποιο στοιχείο περιέχει ενσωματωμένο ρυθμιστή στο κύκλωμα εισόδου ενός τελεστικού ενισχυτή;
17. Δώστε τη συνάρτηση μεταφοράς του ενσωματωμένου ρυθμιστή.
18. Ποια είναι η κλίση της απόκρισης συχνότητας λογαριθμικού πλάτους ενός ολοκληρωτικού ρυθμιστή;
19. Ποια είναι η απόκριση συχνότητας φάσης ενός ενσωματωμένου ρυθμιστή;
20. Ποια στοιχεία περιέχει το κύκλωμα ανάδρασης ενός λειτουργικού ενισχυτή;
21. Ποιο στοιχείο περιέχει το κύκλωμα εισόδου του τελεστικού ενισχυτή του αναλογικού-ολοκληρωτικού ρυθμιστή;
22. Δώστε τη συνάρτηση μεταφοράς ενός αναλογικού-ολοκληρωτικού ελεγκτή.
23. Ποιο στοιχείο περιέχει το κύκλωμα ανάδρασης του λειτουργικού ενισχυτή του αναλογικού διαφορικού ρυθμιστή;
24. Δώστε τη συνάρτηση μεταφοράς ενός αναλογικού-διαφορικού ελεγκτή.
25. Κάτω από ποιους περιορισμούς στις παραμέτρους ενός αναλογικού-ολοκληρωτικού-παραγώγου ελεγκτή εφαρμόζεται σε έναν μόνο λειτουργικό ενισχυτή;
26. Ποια στοιχεία περιέχει το κύκλωμα εισόδου ενός αναλογικού-ολοκληρωτικού-παραγώγου ελεγκτή που βασίζεται σε έναν μόνο λειτουργικό ενισχυτή;
27. Ποια στοιχεία περιέχει το κύκλωμα ανάδρασης ενός ελεγκτή αναλογικού-ολοκληρωτικού-παραγώγου που βασίζεται σε έναν μόνο λειτουργικό ενισχυτή;
Ελεγκτές έντασης
Μια τυπική κύρια μονάδα σε συστήματα ελέγχου ηλεκτροκίνησης και άλλα συστήματα αυτοματισμού είναι ολοκληρωτήή ελεγκτής έντασης(ΖΙ). Το καθήκον του SI είναι να σχηματίσει μια ομαλή αλλαγή στο κύριο σήμα όταν μετακινείται από το ένα επίπεδο στο άλλο, δηλαδή να δημιουργήσει μια γραμμική άνοδο και πτώση του σήματος με τον απαιτούμενο ρυθμό. Σε σταθερή κατάσταση, η τάση στην έξοδο της γεννήτριας έντασης είναι ίση με την τάση στην είσοδό της.
Στο Σχ. Το σχήμα 4.8 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός SI μονής ολοκλήρωσης, που αποτελείται από τρεις λειτουργικούς ενισχυτές. Όλοι οι ενισχυτές συνδέονται σύμφωνα με ένα κύκλωμα με είσοδο αναστροφής. Πρώτος ενισχυτής U1,λειτουργεί χωρίς ανάδραση, αλλά με περιορισμό τάσης εξόδου U 1,έχει ένα ορθογώνιο χαρακτηριστικό, το οποίο φαίνεται χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η αντιστροφή της τάσης εξόδου στο Σχ. 4.9, ΕΝΑ. Δεύτερος λειτουργικός ενισχυτής U2λειτουργεί ως ολοκληρωμένος με σταθερό ρυθμό ολοκλήρωσης
(4.8)
Ο ρυθμός ενσωμάτωσης μπορεί να προσαρμοστεί αλλάζοντας Rin2. Τρίτος ενισχυτής U3παράγει αρνητική τάση ανάδρασης
. (4.9)
Όταν εφαρμόζεται τάση αναφοράς στην είσοδο U zη τάση εξόδου αυξάνεται γραμμικά σύμφωνα με το (4.8). Σε μια χρονική στιγμή t=t p,Οταν U ζ = - U os,η ολοκλήρωση σταματά και η τάση εξόδου, όπως προκύπτει από το (4.9), φτάνει την τιμή 
, παραμένει αμετάβλητο περαιτέρω. Όταν αφαιρείτε την τάση ρύθμισης από την είσοδο ( U z = 0) λαμβάνει χώρα η διαδικασία γραμμικής μείωσης της τάσης εξόδου στο μηδέν (Εικ. 4.9, σι).
Ο ρυθμός μεταβολής της τάσης εξόδου αυτής της προστατευτικής διάταξης, όπως προκύπτει από το (4.8), μπορεί να αλλάξει είτε αλλάζοντας την τιμή τάσης U 1, για παράδειγμα, επιλέγοντας διόδους zener στο κύκλωμα ανάδρασης του ενισχυτή U1με τάση σταθεροποίησης ίση με την απαιτούμενη τιμή U 1, ή αλλάζοντας την αξία του προϊόντος R σε 2 C oc2.
Στο Σχ. 4.10, ΕΝΑΕμφανίζεται ένα άλλο κύκλωμα ενός SI μονής ολοκλήρωσης, κατασκευασμένο με βάση ένα διπολικό τρανζίστορ συνδεδεμένο σύμφωνα με ένα κύκλωμα με κοινή βάση. Αυτό το κύκλωμα χρησιμοποιεί τις ιδιότητες ενός τρανζίστορ ( Τ) ως ενισχυτής ρεύματος. Επαναφόρτιση πυκνωτή ( ΜΕ) εμφανίζεται πάντα σε σταθερό ρεύμα συλλέκτη εγώ να, που καθορίζεται από το δεδομένο ρεύμα εκπομπού i e. Σε αυτή την περίπτωση, ο ρυθμός μεταβολής της τάσης με την πάροδο του χρόνου εσείς έξωστην έξοδο του ZI | duout/dt| = εγώ να/ντο. Χαρακτηριστικά ελέγχου ZI εσείς έξω = = f(t)φαίνεται στο Σχ. 4.10, σι. Ο ρυθμός μεταβολής του σήματος εξόδου μπορεί να ρυθμιστεί αλλάζοντας την τάση U e, ανάλογα με την οποία αλλάζει το ρεύμα i eκαι, κατά συνέπεια, το ρεύμα εγώ να, ή αλλαγή της χωρητικότητας του πυκνωτή. Σε σταθερή κατάσταση, ο πυκνωτής είναι πάντα φορτισμένος με τάση εσύ μέσα. Η γέφυρα ανορθωτή εξασφαλίζει σταθερή κατεύθυνση του ρεύματος συλλέκτη τρανζίστορ, ανεξάρτητα από το πρόσημο της τάσης εσύ μέσα. Οι ZI συζητούνται λεπτομερώς στα /1, 7/.
Ερωτήσεις αυτοδιαγνωστικού ελέγχου
1. Για ποιο σκοπό χρησιμοποιούνται οι ελεγκτές έντασης στα κυκλώματα αυτοματισμού;
2. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου και εξόδου της γεννήτριας έντασης;
3. Ποιο είναι το στατικό κέρδος της γεννήτριας έντασης;
4. Πώς πρέπει να αλλάζει η τάση στην έξοδο των γεννητριών έντασης μονής ολοκλήρωσης με τις βηματικές αλλαγές στην τάση εισόδου;
5. Με βάση ποιους ενισχυτές κατασκευάζονται οι ελεγκτές ενσωματωμένης έντασης;
6. Πόσοι λειτουργικοί ενισχυτές, συνδεδεμένοι μέσω της αντίστροφης εισόδου, χρειάζονται για την υλοποίηση ενός εφάπαξ ελεγκτή έντασης ολοκλήρωσης;
7. Υποδείξτε τον σκοπό καθενός από τους τρεις λειτουργικούς ενισχυτές σε ένα τυπικό κύκλωμα ελεγκτή έντασης μονής ολοκλήρωσης κατασκευασμένο σε μικροκυκλώματα.
8. Ποιες παράμετροι επηρεάζουν το ρυθμό μεταβολής της τάσης εξόδου μιας γεννήτριας έντασης μονής ολοκλήρωσης σε τρεις λειτουργικούς ενισχυτές;
9. Πώς επιτυγχάνεται μια γραμμική μεταβολή της τάσης κατά μήκος του πυκνωτή στο κύκλωμα ενός ελεγκτή έντασης τρανζίστορ μονής ολοκλήρωσης;
10. Ποιες παράμετροι επηρεάζουν το ρυθμό μεταβολής της τάσης εξόδου ενός ελεγκτή έντασης τρανζίστορ μονής ολοκλήρωσης;
Στοιχεία που ταιριάζουν
Τα λειτουργικά στοιχεία στα συστήματα ελέγχου μπορεί να είναι ετερογενή ως προς τον τύπο του σήματος, τον τύπο του ρεύματος, την αντίσταση και την ισχύ και άλλους δείκτες. Επομένως, κατά τη σύνδεση στοιχείων, προκύπτει το καθήκον του συντονισμού των χαρακτηριστικών τους. Αυτό το πρόβλημα επιλύεται με αντιστοίχιση στοιχείων. Αυτή η ομάδα στοιχείων περιλαμβάνει ανιχνευτές φάσης που ταιριάζουν με τον τύπο ρεύματος, μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό και αναλογικό σε ψηφιακό που ταιριάζουν με τον τύπο του σήματος, ακολούθους πομπού, αντίστοιχες αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, ενισχυτές ισχύος, γαλβανικούς διαχωριστές και άλλα στοιχεία . Η λειτουργία συντονισμού μπορεί επίσης να εκτελεστεί από στοιχεία που συνήθως προορίζονται για άλλους σκοπούς. Για παράδειγμα, ο λειτουργικός ενισχυτής που συζητείται στην ενότητα 4.1 αποδεικνύεται ότι είναι ένας ακολουθητής εκπομπού σε σχέση με μια μη αναστρέφουσα είσοδο όταν η τάση εξόδου είναι συνδεδεμένη στην ανεστραμμένη είσοδο.
Για γαλβανικό διαχωρισμό, για παράδειγμα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας αισθητήρας τάσης μετασχηματιστή. Τέτοια και παρόμοια στοιχεία είναι προφανή ή γνωστά και δεν θα ληφθούν υπόψη.
Ας εξετάσουμε πιο σύνθετα τυπικά στοιχεία αντιστοίχισης.
