Operatsioonivõimendite vooluregulaatori konstrueerimise protsessi lihtsustamiseks teisendame selle PF (8) järgmiselt:
(8")
(8") esimene termin on isodroomsete ja aperioodiliste lülide korrutis, teine aperioodiline lüli, kolmas on inertsiaalne eristav lüli. Elektroonika kursusest saate teada, kuidas neid linke operatiivvõimenditel kokku panna.
Joonis 10 – Operatsioonivõimendite vooluregulaator
Ahel, nagu näha, koosneb kolmest paralleelsest harust, mis suletakse operatiivvõimendi inverteeriva summari väljundite poolt, nii et väljundsignaal u 2
pööratakse sisendi suhtes ümber u 1
. Kui heakskiit on vajalik u 1
Ja u 2
Lisandi väljundisse on vaja paigaldada täiendav inverter. Seda tehnikat rakendati ahela keskmises harus, kuna perioodiline link on ehitatud inverteerivale operatiivvõimendile. Ülemine haru vastutab PF eest 
. Isodroomsete ja aperioodiliste linkide korrutis saadakse nende ahelate järjestikuse ühendamisel inverteerivatel operatiivvõimenditel ja kuna iga link inverteerib signaali, ei ole ülemise haru sisendi ja väljundi sobitamine vajalik. Alumine haru, mis rakendab inertsiaalset dünaamilist linki, ei inverteeri sisendsignaali.
Arvutame ahela parameetrid. On teada, et
Olles küsinud R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 oomi, R 13 = 300 oomi, R 14 = 50 oomi, saame sellest aru KOOS 1 =
=
= 240 µF, KOOS 2 =KOOS 3 =
=
= 10 µF, KOOS 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 oomi, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 oomi, R 7 = 110 oomi, R 15 =
=
= 
= 310 oomi.
2.3AmLahx - programm asümptootiliste parameetrite konstrueerimiseks ja kontrollerite sünteesimiseks soovitud parameetrite meetodil
2.3.1 Üldine teave programmi kohta
AmLAHX programm on loodud töötama MatLab6.0 või uuemas keskkonnas ja pakub kasutajale järgmisi võimalusi:
on GUI liides;
konstrueerib dünaamiliste objektide asümptootilisi LFC-sid, mis on määratud ülekandefunktsioonide kujul;
koostab interaktiivselt avatud ahela süsteemi soovitud LFC vastavalt kindlaksmääratud kvaliteedikriteeriumidele, sealhulgas võimaldab programm kasutajal valida paaritussektsioone (nende kaldeid) sõltuvalt juhtimisobjekti LFC tüübist;
tagab automaatse lahutamise juhtobjekti LFC avatud ahela süsteemi LFC-st ja konstrueerides seeläbi kontrolleri LFC, tagastab asümptootide konjugeeritud sagedused ja nõlvad, mis teeb selle ülekandefunktsiooni üleskirjutamise üsna lihtsaks. kontrolleri LFC (järgmistes versioonides teeb programm seda automaatselt);
Kõik LFC-d on joonistatud, näidates asümptootide kaldeid; kasutaja saab määrata iga LFC värvid eraldi, samuti graafikutel olevate kirjete vormingu (paksus, kõrgus).
2.3.2 Programmi käsurida
Täielik käsurida programmi käivitamiseks on:
yy=amlahx( nr,den,lipp,param),
Kus nr Ja den- vastavalt juhtobjekti PF lugeja ja nimetaja, nr Ja den peavad olema MatLabi formaadis kirjutatud vektorid (vt näidet allpool);
lipp- töörežiim (1 (vaikimisi) või 2);
param- 6 elemendist (arvust) koosnev vektor, vastavalt 1, 2 ja 3 elementi, on OU, RS ja CU LFC paksus, 4, 5 ja 6 on nende LFC-de värvid (vaikimisi paksus kõigist LFC-dest on 1, värvid on vastavalt punane, sinine ja roheline).