Ανιχνευτής φάσης(PD) έχει λάβει μια σειρά από άλλα ονόματα στην επιστημονική και τεχνική βιβλιογραφία: ενισχυτής ευαίσθητος στη φάση, ανορθωτής ευαίσθητος στη φάση, διαχωριστής φάσης, αποδιαμορφωτής.
Ο σκοπός του FD είναι να μετατρέψει την τάση AC εισόδου U μέσα V DC τάση εξόδου U έξω, η πολικότητα και το πλάτος της οποίας εξαρτώνται από τη φάση της τάσης εισόδου ι. Έτσι, το PD έχει δύο συντεταγμένες εισόδου: το πλάτος της τάσης εισόδου U σε mκαι τη φάση της τάσης εισόδου ικαι μία συντεταγμένη εξόδου: η μέση τιμή της τάσης εξόδου U έξω. Υπάρχουν δύο τρόποι λειτουργίας PD: λειτουργία πλάτους, όταν η φάση της τάσης εισόδου παραμένει σταθερή, λαμβάνοντας μία από τις δύο τιμές 0 ή Π, U σε m= var και U έξω = f(U σε m);λειτουργία φάσης όταν U μέσα= const, ι= var και U έξω = f(j).
Στη λειτουργία πλάτους, το PD χρησιμοποιείται ως μετατροπέας ενός σήματος ασυμφωνίας εναλλασσόμενου ρεύματος σε σήμα ελέγχου σε σερβομηχανές DC, ως μετατροπέας του σήματος εξόδου μιας ταχογεννήτριας AC κ.λπ. Στη λειτουργία φάσης, το PD χρησιμοποιείται σε συστήματα ελέγχου στα οποία η μεταβλητή ελεγχόμενης και ελέγχου είναι μια ομαλά μεταβαλλόμενη φάση.
Στον ανιχνευτή φάσης, κατά κανόνα, δεν ανατίθεται η λειτουργία ενίσχυσης τάσης.
Επομένως, το κέρδος του ΠΔ είναι κοντά στην ενότητα. Στο Σχ. Το σχήμα 4.11 δείχνει το υπολογιζόμενο ισοδύναμο κύκλωμα ενός PD πλήρους κύματος. Το κύκλωμα αντιστοιχεί σε ένα κύκλωμα μηδενικής ανόρθωσης, στο οποίο οι βαλβίδες αντικαθίστανται από λειτουργικούς διακόπτες Κ1Και Κ2.Αντοχή φορτίου Rn,στην οποία κατανέμεται η τάση εξόδου, συνδέει τα μεσαία σημεία ΕΝΑ, 0 κλειδιά και πηγές ελέγχου EMF e y.Η εσωτερική αντίσταση της πηγής EMF ελέγχου εισάγεται σε κάθε κύκλωμα R y.Η κατάσταση των πλήκτρων ελέγχεται από το EMF αναφοράς e opσύμφωνα με τον αλγόριθμο: για e op > 0 Κ1περιλαμβάνεται δηλαδή
 |
λειτουργία μεταγωγής y k1= 1,α Κ2απενεργοποιημένη, δηλαδή τη λειτουργία μεταγωγής του y k2 = 0. Για e op< 0 y k1 = 0, ΕΝΑ y k2= 1. Αυτός ο αλγόριθμος μπορεί να αναπαρασταθεί από τους τύπους
y έως 1 = (1+σύμβολο e op) /2; y έως 2 = (1- σύμβολο e op) /2 . (4.10)
Προφανώς, με κλειστό Κ1εξόδου emf ε έξωμεταξύ σημείων ΕΝΑ, 0 ίσο με ε υ,και όταν είναι κλειστό K2 e out = - e y, αυτό είναι
e out = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Η αντικατάσταση του (4.10) στο (4.11) δίνει
e out = e y sign e op . (4.12)
Το διάγραμμα των αλλαγών στο EMF εξόδου που αντιστοιχεί στους αλγόριθμους (4.11) και (4.12) φαίνεται στο Σχήμα 4.12.
e op = E op m sinwtΚαι e y = E y m sin(wt - j),
Οπου E op m,E y m- τιμές πλάτους του EMF αναφοράς και του EMF ελέγχου. wείναι η γωνιακή συχνότητα του EMF αναφοράς και του EMF ελέγχου, στη συνέχεια η μέση τιμή του διορθωμένου EMF εξόδου
. (4.13)
Επειδή E y m = k p U σε m, μέση τάση εξόδου 
, στη συνέχεια λαμβάνοντας υπόψη (4.13)
, (4.14)
Οπου κ σελ- συντελεστής μεταφοράς από την τάση εισόδου στο EMF ελέγχου. Καθορίζεται από τα χαρακτηριστικά ενός συγκεκριμένου διαγράμματος κυκλώματος PD.
Για ι= const = 0 ή ι= const = Πυπάρχει ένας τρόπος λειτουργίας πλάτους του PD, για τον οποίο το χαρακτηριστικό ελέγχου είναι απλό:
U έξω = k FD U μέσα,
όπου, λαμβάνοντας υπόψη (4.14), το κέρδος PD στον τρόπο λειτουργίας πλάτους
.
Στο ι= 0 τιμές τάσης εξόδου U έξωείναι θετικά και πότε ι = ΠΟι τιμές της τάσης εξόδου είναι αρνητικές.
Για U μέσα= const και ι= var υπάρχει ένας τρόπος φάσης του PD, για τον οποίο το χαρακτηριστικό ελέγχου έχει τη μορφή
U out = k " FD cosj = k "FD sinj",
Οπου j" = p/2 - j, και ο συντελεστής μετάδοσης PD σε λειτουργία φάσης λαμβάνοντας υπόψη (4.14)
;
Στο μικρό j"χαρακτηριστικό ελέγχου
Λειτουργία ΠΔ, τα χαρακτηριστικά τους και διαγράμματα κυκλώματοςσυζητήθηκε στο /1/.
Μετατροπείς ψηφιακού σε αναλογικό(DAC). Ο μετατροπέας ταιριάζει με το ψηφιακό μέρος του συστήματος ελέγχου με το αναλογικό. Η συντεταγμένη εισόδου του DAC είναι ένας δυαδικός αριθμός πολλαπλών bit A n = a n -1 …a i …a 1 a 0, και η συντεταγμένη εξόδου είναι τάση U έξω, που παράγεται με βάση την τάση αναφοράς U op(Εικ. 4.13).
Τα κυκλώματα DAC κατασκευάζονται με βάση μια μήτρα αντιστάσεων, με τη βοήθεια της οποίας τα ρεύματα ή οι τάσεις αθροίζονται έτσι ώστε η τάση εξόδου να είναι ανάλογη με τον αριθμό εισόδου. Το DAC αποτελείται από τρία κύρια μέρη: μια μήτρα αντίστασης, ηλεκτρονικούς διακόπτες που ελέγχονται από τον αριθμό εισόδου και έναν ενισχυτή άθροισης που παράγει την τάση εξόδου. Στο Σχ. Το σχήμα 4.14 δείχνει ένα απλό κύκλωμα ενός μη αναστρέψιμου DAC. Κάθε ψηφίο του δυαδικού αριθμού εισόδου Ενααντιστοιχεί σε αντίσταση
R i = R 0 / 2 i, (4.15)
Οπου R0- αντίσταση χαμηλής τάξης.
Αντίσταση R iσυνδέεται σε τροφοδοτικό με τάση αναφοράς U opμέσω ηλεκτρονικού κλειδιού K i, το οποίο είναι κλειστό στις ένα i=1 και ανοίγει στο ένα i= 0. Προφανώς, ανάλογα με την τιμή ένα iαντίσταση κυκλώματος εισόδου για Εγώ-η κατηγορία λαμβάνοντας υπόψη την (4.15) θα καθοριστεί από την έκφραση
R i = R 0 /(2 i a i). (4.16)
Στη συνέχεια για και εγώ= 0, δηλαδή, το κύκλωμα είναι σπασμένο, και για ένα i=1 κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο και έχει αντίσταση R 0/2 i.
Στο διάγραμμα στο Σχ. 4.14 λειτουργικός ενισχυτής Uαθροίζει τα ρεύματα εισόδου και την τάση εξόδου του, λαμβάνοντας υπόψη τον συμβολισμό και την έκφραση του κυκλώματος (4.16)
Έκφραση (4.17) του εντύπου U out = f(A n)- Αυτό είναι το χαρακτηριστικό ελέγχου του DAC. Έχει βαθμιδωτό σχήμα με διακριτικότητα τάσης που αντιστοιχεί στη λιγότερο σημαντική μονάδα,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Μέγεθος ΔU 0είναι ταυτόχρονα ο μέσος συντελεστής μεταφοράς του DAC k DAC.
Μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό(ADC) λύνει το αντίστροφο πρόβλημα - μετατρέπει μια συνεχή τάση εισόδου σε έναν αριθμό, για παράδειγμα, δυαδικό. Κάθε δυαδικός αριθμός πολλαπλών bit εξόδου A iαντιστοιχεί στο εύρος των μεταβολών της τάσης εισόδου:
, (4.18)
Οπου U ei = ΔU 0 i- τιμή αναφοράς της τάσης εξόδου που αντιστοιχεί στον δυαδικό αριθμό εξόδου A i; ΔU 0- διακριτικότητα της τάσης εξόδου, που αντιστοιχεί στη μονάδα του λιγότερο σημαντικού ψηφίου του αριθμού εξόδου.
Στο n-bit ADC, ο συνολικός αριθμός μη μηδενικών επιπέδων τάσης εισόδου αναφοράς που διαφέρουν μεταξύ τους κατά ΔU 0, ίσο με τον μέγιστο δεκαδικό αριθμό εξόδου N=2 n - 1. Από κάθε επίπεδο U e i, σύμφωνα με την (4.18), μεταφέρει πληροφορίες για τον αριθμό, στη συνέχεια στη λειτουργία του ADC μπορούμε να διακρίνουμε τις κύριες λειτουργίες: σύγκριση των τάσεων εισόδου και αναφοράς, προσδιορισμός του αριθμού στάθμης, δημιουργία του αριθμού εξόδου σε έναν δεδομένο κωδικό . Το μέσο κέρδος ADC ορίζεται ως το αντίστροφο του αντίστοιχου κέρδους DAC:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Τότε η εξίσωση για το χαρακτηριστικό ελέγχου ADC μπορεί να γραφτεί ως
Το χαρακτηριστικό ελέγχου ADC έχει μια βαθμιδωτή μορφή.
Τα κυκλώματα υλοποίησης ADC μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριους τύπους: παράλληλη δράση και διαδοχική δράση.
Το κύριο πλεονέκτημα ενός παράλληλου ADC είναι η υψηλή του απόδοση. Η μετατροπή της αναλογικής τάσης εισόδου σε δεκαδικό πολυψήφιο αριθμό πραγματοποιείται σε δύο μόνο κύκλους ρολογιού των στοιχείων του ψηφιακού κυκλώματος. Το κύριο μειονέκτημα τέτοιων ADC είναι ο μεγάλος αριθμός αναλογικών συγκριτών και flip-flops στο κύκλωμα, ίσος με 2 n - 1, γεγονός που καθιστά τα παράλληλα ADC πολλαπλών bit απαγορευτικά ακριβά.
Σε ένα σειριακό ADC απαιτείται σημαντικά χαμηλότερο κόστος υλικού. Στο Σχ. Το σχήμα 4.15 δείχνει ένα κύκλωμα παρακολούθησης ADC που ανήκει στην ομάδα των διαδοχικών κυκλωμάτων. Το διάγραμμα χρησιμοποιεί σύμβολα που δεν αναφέρθηκαν προηγουμένως: GTI- γεννήτρια παλμών ρολογιού, SR- αντίστροφος μετρητής, ΠΡΟΣ ΤΗΝ- Συγκριτής, R- καταχωρητής εξόδου. Προσδιορισμοί λογικών στοιχείων ΚΑΙ,Ή ΟΧΙΓΕΝΙΚΑ αποδεκτο.
Σύγκριση U μέσαΚαι U eεκτελείται σε συνδυασμένο αναλογικό συγκριτή με δύο εξόδους: "περισσότερο από" (>) και "λιγότερο από" (<). ЕслиU σε - U e >ΔU 0/ 2, τότε εμφανίζεται ένα μόνο σήμα στην έξοδο > και το στοιχείο Και 1μεταφέρει παλμούς ρολογιού στην είσοδο αθροίσματος (+1) του μετρητή πάνω/κάτω SR.Ο αριθμός παραγωγής αυξάνεται SR, και αυξάνεται ανάλογα Εεε,που δημιουργήθηκε DAC. Αν U σε - U e < ΔU 0 /2 , τότε εμφανίζεται ένα μόνο σήμα στην έξοδο< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент ΚΑΙ 2περάστε στην είσοδο αφαίρεσης (-1) του μετρητή SRΚαι U eμειώνεται. Όταν η συνθήκη | U σε - U e | = ΔU 0 /2 και στις δύο εξόδους ΠΡΟΣ ΤΗΝεπισημαίνονται μηδενικά σήματα και στοιχεία Και 1Και ΚΑΙ 2είναι κλειδωμένα για παλμούς ρολογιού. Ο μετρητής σταματά να μετράει και ο αριθμός που παραμένει αμετάβλητος στην έξοδό του εμφανίζεται στην έξοδο καταχωρητή R.Η άδεια εγγραφής ενός αριθμού σε έναν καταχωρητή δίνεται από ένα σήμα μεμονωμένου στοιχείου Ή-ΔΕΝ, περιλαμβάνεται σε δύο εξόδους ΠΡΟΣ ΤΗΝ.Λαμβάνοντας υπόψη αυτό το καθεστώς σε σχέση με U μέσαΚαι Εεε,μπορεί να διαπιστωθεί ότι το ADC είναι ένα σύστημα ελέγχου κλειστό κατά μήκος της συντεταγμένης εξόδου με έναν ελεγκτή ΠΡΟΣ ΤΗΝδράση ρελέ. Το σύστημα παρακολουθεί τη μεταβολή της τάσης εισόδου με ακρίβεια σταθερής κατάστασης ± U 0/2και βγάζει έναν αριθμό που αντιστοιχεί στην ψηφιακή έξοδο U μέσα.Ένα ADC παρακολούθησης μπορεί να μετατρέψει γρήγορα μόνο μια αρκετά αργή αλλαγή στην τάση εισόδου.
Το κύριο μειονέκτημα του εξεταζόμενου ADC είναι η κακή του απόδοση. Στην πιο δυσμενή περίπτωση, όταν ρυθμιστεί απότομα η μέγιστη τάση στην είσοδο, για να παραχθεί η αντίστοιχη τιμή εξόδου σε ψηφιακό κωδικό θα χρειαστεί 2 n - 1κτυπά Ορισμένα κυκλώματα DAC και ADC και η λειτουργία τους συζητούνται στο /1/.
Ερωτήσεις αυτοδιαγνωστικού ελέγχου
1. Γιατί χρησιμοποιούνται ταιριαστά στοιχεία στα συστήματα αυτοματισμού;
2. Ποιος μετασχηματισμός πραγματοποιείται από έναν ανιχνευτή φάσης;
3. Σε ποιες λειτουργίες μπορεί να λειτουργήσει ο ανιχνευτής φάσης;
4. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου του ανιχνευτή φάσης;
5. Ποια είναι η συντεταγμένη εξόδου ενός ανιχνευτή φάσης;
6. Ποιος είναι ο τρόπος λειτουργίας του πλάτους ενός ανιχνευτή φάσης;
7. Ποιος είναι ο τρόπος λειτουργίας φάσης ενός ανιχνευτή φάσης;
8. Σε τι μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι ανιχνευτές φάσης σε συστήματα αυτοματισμού;
9. Δώστε τον τύπο για τα χαρακτηριστικά ελέγχου ενός ανιχνευτή φάσης που λειτουργεί σε λειτουργία πλάτους.
10. Τι μετατροπή πραγματοποιείται από ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα;
11. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου και εξόδου ενός μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό;
12. Ποια είναι τα κύρια μέρη ενός κυκλώματος μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό;
13. Δώστε τύπους για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών ελέγχου ενός μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό και του μέσου συντελεστή μετάδοσής του.
14. Τι τύπο χαρακτηριστικού ελέγχου έχει ένας μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό;
15. Τι μετατροπή πραγματοποιείται από έναν μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό;
16. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου και εξόδου ενός μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό;
17. Δώστε τύπους για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών ελέγχου ενός μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό και του μέσου συντελεστή μετάδοσής του.
18. Τι τύποι μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό υπάρχουν;
19. Ποια είναι τα κύρια πλεονεκτήματα και ποια μειονεκτήματα των παράλληλων μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό;
20. Ποια είναι τα κύρια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των σειριακών μετατροπέων αναλογικού σε ψηφιακό;
21. Γιατί χρησιμοποιείται ένας μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό σε ένα κύκλωμα παρακολούθησης μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό;
22. Ποιο είναι το μέγιστο απόλυτο σφάλμα μετατροπής σε σταθερή κατάσταση ενός μετατροπέα αναλογικού σε ψηφιακό παρακολούθησης;
ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ
Ερωτήσεις αυτοδιαγνωστικού ελέγχου
1. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου και εξόδου του αισθητήρα γωνίας περιστροφής;
2. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου και εξόδου του αισθητήρα γωνίας κακής ευθυγράμμισης;
3. Σε ποια συστήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αισθητήρες γωνίας και αισθητήρες σφαλμάτων;
4. Πόσες περιελίξεις και πού το έχει ο συγχρονιστής τριφασικών επαφών;
5. Ποιες είναι οι συντεταγμένες εισόδου και εξόδου του selsyn;
6. Σε ποιες λειτουργίες μπορεί να λειτουργήσει το selsyn;
7. Ποιος είναι ο τρόπος λειτουργίας πλάτους ενός συγχρονιστή;
8. Ποιος είναι ο τρόπος λειτουργίας φάσης ενός selsyn;
9. Δώστε έναν τύπο για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών ελέγχου ενός συγχρονιστή σε κατάσταση λειτουργίας πλάτους.
10. Δώστε έναν τύπο για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών ελέγχου ενός συγχρονιστή στον τρόπο λειτουργίας φάσης.
11. Ποιοι παράγοντες καθορίζουν τα στατικά σφάλματα ενός συγχρονιστή που παραμορφώνουν τα χαρακτηριστικά ελέγχου του;
12. Τι προκαλεί το σφάλμα ταχύτητας του αισθητήρα περιστροφικής γωνίας με βάση το selsyn;
13. Σε ποια λειτουργία λειτουργούν ο αισθητήρας selsyn και ο δέκτης selsyn στο κύκλωμα αισθητήρα γωνίας ασυμφωνίας εάν η τιμή πλάτους του EMF του ρότορα του δέκτη selsyn και η φάση αυτού του EMF χρησιμοποιούνται ως συντεταγμένες εξόδου του;
14. Δώστε έναν τύπο για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών ελέγχου ενός αισθητήρα ασυμφωνίας που βασίζεται σε δύο συγχρονιστές που λειτουργούν σε λειτουργία μετασχηματιστή.
15. Ποια είναι τα κύρια μειονεκτήματα των αισθητήρων περιστροφικής γωνίας που βασίζονται στο selsyn;
16. Για ποιο σκοπό χρησιμοποιούνται γρανάζια μέτρησης μείωσης στην είσοδο αισθητήρων γωνίας περιστροφής;
17. Για ποιο σκοπό χρησιμοποιούνται τα γρανάζια μέτρησης στην είσοδο των αισθητήρων γωνίας περιστροφής;
18. Πώς αλλάζει το σφάλμα μέτρησης γωνίας όταν χρησιμοποιούνται μειωτήρες μέτρησης;
19. Πότε ενδείκνυται η χρήση διακριτών αισθητήρων γωνίας;
20. Ποια είναι τα κύρια στοιχεία που υπάρχουν στη σχεδίαση ενός ψηφιακού αισθητήρα γωνίας περιστροφής που βασίζεται σε δίσκο κώδικα;
21. Γιατί το χαρακτηριστικό ελέγχου ενός ψηφιακού αισθητήρα γωνίας περιστροφής που βασίζεται σε δίσκο κώδικα έχει βαθμιαίο χαρακτήρα;
22. Δώστε έναν τύπο για τον υπολογισμό του διακριτού διαστήματος ενός ψηφιακού αισθητήρα γωνίας περιστροφής με βάση έναν δίσκο κώδικα.
23. Δώστε έναν τύπο για τον υπολογισμό του απόλυτου σφάλματος ενός ψηφιακού αισθητήρα γωνίας περιστροφής με βάση έναν δίσκο κώδικα.