AmLAHX ilma parameetriteta töötab see antud juhul demorežiimis
nr= ,den = ,lipp= 2.
JUHTSÜSTEEMIDE TÜÜPILISED SEADMED
Regulaatorid
Oluline funktsioon kaasaegsed süsteemid automatiseerimine on selle koordinaatide reguleerimine, st nende vajalike väärtuste säilitamine vajaliku täpsusega. Seda funktsiooni rakendatakse suure hulga erinevate elementide abil, mille hulgas on regulaatorid ülima tähtsusega.
Regulaator teostab juhtsignaali teisenduse, mis vastab juhtimissüsteemi töötingimuste poolt nõutavatele matemaatilistele tehtetele. Tüüpilised nõutavad toimingud hõlmavad järgmisi signaaliteisendusi: proportsionaalne, proportsionaalne-integraal, proportsionaalne-integraal-diferentsiaal.
Analoogregulaatori aluseks on operatiivvõimendi - alalisvoolu võimendi, millel on tagasiside puudumisel kõrge võimendus. Kõige laialdasemalt kasutatakse integreeritud operatiivvõimendeid. Operatsioonivõimendi on mitmeastmeline struktuur, milles on võimalik eristada sisenddiferentsiaalvõimendit ( DU) pöörd- ja otsesisendiga, pingevõimendi ( ÜRO), suure võimenduse ja võimsusvõimendi rakendamine ( MEELDE), mis tagab operatiivvõimendi vajaliku kandevõime. Operatsioonivõimendi funktsionaalne skeem on näidatud joonisel fig. 4.1. Operatsioonivõimendi ühe kiibiga väikese suurusega disain tagab parameetrite kõrge stabiilsuse, mis võimaldab saavutada kõrge alalisvoolu võimenduse. Diagrammilt saadud punktid Kl, K2, KZ mõeldud väliste parandusahelate ühendamiseks, mis vähendavad võimendust kõrgetel sagedustel ja suurendavad võimendi stabiilsust tagasisidega. Ilma parandusahelateta, piisavalt kõrgetel sagedustel, kui akumuleeritud faasivahe on 180°, muutub tagasiside märk ning suure võimenduse korral ergastub operatiivvõimendi ise ja läheb isevõnkerežiimi. Joonisel fig. 4.1 kasutatakse järgmisi tähiseid: U p- võimendi toitepinge; U ui- sisendi juhtpinge võimendi pöördsisendi kaudu; U pakk- sisendi juhtpinge võimendi otsesisendi kaudu; Sa välja- võimendi väljundpinge. Kõik ülaltoodud pinged mõõdetakse bipolaarse toiteallika ühise juhtme suhtes.
Operatsioonivõimendi ühendusahelad on näidatud joonisel fig. 4.2. Operatsioonivõimendi diferentsiaalastmel on kaks juhtimissisendit: otsene potentsiaaliga U pakk ja potentsiaaliga pöördvõrdeline U ui(Joonis 4.2, A).
 |
Võimendi väljundpinge määratakse võimenduse ja võimendi sisendite potentsiaalide erinevuse korrutisega, st.
U välja = k уо (U üles - U уу) = k уо U у,
Kus k uo- operatiivvõimendi diferentsiaalvõimendus; U y- võimendi diferentsiaalne sisendpinge, see tähendab pinge otse- ja pöördsisendi vahel. Integreeritud operatiivvõimendite diferentsiaalvõimendus tagasiside puudumisel.