24. Με ποια μέτρα σχεδιασμού μπορεί να αυξηθεί η χωρητικότητα bit ενός ψηφιακού αισθητήρα γωνίας περιστροφής που βασίζεται σε δίσκο κώδικα;
Αισθητήρες γωνιακής ταχύτητας
Ταχογεννήτρια DCείναι μια ηλεκτρική μηχανή συνεχούς ρεύματος με ανεξάρτητη διέγερση ή μόνιμους μαγνήτες (Εικ. 5.6). Συντεταγμένη εισόδου TG - γωνιακή ταχύτητα w, τάση εξόδου U έξω, που κατανέμεται στην αντίσταση φορτίου.
E tg = kΦw = I(R tg + R n),
Συντελεστής μεταφοράς TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- εποικοδομητική σταθερά. φά- μαγνητική ροή διέγερσης. R tg- αντίσταση της περιέλιξης του οπλισμού και της επαφής της βούρτσας.
 |
Ο συντελεστής μεταφοράς του TG, αυστηρά μιλώντας, δεν παραμένει σταθερός όταν αλλάζει η ταχύτητα λόγω της μη γραμμικότητας της αντίστασης επαφής της βούρτσας και της αντίδρασης οπλισμού. Επομένως, παρατηρείται μια ορισμένη μη γραμμικότητα στο χαρακτηριστικό ελέγχου σε ζώνες χαμηλής και υψηλής ταχύτητας (Εικ. 5.6, σι). Η μη γραμμικότητα στη ζώνη χαμηλής ταχύτητας μειώνεται με τη χρήση επιμεταλλωμένων βουρτσών με χαμηλή πτώση τάσης. Η μη γραμμικότητα του χαρακτηριστικού λόγω της αντίδρασης οπλισμού μειώνεται περιορίζοντας την ταχύτητα από πάνω και αυξάνοντας την αντίσταση φορτίου. Κατά την εκτέλεση αυτών των δραστηριοτήτων, τα χαρακτηριστικά ελέγχου του TG μπορούν να θεωρηθούν σχεδόν απλά.
28. Ρυθμιστές Suim.
1. Αναλογικοί ρυθμιστές της κατηγορίας «εισόδου-εξόδου» βασισμένοι σε λειτουργικούς ενισχυτές
Ανεξάρτητα από τον τεχνολογικό σκοπό των ρυθμιστών, όλοι χωρίζονται σε 2 μεγάλες κατηγορίες:
Παραμετρικοί ελεγκτές της κατηγορίας «εισόδου/εξόδου» (ελεγκτές P-, PI-, PID-, κ.λπ.).
Ρυθμιστές κατάστασης ACS (απεριοδικοί, τροπικοί, κ.λπ.).
Η πρώτη κατηγορία ρυθμιστών στα λειτουργικά διαγράμματα του συστήματος ελέγχου ES ορίζεται ως συνάρτηση μετάβασης.
1. Αναλογικός ελεγκτής (P-controller).
Το σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.19.
Θα υποθέσουμε ότι στην είσοδο του ελεγκτή υπάρχει ένα σήμα σφάλματος ελέγχου Χσε, και Χσε = Χ h - Χ os. Επιπλέον, αντί για δύο αντιστάσεις RΖ και Rχρησιμοποιείται ένα λειτουργικό σύστημα - Rεισαγωγή
Uέξω ( t)=ΠΡΟΣ ΤΗΝ reg Χσε( t).
2. Ενσωματωμένος ρυθμιστής (I-regulator).
Το σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.22.
Ρύζι. 4.22. Σχηματικό διάγραμμα ενός ολοκληρωμένου ρυθμιστή
Λειτουργία μεταφοράς ελεγκτή
Οπου Τ ΤΚαι = R VX ΜΕ 0 .
Χαρακτηριστικά χρονισμού ρυθμιστή:
Uέξω ( t)=Uέξω (0)+ 1/ ( R VX ΜΕ 0)Χσε( t)t.
Π 
μεταβατική διεργασία στον ελεγκτή σε μηδενικές αρχικές συνθήκες ( UΗ έξοδος (0)=0) θα έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 4.23.
Το λειτουργικό διάγραμμα του ενσωματωμένου ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.24.
3. Ρυθμιστής διαφορικού (D-regulator).
Το σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.25.
Λειτουργία μεταφοράς ελεγκτή
Οπου Τ D είναι η χρονική σταθερά του ολοκληρωτή, Τ D = R 0 ΜΕ VH.
Χαρακτηριστικά χρονισμού ρυθμιστή:
Uέξω ( t)=Τρε (t),
Οπου (t) είναι η συνάρτηση δέλτα Dirac.
Η μεταβατική διαδικασία στον ρυθμιστή θα έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 4.26.
ΜΕ 
Πρέπει να σημειωθεί ότι το περιορισμένο εύρος ζώνης συχνοτήτων των ίδιων των λειτουργικών ενισχυτών δεν επιτρέπει την πραγματοποίηση καθαρής (ιδανικής) διαφοροποίησης. Επιπλέον, λόγω της χαμηλής ατρωσίας του θορύβου των διαφορικών ρυθμιστών, έχει αναπτυχθεί η πρακτική χρήσης πραγματικών διαφοροποιητικών ζεύξεων και τα διαγράμματα κυκλωμάτων τέτοιων ρυθμιστών είναι κάπως διαφορετικά από αυτά που φαίνονται στο Σχήμα. 4.25.
Το λειτουργικό διάγραμμα του ρυθμιστή διαφορικού φαίνεται στο Σχ. 4.27.
4. Αναλογικός-ολοκληρωτικός ελεγκτής (PI controller).
Το σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.28.
Λειτουργία μεταφοράς ελεγκτή
Οπου κ REG - συντελεστής μετάδοσης ρυθμιστή, κ REG = R 0 /R VX;
ΤΚαι είναι η χρονική σταθερά του ολοκληρωτή, ΤΚαι = R VX ΜΕ 0 .
Χαρακτηριστικά χρονισμού ρυθμιστή:
Uέξω ( t)=Uέξω (0) + ( κ REG + t/ ( R VX ΜΕ 0))Χσε( t).
Η μεταβατική διαδικασία στον ελεγκτή σε μηδενικές αρχικές συνθήκες θα έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 4.29.
Η συνάρτηση μεταφοράς ενός αναλογικού-ολοκληρωτικού ελεγκτή συχνά παρουσιάζεται όχι ως άθροισμα δύο όρων, αλλά ως ένας λεγόμενος ισοδρομικός σύνδεσμος
, (4.53)
Οπου Τ IZ είναι η χρονική σταθερά του ισοδρομικού συνδέσμου, ΤΑΠΟ = R 0 ντο 0 ,
ΤΚαι είναι η χρονική σταθερά ολοκλήρωσης του ελεγκτή, ΤΚαι = R VX ντο 0 .
Ο ελεγκτής PI που περιλαμβάνεται στη δομή ACS παρέχει αντιστάθμιση για μία μεγάλη σταθερά χρόνου του αντικειμένου ελέγχου (βλ. Ενότητα 8.1).
Αναλογικός ελεγκτής διαφορικού (ελεγκτής PD)Το σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.31.
Οπου κ κ REG = R 0 /R VX;
Τ D είναι η χρονική σταθερά του ολοκληρωτή, Τ D = R 0 ΜΕ VH.
Χαρακτηριστικά χρονισμού ρυθμιστή:
Uέξω ( t)= κ REG Χσε( t) +Τρε (t),
Οπου (t) είναι η συνάρτηση δέλτα Dirac.
Π 
Η μεταβατική διαδικασία στον ελεγκτή PD θα έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 4.32, το λειτουργικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.33.
Ρύζι. 4.32. Μεταβατική διαδικασία στον ελεγκτή PD
6. Ελεγκτής αναλογικού-ολοκληρωτικού παραγώγου (PID)
ρυθμιστής)
Το σχηματικό διάγραμμα του ρυθμιστή φαίνεται στο Σχ. 4.34.
Λειτουργία μεταφοράς ελεγκτή
Οπου κ REG - συντελεστής μετάδοσης ρυθμιστή, κ REG = R 0 /R VX + ντο VX / ΜΕ 0 ;
ΤΚαι είναι η σταθερά χρόνου ολοκλήρωσης, ΤΚαι = R VX ΜΕ 0 ;
Τ D - σταθερά χρόνου διαφοροποίησης, Τ D = R 0 ΜΕ VH.
Χαρακτηριστικά χρονισμού ρυθμιστή:
Uέξω ( t)=Uέξω (0) + κ REG Χσε( t) + (1/ΤΚΑΙ Π) Χσε( t) + Τρε (t),
Οπου (t) είναι η συνάρτηση δέλτα Dirac.
Η μεταβατική διαδικασία στον ρυθμιστή θα έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 4.35, το λειτουργικό διάγραμμα φαίνεται στο Σχ. 4.36.
Κατ' αναλογία με έναν ελεγκτή PI, το MM ενός ελεγκτή PID συχνά αναπαρίσταται ως ισοδρομικός σύνδεσμος δεύτερης τάξης
, (4.56)
Οπου Τ IZ,1 , Τ IZ,2 - χρονικές σταθερές του ισοδρομικού συνδέσμου. Τ IZ,1 = R 0 ΜΕ 0 ,Τ IZ,2 = =Rεισαγωγή ΜΕεισαγωγή
Ο ελεγκτής PID παρέχει αντιστάθμιση για δύο μεγάλες χρονικές σταθερές του αντικειμένου ελέγχου, διασφαλίζοντας την ένταση των δυναμικών διεργασιών στο ACS.
Το άρθρο θα συζητήσει έναν τυπικό λειτουργικό ενισχυτή και θα παρέχει επίσης παραδείγματα διαφόρων τρόπων λειτουργίας αυτής της συσκευής. Σήμερα, καμία συσκευή ελέγχου δεν μπορεί να κάνει χωρίς ενισχυτές. Αυτές είναι πραγματικά καθολικές συσκευές που σας επιτρέπουν να εκτελείτε διάφορες λειτουργίες με ένα σήμα. Θα μάθετε περισσότερα για το πώς λειτουργεί αυτή η συσκευή και τι ακριβώς σας επιτρέπει να κάνετε αυτή η συσκευή.
Ενισχυτές αναστροφής
Το κύκλωμα του ενισχυτή αναστροφής op-amp είναι αρκετά απλό, μπορείτε να το δείτε στην εικόνα. Βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή (τα κυκλώματα σύνδεσής του συζητούνται σε αυτό το άρθρο). Επιπλέον, εδώ:
- Υπάρχει μια πτώση τάσης στην αντίσταση R1, η τιμή της είναι ίδια με την αντίσταση εισόδου.