Suhteliselt sisendpingetega U vhp Ja U whi väljundpinge määratakse erinevuse järgi
U välja = k üles U sisse - k ui U sisse,
kus on otsene sisendkasu k pakk ja pöördsisendi abil k ui määrab võimendi lülitusahel. Joonisel fig. 4.3, b, määratakse võimendus valemiga
,
ja joonisel fig. 4.3, V, - vastavalt valemile
Erinevate regulaatoriahelate ehitamiseks kasutatakse tavaliselt pöördsisendiga operatiivvõimendi ahelat. Tavaliselt peab regulaatoritel olema mitu sisendit. Sisendsignaalid suunatakse punkti 1 (joonis 4.2, V) üksikute sisendtakistuste kaudu. Regulaatorite nõutavad ülekandefunktsioonid saadakse tänu keerulistele aktiivne-mahtuvuslikele takistustele tagasisideahelas Z os ja sisendahelates Z sisse. Regulaatori ülekandefunktsioon mis tahes sisendi suhtes, võtmata arvesse väljundpinge inversiooni
. (4.1)
Sõltuvalt ülekandefunktsiooni tüübist võib operatsioonivõimendit pidada üheks või teiseks funktsionaalseks regulaatoriks. Tulevikus kaalume regulaatorite rakendamiseks ainult pöördsisendil põhinevaid lülitusahelaid.
Proportsionaalne kontroller (P-kontroller) - See on tiheda tagasisidega operatsioonivõimendi, mis on näidatud joonisel fig. 4.3, A. Selle ülekandefunktsioon
W(p) = k P, (4.2)
Kus k P- P-regulaatori võimenduskoefitsient.
Nagu ülekandefunktsioonist (4.2) tuleneb, on operatiivvõimendi ribalaiuse piires P-regulaatori logaritmiline amplituudsagedusreaktsioon (LAFC) paralleelne sagedusteljega w, ja faas on null (joonis 4.3, b).
Integreeritud kontroller (I-regulaator) saadakse kondensaatori lisamisega tagasisideahelasse, nagu on näidatud joonisel fig. 4.4, A, integreerides samal ajal sisendsignaali ja kontrolleri edastusfunktsiooni
 |
, (4.3)
Kus T ja = R C os- integratsiooni konstant.
Nagu tuleneb punktist (4.3), on väljundsignaali faasinihe võrdne - lk/ 2, LFC kalle on -20 dB/dec ja logaritmiline faasisagedusreaktsioon (LPFR) on paralleelne sagedusteljega w(Joonis 4.4, b).
Proportsionaalne integreeritud kontroller (PI-kontroller ) saadakse P- ja I-regulaatorite paralleelsel ühendamisel, st
Ülekandefunktsiooni (4.4) saab ühel operatiivvõimendil, lisades selle tagasisidesse aktiivne-mahtuvuslik reaktiiv Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), nagu on näidatud joonisel fig. 4,5, A.
Seejärel vastavalt punktile (4.1)
,
Kus T 1 = R os C os; T I = R C os; k P = R os / R in.
PI-kontrolleri logaritmilised sageduskarakteristikud on näidatud joonisel fig. 4,5, b.
Proportsionaalne diferentsiaalkontroller (PD-kontroller) saadakse P-regulaatori ja diferentsiaal-D-regulaatori paralleelsel ühendamisel, st
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
Ülekandefunktsioon (4.5) saadakse kondensaatori ühendamisel op-võimendi sisendtakistiga, nagu on näidatud joonisel fig. 4,6, A. Siis, võttes arvesse (4.1), on meil
Kus T 1 = R C in; k P = R os / R in.
 |
PD-kontrolleri logaritmilised sageduskarakteristikud on näidatud joonisel fig. 4,6, b.
Proportsionaalne-integraal-tuletiskontroller (PID-kontroller). See regulaator saadakse kolme regulaatori - P-regulaatori, I-regulaatori ja D-regulaatori - paralleelse ühendamise teel. Selle ülekandefunktsioonil on vorm
. (4.6)
Ülekandefunktsiooni (4.6) saab alati realiseerida PD-kontrolleri ja I-kontrolleri paralleelühendusega, millel on vastavalt ülekandefunktsioonid (4.5) ja (4.3). Sel juhul saab PID-regulaatori ahelat realiseerida kolme operatiivvõimendi abil. Esimene võimendi rakendab PD regulaatori funktsiooni (joonis 4.6, A), on teine võimendi I-regulaatori funktsioon (joonis 4.4, A), kolmas võimendi (joonis 4.3, A) on esimese ja teise võimendi väljundsignaalide summeerimise funktsioon.
Kui parameetrid k P, T I Ja T D kehtestada piirang
siis saab ülekandefunktsiooni (4.6) kirjutada kujul
, (4.7)
Kus k P = (T 1 + T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
Ülekandefunktsiooniga PID-kontroller (4.7) on PD-kontrolleri ja PI-kontrolleri järjestikühendus ning seda saab realiseerida ühel operatiivvõimendil, mille takistus on tagasisideahelas
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
ja takistus sisendahelas
.
Sel juhul kontrolleri ajakonstandid T 1 = R C in, T 2 =R os C os, T0 =R C os.
 |
Ühe võimendi PID-kontrolleri ahel on näidatud joonisel fig. 4,7, A ja selle logaritmilised sageduskarakteristikud joonisel fig. 4,7, b.
PD-regulaatori ja PID-regulaatori vaadeldavatel ahelatel on võimendi sisendahelates kondensaatorid, mis kõrgsageduslike häirete korral kujutavad endast nullilähedast takistust. Regulaatorite stabiilsuse suurendamiseks saate kondensaatoriga järjestikku ühendada väikese takistusega (vähemalt suurusjärgu võrra väiksem kui kondensaatori mahtuvus) täiendava takisti.
Regulaatoritest, nende toimimisest ja tehnilistest teostustest on täpsemalt juttu /1/.
Enesetesti küsimused
1. Millist funktsiooni täidavad automaatikasüsteemide regulaatorid?
2. Milliseid tüüpilisi juhtsignaali teisendusi teostavad automaatikasüsteemide regulaatorid?
3. Millest lähtub enamiku kaasaegsete analoogregulaatorite ehitus?
4. Millised on operatiivvõimendite peamised omadused?
5. Millised on tüüpilise operatsioonivõimendi sisendkoordinaadid?
6. Mis on tüüpilise operatsioonivõimendi väljundkoordinaat?
7. Millised komponendid kuuluvad operatiivvõimendi funktsionaalahelasse?
8. Nimetage tüüpilised operatiivvõimendite ühendamise ahelad.
9. Millist tüüpilist operatiivvõimendi ahelat kasutatakse tavaliselt regulaatorite rakendamiseks?
10. Andke inverteeriva sisendahela operatsioonivõimendi ülekandefunktsioon.
11. Millises elemendis on operatiivvõimendi tagasisideahelas proportsionaalne kontroller?
12. Millises elemendis on operatiivvõimendi sisendahelas proportsionaalne kontroller?
13. Andke proportsionaalse kontrolleri ülekandefunktsioon.
14. Millised on proportsionaalse kontrolleri amplituudi sageduse ja faasi sageduse omadused?
15. Millises elemendis on operatiivvõimendi tagasisideahela integreeritud regulaator?
16. Millises elemendis on operatiivvõimendi sisendahelas integreeritud regulaator?
17. Esitage integraalse regulaatori ülekandefunktsioon.
18. Milline on integraalregulaatori logaritmilise amplituudi sageduskarakteristiku kalle?
19. Milline on integraalregulaatori faasisageduskarakteristik?
20. Milliseid elemente sisaldab operatiivvõimendi tagasisideahel?
21. Millises elemendis on proportsionaal-integraalregulaatori operatiivvõimendi sisendlülitus?
22. Andke proportsionaal-integraalkontrolleri ülekandefunktsioon.
23. Millises elemendis on proportsionaalse diferentsiaalregulaatori töövõimendi tagasisideahel?
24. Andke proportsionaal-diferentsiaalkontrolleri ülekandefunktsioon.
25. Milliste piirangute korral proportsionaal-integraal-tuletiskontrolleri parameetritele rakendatakse seda ühel operatiivvõimendil?