- Υπάρχει επίσης R2 στην αντίσταση - είναι ίδια με την αντίσταση.
Στην περίπτωση αυτή, ο λόγος της τάσης εξόδου προς την αντίσταση R2 είναι ίσος σε τιμή με τον λόγο της τάσης εισόδου προς το R1, αλλά το αντίθετο σε πρόσημο. Γνωρίζοντας τις τιμές της αντίστασης και της τάσης, μπορείτε να υπολογίσετε το κέρδος. Για να γίνει αυτό, πρέπει να διαιρέσετε την τάση εξόδου με την τάση εισόδου. Σε αυτή την περίπτωση, ο λειτουργικός ενισχυτής (τα κυκλώματα σύνδεσής του μπορεί να είναι οποιαδήποτε) μπορεί να έχει το ίδιο κέρδος ανεξάρτητα από τον τύπο.
Λειτουργία ανατροφοδότησης
Τώρα πρέπει να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε ένα βασικό σημείο - πώς λειτουργεί η ανατροφοδότηση. Ας πούμε ότι υπάρχει κάποια τάση στην είσοδο. Για απλότητα των υπολογισμών, ας πάρουμε την τιμή του ίση με 1 V. Ας υποθέσουμε επίσης ότι R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.
Τώρα ας υποθέσουμε ότι έχει προκύψει κάποια απρόβλεπτη κατάσταση, λόγω της οποίας η τάση στην έξοδο του καταρράκτη έχει ρυθμιστεί στα 0 V. Στη συνέχεια, παρατηρείται μια ενδιαφέρουσα εικόνα - δύο αντιστάσεις αρχίζουν να λειτουργούν σε ζεύγη, μαζί δημιουργούν έναν διαιρέτη τάσης. Στην έξοδο του σταδίου αναστροφής, διατηρείται σε επίπεδο 0,91 V. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ενισχυτής ενεργοποίησης επιτρέπει την καταγραφή της ασυμφωνίας μεταξύ των εισόδων και η τάση μειώνεται στην έξοδο. Επομένως, είναι πολύ απλό να σχεδιάσετε ένα κύκλωμα λειτουργικού ενισχυτή που υλοποιεί τη λειτουργία ενός ενισχυτή σήματος από έναν αισθητήρα, για παράδειγμα.
Και αυτή η αλλαγή θα συνεχιστεί έως ότου η έξοδος φτάσει σε μια σταθερή τιμή 10 V. Είναι αυτή τη στιγμή που τα δυναμικά στις εισόδους του λειτουργικού ενισχυτή θα είναι ίσα. Και θα είναι ίδια με τις δυνατότητες της γης. Από την άλλη πλευρά, εάν η τάση στην έξοδο της συσκευής συνεχίσει να μειώνεται και είναι μικρότερη από -10 V, το δυναμικό στην είσοδο θα γίνει χαμηλότερο από αυτό της γείωσης. Συνέπεια αυτού είναι ότι η τάση στην έξοδο αρχίζει να αυξάνεται.
Αυτό το κύκλωμα έχει ένα μεγάλο μειονέκτημα - η σύνθετη αντίσταση εισόδου είναι πολύ μικρή, ειδικά για ενισχυτές με κέρδος υψηλής τάσης, εάν το κύκλωμα ανάδρασης είναι κλειστό. Και ο σχεδιασμός που συζητήθηκε περαιτέρω στερείται όλων αυτών των ελλείψεων.
Ενισχυτής χωρίς αναστροφή
Το σχήμα δείχνει το κύκλωμα ενός μη αναστροφικού λειτουργικού ενισχυτή. Αφού το αναλύσουμε, μπορούμε να βγάλουμε αρκετά συμπεράσματα:
- Η τιμή τάσης UA είναι ίση με την τάση εισόδου.
- Η τάση UA αφαιρείται από τον διαιρέτη, η οποία είναι ίση με την αναλογία του γινομένου της τάσης εξόδου και του R1 προς το άθροισμα των αντιστάσεων R1 και R2.
- Στην περίπτωση που το UA είναι ίσο σε τιμή με την τάση εισόδου, το κέρδος είναι ίσο με τον λόγο της τάσης εξόδου προς την είσοδο (ή μπορείτε να προσθέσετε ένα στον λόγο των αντιστάσεων R2 και R1).
Αυτός ο σχεδιασμός ονομάζεται μη αντιστρεφόμενος ενισχυτής, έχει σχεδόν άπειρη αντίσταση εισόδου. Για παράδειγμα, για λειτουργικούς ενισχυτές της σειράς 411, η τιμή του είναι 1012 Ohms, η ελάχιστη. Και για λειτουργικούς ενισχυτές που βασίζονται σε διπολικά τρανζίστορ ημιαγωγών, κατά κανόνα, πάνω από 108 Ohm. Αλλά η σύνθετη αντίσταση εξόδου του καταρράκτη, όπως και στο κύκλωμα που συζητήθηκε προηγουμένως, είναι πολύ μικρή - κλάσματα του ωμ. Και αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τον υπολογισμό κυκλωμάτων που χρησιμοποιούν λειτουργικούς ενισχυτές.
Κύκλωμα ενισχυτή AC
Και τα δύο κυκλώματα που συζητήθηκαν νωρίτερα στο άρθρο λειτουργούν αλλά εάν η σύνδεση μεταξύ της πηγής σήματος εισόδου και του ενισχυτή είναι εναλλασσόμενο ρεύμα, τότε θα πρέπει να προσφέρετε γείωση για το ρεύμα στην είσοδο της συσκευής. Επιπλέον, πρέπει να δώσετε προσοχή στο γεγονός ότι η τρέχουσα τιμή είναι εξαιρετικά μικρή σε μέγεθος.
Στην περίπτωση που τα σήματα εναλλασσόμενου ρεύματος ενισχύονται, είναι απαραίτητο να μειωθεί το κέρδος του σήματος DC σε μονάδα. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για περιπτώσεις όπου το κέρδος τάσης είναι πολύ μεγάλο. Χάρη σε αυτό, είναι δυνατό να μειωθεί σημαντικά η επίδραση της τάσης διάτμησης που οδηγείται στην είσοδο της συσκευής.
Δεύτερο παράδειγμα κυκλώματος για εργασία με εναλλασσόμενη τάση
Σε αυτό το κύκλωμα, σε επίπεδο -3 dB μπορείτε να δείτε την αντιστοιχία σε συχνότητα 17 Hz. Σε αυτό, η σύνθετη αντίσταση του πυκνωτή αποδεικνύεται ότι είναι στο επίπεδο των δύο κιλών ohms. Επομένως, ο πυκνωτής πρέπει να είναι αρκετά μεγάλος.
Για να δημιουργήσετε έναν ενισχυτή εναλλασσόμενου ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιήσετε έναν μη αναστροφικό τύπο κυκλώματος op-amp. Και πρέπει να έχει αρκετά μεγάλο κέρδος τάσης. Αλλά ο πυκνωτής μπορεί να είναι πολύ μεγάλος, επομένως είναι καλύτερο να μην τον χρησιμοποιήσετε. Είναι αλήθεια ότι θα πρέπει να επιλέξετε τη σωστή διατμητική τάση, εξισώνοντας την τιμή της με μηδέν. Ή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα διαιρέτη σε σχήμα Τ και να αυξήσετε τις τιμές αντίστασης και των δύο αντιστάσεων στο κύκλωμα.
Ποιο σχέδιο είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθεί;
Οι περισσότεροι σχεδιαστές προτιμούν μη αναστρέφοντες ενισχυτές επειδή έχουν πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου. Και παραμελούν τα κυκλώματα αναστροφής τύπου. Αλλά το τελευταίο έχει ένα τεράστιο πλεονέκτημα - δεν είναι απαιτητικό για τον ίδιο τον λειτουργικό ενισχυτή, που είναι η «καρδιά» του.
Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά του είναι, στην πραγματικότητα, πολύ καλύτερα. Και με τη βοήθεια της φανταστικής γείωσης, μπορείτε εύκολα να συνδυάσετε όλα τα σήματα και δεν θα επηρεάσουν το ένα το άλλο. Ένα κύκλωμα ενισχυτή DC που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε σχέδια. Όλα εξαρτώνται από τις ανάγκες.
Και το τελευταίο πράγμα είναι η περίπτωση εάν ολόκληρο το κύκλωμα που συζητείται εδώ είναι συνδεδεμένο στη σταθερή έξοδο ενός άλλου ενισχυτή λειτουργίας. Σε αυτή την περίπτωση, η τιμή της σύνθετης αντίστασης εισόδου δεν παίζει σημαντικό ρόλο - τουλάχιστον 1 kOhm, τουλάχιστον 10, τουλάχιστον άπειρο. Σε αυτή την περίπτωση, ο πρώτος καταρράκτης εκτελεί πάντα τη λειτουργία του σε σχέση με τον επόμενο.
Κύκλωμα επαναλήπτη
Ένας επαναλήπτης που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή λειτουργεί παρόμοια με έναν πομπό που είναι κατασκευασμένος σε ένα διπολικό τρανζίστορ. Και εκτελεί παρόμοιες λειτουργίες. Ουσιαστικά, πρόκειται για έναν μη αντιστρεφόμενο ενισχυτή στον οποίο η αντίσταση της πρώτης αντίστασης είναι απείρως μεγάλη και η αντίσταση της δεύτερης είναι μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, το κέρδος είναι ίσο με τη μονάδα.
Υπάρχουν ειδικοί τύποι λειτουργικών ενισχυτών που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία μόνο για κυκλώματα επαναλήπτη. Έχουν σημαντικά καλύτερα χαρακτηριστικά - κατά κανόνα, υψηλή απόδοση. Παραδείγματα περιλαμβάνουν λειτουργικούς ενισχυτές όπως OPA633, LM310, TL068. Το τελευταίο έχει σώμα σαν τρανζίστορ, καθώς και τρεις ακροδέκτες. Πολύ συχνά τέτοιοι ενισχυτές ονομάζονται απλώς buffers. Γεγονός είναι ότι έχουν τις ιδιότητες ενός μονωτή (πολύ υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου και εξαιρετικά χαμηλή απόδοση). Περίπου η ίδια αρχή χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός κυκλώματος ενισχυτή ρεύματος που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή.
Ενεργή λειτουργία
Ουσιαστικά, αυτός είναι ένας τρόπος λειτουργίας στον οποίο οι έξοδοι και οι είσοδοι του λειτουργικού ενισχυτή δεν υπερφορτώνονται. Εάν εφαρμοστεί ένα πολύ μεγάλο σήμα στην είσοδο του κυκλώματος, τότε στην έξοδο θα αρχίσει απλώς να κόβεται ανάλογα με το επίπεδο τάσης του συλλέκτη ή του πομπού. Αλλά όταν η τάση εξόδου είναι σταθερή στο επίπεδο αποκοπής, η τάση στις εισόδους του op-amp δεν αλλάζει. Σε αυτή την περίπτωση, το εύρος δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερο από την τάση τροφοδοσίας
Τα περισσότερα κυκλώματα op-amp είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε αυτή η ταλάντευση να είναι 2 V μικρότερη από την τάση τροφοδοσίας. Αλλά όλα εξαρτώνται από το συγκεκριμένο κύκλωμα ενισχυτή op-amp που χρησιμοποιείται. Υπάρχει ο ίδιος περιορισμός στη σταθερότητα με βάση έναν λειτουργικό ενισχυτή.
Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει μια ορισμένη πτώση τάσης σε μια πηγή με αιωρούμενο φορτίο. Εάν το ρεύμα κινείται προς την κανονική κατεύθυνση, μπορεί να συναντήσετε ένα φορτίο που φαίνεται περίεργο με την πρώτη ματιά. Για παράδειγμα, αρκετές μπαταρίες με αντίστροφη πόλωση. Αυτός ο σχεδιασμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη συνεχούς ρεύματος φόρτισης.
Μερικές προφυλάξεις
Ένας απλός ενισχυτής τάσης που βασίζεται σε έναν λειτουργικό ενισχυτή (μπορεί να επιλεγεί οποιοδήποτε κύκλωμα) μπορεί να κατασκευαστεί κυριολεκτικά "στο γόνατο". Αλλά θα πρέπει να λάβετε υπόψη ορισμένα χαρακτηριστικά. Είναι επιτακτική ανάγκη να βεβαιωθείτε ότι η ανάδραση στο κύκλωμα είναι αρνητική. Αυτό υποδηλώνει επίσης ότι είναι απαράδεκτο να συγχέουμε τις μη αντιστρεπτικές και αναστροφικές εισόδους του ενισχυτή. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει βρόχος ανάδρασης για συνεχές ρεύμα. Διαφορετικά, ο op-amp θα περάσει γρήγορα σε κορεσμό.
Οι περισσότεροι ενισχυτές λειτουργίας έχουν πολύ μικρή διαφορική τάση εισόδου. Σε αυτήν την περίπτωση, η μέγιστη διαφορά μεταξύ των μη αναστρεφόμενων και αναστροφικών εισόδων μπορεί να περιοριστεί στα 5 V για οποιαδήποτε σύνδεση της πηγής ισχύος. Εάν παραμεληθεί αυτή η συνθήκη, θα εμφανιστούν αρκετά μεγάλες τιμές ρεύματος στην είσοδο, γεγονός που θα οδηγήσει σε επιδείνωση όλων των χαρακτηριστικών του κυκλώματος.
Το χειρότερο σε αυτό είναι η φυσική καταστροφή του ίδιου του λειτουργικού ενισχυτή. Ως αποτέλεσμα, το κύκλωμα του λειτουργικού ενισχυτή σταματά να λειτουργεί εντελώς.
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψην
Και, φυσικά, πρέπει να μιλήσουμε για τους κανόνες που πρέπει να ακολουθούνται για να διασφαλιστεί η σταθερή και μακροχρόνια λειτουργία του λειτουργικού ενισχυτή.
Το πιο σημαντικό είναι ότι ο op-amp έχει πολύ υψηλό κέρδος τάσης. Και αν η τάση μεταξύ των εισόδων αλλάξει κατά ένα κλάσμα του millivolt, η τιμή της στην έξοδο μπορεί να αλλάξει σημαντικά. Επομένως, είναι σημαντικό να γνωρίζετε: η έξοδος ενός λειτουργικού ενισχυτή προσπαθεί να διασφαλίσει ότι η διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων είναι κοντά (ιδανικά ίση) με το μηδέν.
Ο δεύτερος κανόνας είναι ότι η κατανάλωση ρεύματος του λειτουργικού ενισχυτή είναι εξαιρετικά μικρή, κυριολεκτικά νανοαμπέρ. Εάν είναι εγκατεστημένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου στις εισόδους, τότε υπολογίζεται σε picoamp. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι οι είσοδοι δεν καταναλώνουν ρεύμα, ανεξάρτητα από το ποιος λειτουργικός ενισχυτής χρησιμοποιείται, το κύκλωμα - η αρχή λειτουργίας παραμένει η ίδια.
Αλλά δεν πρέπει να πιστεύετε ότι ο op-amp αλλάζει συνεχώς την τάση στις εισόδους. Φυσικά, αυτό είναι σχεδόν αδύνατο να επιτευχθεί, αφού δεν θα υπήρχε αντιστοιχία με τον δεύτερο κανόνα. Χάρη στον λειτουργικό ενισχυτή, αξιολογείται η κατάσταση όλων των εισόδων. Χρησιμοποιώντας ένα εξωτερικό κύκλωμα ανάδρασης, η τάση μεταφέρεται στην είσοδο από την έξοδο. Το αποτέλεσμα είναι ότι η διαφορά τάσης μεταξύ των εισόδων του λειτουργικού ενισχυτή είναι στο μηδέν.
Έννοια ανατροφοδότησης
Αυτή είναι μια κοινή έννοια και χρησιμοποιείται ήδη με ευρεία έννοια σε όλους τους τομείς της τεχνολογίας. Οποιοδήποτε σύστημα ελέγχου έχει ανάδραση που συγκρίνει το σήμα εξόδου και την τιμή ρύθμισης (αναφορά). Ανάλογα με την τρέχουσα τιμή, πραγματοποιείται μια προσαρμογή προς την επιθυμητή κατεύθυνση. Επιπλέον, το σύστημα ελέγχου μπορεί να είναι οτιδήποτε, ακόμα και ένα αυτοκίνητο που οδηγεί στο δρόμο.
Ο οδηγός πατάει τα φρένα και η ανατροφοδότηση εδώ είναι η αρχή της επιβράδυνσης. Σχεδιάζοντας μια αναλογία με ένα τόσο απλό παράδειγμα, μπορείτε να κατανοήσετε καλύτερα την ανατροφοδότηση σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Και αρνητικά σχόλια είναι εάν όταν πατάτε το πεντάλ του φρένου το αυτοκίνητο επιταχύνει.
Στα ηλεκτρονικά, η ανάδραση είναι η διαδικασία κατά την οποία ένα σήμα μεταφέρεται από την έξοδο στην είσοδο. Σε αυτή την περίπτωση, το σήμα στην είσοδο καταστέλλεται επίσης. Από τη μία, αυτή δεν είναι πολύ λογική ιδέα, γιατί μπορεί να φαίνεται από έξω ότι το κέρδος θα μειωθεί σημαντικά. Παρεμπιπτόντως, οι ιδρυτές της ανάπτυξης της ανατροφοδότησης στα ηλεκτρονικά έλαβαν τέτοια σχόλια. Αλλά αξίζει να κατανοήσουμε λεπτομερέστερα την επιρροή του στους λειτουργικούς ενισχυτές - εξετάστε τα πρακτικά κυκλώματα. Και θα γίνει σαφές ότι στην πραγματικότητα μειώνει ελαφρώς το κέρδος, αλλά σας επιτρέπει να βελτιώσετε ελαφρώς άλλες παραμέτρους:
- Εξομαλύνετε τα χαρακτηριστικά συχνότητας (τα φέρνει στο απαιτούμενο επίπεδο).
- Σας επιτρέπει να προβλέψετε τη συμπεριφορά του ενισχυτή.
- Δυνατότητα εξάλειψης της μη γραμμικότητας και της παραμόρφωσης σήματος.
Όσο πιο βαθιά είναι η ανάδραση (μιλάμε για αρνητική), τόσο μικρότερη επιρροή έχουν τα χαρακτηριστικά ανοιχτού βρόχου στον ενισχυτή. Το αποτέλεσμα είναι ότι όλες οι παράμετροί του εξαρτώνται μόνο από τις ιδιότητες του κυκλώματος.
Αξίζει να δοθεί προσοχή στο γεγονός ότι όλοι οι λειτουργικοί ενισχυτές λειτουργούν σε λειτουργία με πολύ βαθιά ανάδραση. Και το κέρδος τάσης (με τον ανοιχτό βρόχο του) μπορεί να φτάσει ακόμη και πολλά εκατομμύρια. Επομένως, το κύκλωμα ενισχυτή λειτουργικού ενισχυτή είναι εξαιρετικά απαιτητικό όσον αφορά τη συμμόρφωση με όλες τις παραμέτρους σχετικά με την τροφοδοσία ρεύματος και το επίπεδο σήματος εισόδου.
Ο ελεγκτής υπολογίζει την αναντιστοιχία και τη μετατρέπει σε ενέργεια ελέγχου σύμφωνα με μια συγκεκριμένη μαθηματική πράξη. Το VSAU χρησιμοποιεί κυρίως τους ακόλουθους τύπους ελεγκτών: αναλογικό (P), ολοκλήρωμα (I), αναλογικό-ολοκληρωμένο (PI), αναλογικό-ολοκληρωμένο-παράγωγο (PID). Ανάλογα με τον τύπο των σημάτων που μετατρέπονται, διακρίνονται οι αναλογικοί και ψηφιακοί ρυθμιστές. Αναλογικοί ρυθμιστές (AR) υλοποιούνται με βάση λειτουργικούς ενισχυτές, ψηφιακό - βασίζονται σε εξειδικευμένες υπολογιστικές συσκευές ή μικροεπεξεργαστές. Οι αναλογικοί ελεγκτές μετατρέπουν μόνο αναλογικά σήματα που είναι συνεχείς συναρτήσεις του χρόνου. Όταν διέρχεται από το AP, κάθε στιγμιαία τιμή ενός συνεχούς σήματος μετατρέπεται.