26. Milliseid elemente sisaldab ühel operatiivvõimendil põhineva proportsionaal-integraal-tuletiskontrolleri sisendlülitus?
27. Milliseid elemente sisaldab ühel operatiivvõimendil põhineva proportsionaal-integraal-tuletiskontrolleri tagasisideahel?
Intensiivsuse regulaatorid
Tüüpiline juhtseade elektriajami juhtimissüsteemides ja muudes automaatikasüsteemides on integraator või intensiivsuse regulaator(ZI). SI ülesandeks on ühelt tasemelt teisele liikumisel moodustada peasignaali sujuv muutus, nimelt tekitada signaali lineaarne tõus ja langus vajaliku kiirusega. Püsiseisundis on pinge intensiivsusgeneraatori väljundis võrdne pingega selle sisendis.
Joonisel fig. Joonisel 4.8 on kujutatud kolmest operatiivvõimendist koosneva ühe integreeriva SI plokkskeem. Kõik võimendid on ühendatud vastavalt inverteeriva sisendiga vooluringile. Esimene võimendi U1, töötab ilma tagasisideta, kuid väljundpinge piiranguga U 1, on ristkülikukujuline karakteristik, mis on näidatud ilma väljundpinge inversiooni arvesse võtmata joonisel fig. 4.9, A. Teine operatsioonivõimendi U2 töötab integraatorina püsiva integratsioonikiirusega
(4.8)
Integreerimise kiirust saab muuta muutmisega Rin2. Kolmas võimendi U3 tekitab negatiivse tagasiside pinge
. (4.9)
Kui sisendile rakendatakse võrdluspinget U z väljundpinge kasvab lineaarselt vastavalt (4.8). Ajahetkel t=t p, Millal U з = - U os, integreerimine peatub ja väljundpinge, nagu tuleneb (4.9), saavutab väärtuse 
, jääb edaspidi muutumatuks. Seadistuspinge eemaldamisel sisendist ( U z = 0) toimub väljundpinge lineaarne vähendamine nullini (joonis 4.9, b).
Selle kaitseseadme väljundpinge muutumise kiirus, nagu tuleneb punktist (4.8), võib muutuda kas pinge väärtuse muutmisega U 1, näiteks valides võimendi tagasisideahelas zeneri dioodid U1 stabiliseerimispingega, mis on võrdne nõutava väärtusega U 1, või toote väärtust muutes R in2 C oc2.
Joonisel fig. 4.10, A Näidatud on veel üks ühe integreeriva SI skeem, mis on valmistatud bipolaarse transistori baasil, mis on ühendatud ühise alusega ahela järgi. See ahel kasutab transistori omadusi ( T) vooluvõimendina. Kondensaatori laadimine ( KOOS) esineb alati konstantsel kollektorivoolul mina, mille määrab antud emitteri vool mina e. Sel juhul pinge muutumise kiirus ajas sa välja ZI | väljundis duout/dt| = mina/C. ZI kontrolli omadused sa välja = = f(t) näidatud joonisel fig. 4.10, b. Väljundsignaali muutumise kiirust saab reguleerida pinge muutmisega U e, millega proportsionaalselt vool muutub mina e ja vastavalt voolu mina või kondensaatori mahtuvuse muutmine. Püsiseisundis on kondensaator alati pingele laetud sa sisse. Alaldi sild tagab transistori kollektori voolu püsiva suuna, sõltumata pinge märgist sa sisse. ZI-d on üksikasjalikult käsitletud /1, 7/.
Enesetesti küsimused
1. Mis eesmärgil kasutatakse automaatikaahelates intensiivsuse regulaatoreid?
2. Millised on intensiivsusgeneraatori sisend- ja väljundkoordinaadid?
3. Kui suur on intensiivsusgeneraatori staatiline võimendus?
4. Kuidas peaks muutuma pinge üheintegreerivate intensiivsusega generaatorite väljundis koos sisendpinge astmeliste muutustega?