Για την εφαρμογή AR, ένας λειτουργικός ενισχυτής (op-amp) συνδέεται σύμφωνα με ένα κύκλωμα αθροιστικού ενισχυτή με αρνητική ανάδραση. Ο τύπος του ρυθμιστή και η λειτουργία μεταφοράς του καθορίζονται από το κύκλωμα για τη σύνδεση αντιστάσεων και πυκνωτών στα κυκλώματα στην είσοδο και στην ανάδραση op-amp.
Κατά την ανάλυση των ρυθμιστών, θα χρησιμοποιήσουμε δύο κύριες υποθέσεις, οι οποίες υψηλός βαθμόςΗ ακρίβεια πληρούται για έναν op-amp με αρνητική ανάδραση σε γραμμικό τρόπο λειτουργίας:
Διαφορική τάση εισόδου UΗ είσοδος op-amp είναι ίση με μηδέν.
Οι αντιστρεπτικές και μη αναστροφικές είσοδοι του op-amp δεν καταναλώνουν ρεύμα, π.χ. ρεύματα εισόδου (Εικ. 2.2). Εφόσον η μη αντιστρεπτική είσοδος είναι συνδεδεμένη με τον «μηδενικό» δίαυλο, τότε, σύμφωνα με την πρώτη παραδοχή, το δυναμικό φa της εισόδου αναστροφής είναι επίσης μηδέν.
Ρύζι. 2.2.Λειτουργικό διάγραμμα αναλογικού ελεγκτή
Προχωρώντας στην αύξηση των μεταβλητών στην εξίσωση (2.1) και χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Laplace, λαμβάνουμε τη συνάρτηση μεταφοράς του ρυθμιστή P:
Οπου - αναλογικό κέρδος.
Έτσι, στον ρυθμιστή P, πραγματοποιείται μια αναλογική ενίσχυση (πολλαπλασιάζοντας με μια σταθερά) του σήματος σφάλματος uαγώνας
Ο συντελεστής μπορεί να είναι είτε μεγαλύτερος είτε μικρότερος από ένα. Στο Σχ. Το 2.3 δείχνει την εξάρτηση uστο = f(t)Ρυθμιστής P όταν αλλάζει το σήμα σφάλματος uαγώνας
Ένας ενσωματωμένος ρυθμιστής (I-regulator) υλοποιείται συνδέοντας έναν πυκνωτή οπ-ενισχυτή C στον οπ-ενισχυτή στο κύκλωμα ανάδρασης (Εικ. 2.4). Λειτουργία μεταφοράς του ελεγκτή I
όπου είναι η σταθερά της ολοκλήρωσης, s.
Ρύζι. 2.4. Λειτουργικό διάγραμμα ενός ενσωματωμένου ρυθμιστή
Ο ελεγκτής I ενσωματώνει το σήμα σφάλματος uαγώνας
Ένας αναλογικός-ολοκληρωτικός ελεγκτής (ελεγκτής PI) υλοποιείται συμπεριλαμβάνοντας μια αντίσταση R OU και έναν πυκνωτή C OU στον βρόχο ανάδρασης (Εικ. 2.6).
Ρύζι. 2.6.Λειτουργικό διάγραμμα του ελεγκτή PI
Λειτουργία μεταφοράς του ελεγκτή PI
είναι το άθροισμα των συναρτήσεων μεταφοράς των αναλογικών και ολοκληρωτικών ελεγκτών. Δεδομένου ότι ο ελεγκτής PI έχει τις ιδιότητες των ελεγκτών P και I, εκτελεί ταυτόχρονα αναλογική ενίσχυση και ενσωμάτωση του σήματος σφάλματος uαγώνας
Ένας ελεγκτής αναλογικής-ολοκληρωμένης παραγώγου (PID controller) υλοποιείται στην απλούστερη περίπτωση συνδέοντας τους πυκνωτές C 3 και C OS στον ελεγκτή PI παράλληλα με τις αντιστάσεις R 3 και R OC (Εικ. 2.8).
Ρύζι. 2.8.Λειτουργικό διάγραμμα του ελεγκτή PID
Λειτουργία μεταφοράς ελεγκτή PID
πού είναι το αναλογικό κέρδος του ελεγκτή PID; - σταθερά διαφοροποίησης. - σταθερά ολοκλήρωσης· ; .
Η συνάρτηση μεταφοράς του ελεγκτή PID είναι το άθροισμα των συναρτήσεων μεταφοράς των αναλογικών, ολοκληρωτικών και διαφορικών ελεγκτών. Ο ελεγκτής PID εκτελεί ταυτόχρονη αναλογική ενίσχυση, διαφοροποίηση και ενσωμάτωση του σήματος σφάλματος uαγώνας
17 Ερώτηση Αισθητήρες συντεταγμένων AEP.
Μπλοκ διάγραμμα του αισθητήρα.Ο AED (αυτόματη ηλεκτρική κίνηση) χρησιμοποιεί αισθητήρες για τη λήψη σημάτων ανάδρασης σε ελεγχόμενες συντεταγμένες. Αισθητήραςείναι μια συσκευή που ενημερώνει για την κατάσταση της ελεγχόμενης συντεταγμένης του AED αλληλεπιδρώντας μαζί του και μετατρέποντας την αντίδραση σε αυτή την αλληλεπίδραση σε ηλεκτρικό σήμα.
Στον AED ελέγχονται οι ηλεκτρικές και μηχανικές συντεταγμένες: ρεύμα, τάση, EMF, ροπή, ταχύτητα, μετατόπιση κ.λπ. Για τη μέτρησή τους χρησιμοποιούνται κατάλληλοι αισθητήρες.
Ο αισθητήρας συντεταγμένων AED μπορεί να αναπαρασταθεί δομικά ως μια σειριακή σύνδεση ενός μορφοτροπέα μέτρησης (MT) και μιας συσκευής αντιστοίχισης (CU) (Εικ. 2.9). Ο μορφοτροπέας μέτρησης μετατρέπει τη συντεταγμένη Χσε ηλεκτρικό σήμα τάσης Και(ή τρέχον Εγώ), αναλογικό Χ . Η αντίστοιχη συσκευή μετατρέπει το σήμα εξόδου Και IP σε σήμα ανάδρασης u OS , που σε μέγεθος και σχήμα ικανοποιεί τα αυτοκινούμενα πυροβόλα.
Ρύζι. 2.9.Μπλοκ διάγραμμα του αισθητήρα συντεταγμένων AEP
Αισθητήρες ρεύματος.Οι αισθητήρες ρεύματος (CT) έχουν σχεδιαστεί για να λαμβάνουν πληροφορίες σχετικά με την ισχύ και την κατεύθυνση του ρεύματος του κινητήρα. Υπόκεινται στις ακόλουθες απαιτήσεις:
Γραμμικότητα των χαρακτηριστικών ελέγχου στην περιοχή από 0,1 I nom έως 5 I nom όχι μικρότερη από 0,9.
Διαθεσιμότητα γαλβανικής απομόνωσης του κυκλώματος ισχύος και συστήματος ελέγχου.
Υψηλή απόδοση.
Ως μορφοτροπείς μέτρησης στο DT χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές ρεύματος, πρόσθετες περιελίξεις (αντιστάθμισης) τσοκ εξομάλυνσης, στοιχεία Hall και διακλαδώσεις.
Οι αισθητήρες ρεύματος που βασίζονται σε διακλαδώσεις χρησιμοποιούνται ευρέως για τη μέτρηση του ρεύματος του κινητήρα. Παραδιακλάδωσηείναι μια αντίσταση τεσσάρων ακροδεκτών με καθαρά ενεργή αντίσταση R sh (μη επαγωγική διακλάδωση), το κύκλωμα ισχύος συνδέεται με τους ακροδέκτες ρεύματος και το κύκλωμα μέτρησης συνδέεται στους ακροδέκτες δυναμικού.
Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η πτώση τάσης στην ενεργό αντίσταση και=R w Εγώ.
Για να μειωθεί η επίδραση της διακλάδωσης στη διέλευση του ρεύματος στο κύκλωμα του κινητήρα, η αντίστασή του πρέπει να είναι ελάχιστη. Η ονομαστική πτώση τάσης κατά μήκος της διακλάδωσης είναι συνήθως 75 mV, επομένως πρέπει να ενισχυθεί στις απαιτούμενες τιμές (3,0...3,5 V). Δεδομένου ότι η διακλάδωση έχει μια πιθανή σύνδεση με το κύκλωμα ισχύος, ο αισθητήρας ρεύματος πρέπει να περιέχει μια συσκευή γαλβανικής απομόνωσης. Ως τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται μετασχηματιστές και οπτοηλεκτρονικές συσκευές. Το μπλοκ διάγραμμα ενός αισθητήρα ρεύματος που βασίζεται σε μια διακλάδωση φαίνεται στο Σχ. 2.13.
Ρύζι. 2.13.Μπλοκ διάγραμμα ενός αισθητήρα ρεύματος που βασίζεται σε διακλάδωση
Επί του παρόντος, οι αισθητήρες ρεύματος βασίζονται σε Στοιχεία αίθουσας,τα οποία είναι κατασκευασμένα από ημιαγωγό υλικό σε μορφή λεπτής πλάκας ή φιλμ (Εικ. 2.14). Όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα Ι Χ διέρχεται από μια πλάκα που βρίσκεται κάθετα σε ένα μαγνητικό πεδίο με επαγωγή ΣΕ,Το Hall emf προκαλείται στην πλάκα μιΧ:
όπου υπάρχει ένας συντελεστής ανάλογα με τις ιδιότητες του υλικού και τις διαστάσεις της πλάκας.
Αισθητήρες τάσης. ΣΕΩς μετατροπέας μέτρησης τάσης σε μια ηλεκτρική κίνηση χρησιμοποιούνται διαιρέτες τάσης αντίστασης (Εικ. 2.16).
Ρύζι. 2.16.Λειτουργικό διάγραμμα αισθητήρα τάσης
Τάση εξόδου διαιρέτη.
Αισθητήρες EMF.Με χαμηλές απαιτήσεις για το εύρος ελέγχου ταχύτητας (έως 50), η ανάδραση EMF χρησιμοποιείται ως η κύρια ανάδραση στην ηλεκτρική κίνηση.
Ρύζι. 2.17.Λειτουργικό διάγραμμα του αισθητήρα EMF οπλισμού
Αισθητήρες ταχύτητας.Για να ληφθεί ένα ηλεκτρικό σήμα ανάλογο με τη γωνιακή ταχύτητα του ρότορα του κινητήρα, χρησιμοποιούνται ταχογεννήτριες και αισθητήρες ταχύτητας παλμού. Οι ταχογεννήτριες χρησιμοποιούνται σε αναλογικά συστήματα αυτόματου ελέγχου, παλμικά - σε ψηφιακά.
Οι αισθητήρες ταχύτητας υπόκεινται σε αυστηρές απαιτήσεις για τη γραμμικότητα των χαρακτηριστικών ελέγχου, τη σταθερότητα της τάσης εξόδου και το επίπεδο κυματισμού της, καθώς καθορίζουν τις στατικές και δυναμικές παραμέτρους της μονάδας στο σύνολό της.
Οι ταχογεννήτριες συνεχούς ρεύματος με μόνιμους μαγνήτες έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένες στους ηλεκτρικούς κινητήρες. Για να μειωθεί το επίπεδο των αντίστροφων παλμών, ενσωματώνονται ταχογεννήτριες στον ηλεκτροκινητήρα.
Στους αισθητήρες παλμικής ταχύτητας, οι μορφοτροπείς παλμικής μετατόπισης χρησιμοποιούνται ως κύριος μορφοτροπέας μέτρησης, στον οποίο ο αριθμός των παλμών είναι ανάλογος με τη γωνία περιστροφής του άξονα.
Αισθητήρες θέσης. ΣΕΕπί του παρόντος, οι επαγωγικοί και οι φωτοηλεκτρονικοί μετατροπείς χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικούς κινητήρες για τη μέτρηση της κίνησης των κινητών μερών μηχανών και μηχανισμών.
Οι επαγωγικοί μετασχηματιστές περιλαμβάνουν περιστρεφόμενους μετασχηματιστές, selsyns και inductosyn. Οι επαγωγικές συνθέσεις μπορεί να είναι κυκλικές ή γραμμικές.
Περιστρεφόμενοι μετασχηματιστές (VT)ονομάζονται ηλεκτρικές μικρομηχανές εναλλασσόμενου ρεύματος που μετατρέπουν τη γωνία περιστροφής α σε ημιτονοειδή τάση ανάλογη με αυτή τη γωνία. Σε ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου, οι περιστρεφόμενοι μετασχηματιστές χρησιμοποιούνται ως μετρητές ασυμφωνίας που καταγράφουν την απόκλιση του συστήματος από μια συγκεκριμένη καθορισμένη θέση.
Ένας περιστρεφόμενος μετασχηματιστής έχει δύο ίδιες μονοφασικές κατανεμημένες περιελίξεις στον στάτορα και τον ρότορα, μετατοπισμένες κατά 90° μεταξύ τους. Η τάση από την περιέλιξη του ρότορα αφαιρείται χρησιμοποιώντας δακτυλίους ολίσθησης και βούρτσες ή χρησιμοποιώντας μετασχηματιστές δακτυλίου.
Η αρχή λειτουργίας του VT σε φλεβοκομβική λειτουργία βασίζεται στην εξάρτηση της τάσης που προκαλείται στην περιέλιξη του ρότορα από την παλλόμενη μαγνητική ροή του στάτορα στη γωνιακή θέση των αξόνων του στάτορα και των περιελίξεων του ρότορα.
Σέλσινείναι μια ηλεκτρική μικρομηχανή εναλλασσόμενου ρεύματος με δύο περιελίξεις: διέγερση και συγχρονισμό. Ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων της περιέλιξης διέγερσης, διακρίνονται οι μονοφασικοί και τριφασικοί συγχρονισμοί. Η περιέλιξη συγχρονισμού είναι πάντα τριφασική. Στα αυτοκινούμενα όπλα, χρησιμοποιούνται ευρέως οι συγχρονισμοί χωρίς επαφή με μετασχηματιστή δακτυλίου.
Η περιέλιξη συγχρονισμού ενός συγχρονιστή χωρίς επαφή με έναν μετασχηματιστή δακτυλίου βρίσκεται στις υποδοχές του στάτορα, η περιέλιξη διέγερσης βρίσκεται στις υποδοχές ή στους έντονους πόλους του ρότορα του συγχρονιστή. Η ιδιαιτερότητα του μετασχηματιστή δακτυλίου είναι ότι η κύρια περιέλιξή του βρίσκεται στον στάτορα και η δευτερεύουσα περιέλιξη βρίσκεται στον ρότορα. Οι περιελίξεις έχουν τη μορφή δακτυλίων που τοποθετούνται σε ένα μαγνητικό σύστημα που αποτελείται από δακτυλίους μαγνητικούς πυρήνες του στάτη και του ρότορα, οι οποίοι συνδέονται στον ρότορα με ένα εσωτερικό μαγνητικό κύκλωμα και στον στάτορα με ένα εξωτερικό. Στα αυτοκινούμενα πυροβόλα όπλα, τα synchros χρησιμοποιούνται σε λειτουργίες περιστροφής πλάτους και φάσης.
Το διάγραμμα κυκλώματος για την ενεργοποίηση των περιελίξεων synsyn σε λειτουργία πλάτους φαίνεται στο Σχήμα. 2.19. Η συντεταγμένη εισόδου του συγχρονιστή σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας είναι η γωνία περιστροφής του ρότορα τ. Ως σημείο αναφοράς λαμβάνεται η κεντρική γραμμή της περιέλιξης φάσης ΕΝΑ.
Ρύζι. 2.19.Λειτουργικό διάγραμμα ενεργοποίησης των περιελίξεων synsyn σε λειτουργία πλάτους
Το διάγραμμα κυκλώματος για την ενεργοποίηση των περιελίξεων synsyn στη λειτουργία μετατόπισης φάσης φαίνεται στην Εικ. 2.20. Η συντεταγμένη εισόδου του συγχρονιστή σε αυτή τη λειτουργία είναι η γωνία περιστροφής τ, και η συντεταγμένη εξόδου είναι η φάση φ του EMF εξόδου μιέξω σε σχέση με την εναλλασσόμενη τάση τροφοδοσίας.
Ρύζι. 2.20.Λειτουργικό διάγραμμα ενεργοποίησης των περιελίξεων synsyn σε λειτουργία περιστροφής φάσης
18 Ερώτηση Συστήματα ελέγχου παλμικής φάσης. Αρχές ελέγχου θυρίστορ.
Στους ανορθωτές, τα θυρίστορ χρησιμοποιούνται ως ελεγχόμενοι διακόπτες. Για να ανοίξετε το θυρίστορ, πρέπει να πληρούνται δύο προϋποθέσεις:
Το δυναμικό ανόδου πρέπει να υπερβαίνει το δυναμικό καθόδου.
Πρέπει να εφαρμοστεί ένας παλμός ανοίγματος (ελέγχου) στο ηλεκτρόδιο ελέγχου.
Η στιγμή που εμφανίζεται μια θετική τάση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου του θυρίστορ ονομάζεται στιγμή φυσικού ανοίγματος. Η παροχή της ώθησης ανοίγματος μπορεί να καθυστερήσει σε σχέση με τη στιγμή του φυσικού ανοίγματος από μια γωνία ανοίγματος. Ως αποτέλεσμα, η έναρξη της ροής ρεύματος μέσω του θυρίστορ που εισέρχεται σε λειτουργία καθυστερεί και η τάση του ανορθωτή ρυθμίζεται.
Για τον έλεγχο των θυρίστορ ανορθωτή, χρησιμοποιείται ένα σύστημα ελέγχου παλμικής φάσης (PPCS), το οποίο εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
Προσδιορισμός των στιγμών στις οποίες θα πρέπει να ανοίξουν ορισμένα συγκεκριμένα θυρίστορ. Αυτές οι χρονικές στιγμές ρυθμίζονται από ένα σήμα ελέγχου που προέρχεται από την έξοδο του ACS στην είσοδο του SIFU.
Σχηματισμός μεταδιδόμενων παλμών ανοίγματος Εγώστους κατάλληλους χρόνους στα ηλεκτρόδια ελέγχου των θυρίστορ και έχοντας το απαιτούμενο πλάτος, ισχύ και διάρκεια.
Σύμφωνα με τη μέθοδο λήψης μιας μετατόπισης των παλμών ανοίγματος σε σχέση με το σημείο φυσικού ανοίγματος, διακρίνονται οι οριζόντιες, κάθετες και ενσωματωτικές αρχές ελέγχου.
Με οριζόντιο έλεγχο (Εικ. 2.28), η εναλλασσόμενη ημιτονοειδής τάση ελέγχου uΤο y είναι εκτός φάσης (οριζόντια) ως προς την τάση u 1, τροφοδοτώντας τον ανορθωτή. Σε μια χρονική στιγμή ωt=αΟι ορθογώνιοι παλμοί ξεκλειδώματος σχηματίζονται από την τάση ελέγχου U GT . Ο οριζόντιος έλεγχος πρακτικά δεν χρησιμοποιείται σε ηλεκτροκινητήρες, γεγονός που οφείλεται στο περιορισμένο εύρος του ελέγχου γωνίας α (περίπου 120°).
Με τον κατακόρυφο έλεγχο (Εικ. 2.29), η στιγμή τροφοδοσίας των παλμών ανοίγματος προσδιορίζεται όταν η τάση ελέγχου είναι ίση u y (σταθερό σχήμα) με μεταβλητή τάση αναφοράς (κάθετη). Τη στιγμή της ισότητας της τάσης σχηματίζονται ορθογώνιοι παλμοί U gt.
Με τον έλεγχο ολοκλήρωσης (Εικ. 2.30), η στιγμή παροχής των παλμών ανοίγματος προσδιορίζεται όταν η εναλλασσόμενη τάση ελέγχου είναι ίση και στομε σταθερή τάση αναφοράς U o σ. Τη στιγμή της ισότητας της τάσης σχηματίζονται ορθογώνιοι παλμοί U gt.
Ρύζι. 2.28.Αρχή οριζόντιου ελέγχου
Ρύζι. 2.29.Αρχή κάθετου ελέγχου
Ρύζι. 2.30.Ολοκληρωμένη αρχή ελέγχου
Σύμφωνα με τη μέθοδο μέτρησης της γωνίας ανοίγματος a, οι SIFU χωρίζονται σε πολυκάναλες και μονοκαναλικές. Σε πολυκάναλους SIFU, η γωνία a για κάθε θυρίστορ του ανορθωτή μετράται στο δικό του κανάλι, σε μονοκάναλα - σε ένα κανάλι για όλα τα θυρίστορ. Σε βιομηχανικούς ηλεκτρικούς κινητήρες, χρησιμοποιούνται κυρίως πολυκάναλες SIFU με αρχή κάθετου ελέγχου.