5. Milliste võimendite põhjal ehitatakse integreerivad intensiivsuse regulaatorid?
6. Mitu operatsioonivõimendit, mis on ühendatud pöördsisendi kaudu, on vaja ühekordse integreeriva intensiivsuse generaatori rakendamiseks?
7. Märkige iga kolme operatiivvõimendi otstarve tüüpilises mikroskeemidel valmistatud ühe integreeriva intensiivsuse kontrolleri ahelas.
8. Millised parameetrid mõjutavad ühe integreeriva intensiivsusega generaatori väljundpinge muutumise kiirust kolmel operatiivvõimendil?
9. Kuidas saavutatakse ühe integreeriva transistori intensiivsuse regulaatori ahelas lineaarne pingemuutus kondensaatoris?
10. Millised parameetrid mõjutavad ühe integreeriva transistori intensiivsuse regulaatori väljundpinge muutumise kiirust?
Sobivad elemendid
Juhtsüsteemide funktsionaalsed elemendid võivad signaali tüübi, voolu tüübi, takistuse ja võimsuse ning muude näitajate poolest olla heterogeensed. Seetõttu tekib elementide ühendamisel nende omaduste kooskõlastamise ülesanne. See probleem lahendatakse elementide sobitamisega. Sellesse elementide rühma kuuluvad voolutüübile vastavad faasidetektorid, signaali tüübile vastavad digitaal-analoog- ja analoog-digitaalmuundurid, emitteri järgijad, sisend- ja väljundtakistused, võimsusvõimendid, galvaanilised separaatorid ja muud elemendid. . Koordineerimisfunktsiooni võivad täita ka tavaliselt muuks otstarbeks mõeldud elemendid. Näiteks osutub punktis 4.1 käsitletud operatiivvõimendi mitteinverteeriva sisendi suhtes emitteri järgijaks, kui väljundpinge on ühendatud invertsisendiga.
Galvaaniliseks eraldamiseks võib kasutada näiteks trafo pingeandurit. Sellised ja sarnased elemendid on ilmsed või teada ja neid ei võeta arvesse.
Vaatleme keerukamaid standardseid sobituselemente.
Faasidetektor(PD) on teadus- ja tehnikakirjanduses saanud mitmeid teisi nimetusi: faasitundlik võimendi, faasitundlik alaldi, faasieraldaja, demodulaator.
FD eesmärk on muundada sisend vahelduvpinget U sisse V alalisvoolu väljundpinge Sa välja, mille polaarsus ja amplituud sõltuvad sisendpinge faasist j. Seega on PD-l kaks sisendkoordinaati: sisendpinge amplituud U in m ja sisendpinge faas j ja üks väljundkoordinaat: väljundpinge keskmine väärtus Sa välja. PD töörežiimi on kaks: amplituudirežiim, kui sisendpinge faas jääb konstantseks, võttes ühe kahest väärtusest 0 või lk, U in m= var ja Sa välja = f(U meetrites); faasirežiim millal U sisse= konst, j= var ja Sa välja = f(j).
Amplituudirežiimis kasutatakse PD-d vahelduvvoolu mittesobivuse signaali muundurina juhtsignaaliks alalisvoolu servoajamites, vahelduvvoolu tahhogeneraatori väljundsignaali muundurina jne. Faasirežiimis kasutatakse PD-d juhtimissüsteemides, kus juhitav ja juhtmuutuja on sujuvalt muutuv faas.
Faasidetektorile reeglina pingevõimenduse funktsiooni ei omistata.
Seetõttu on PD võimendus ühtsusele lähedane. Joonisel fig. Joonisel 4.11 on näidatud täislainelise PD arvutatud ekvivalentskeem. Ahel vastab nullalaldusahelale, milles klapid asendatakse funktsionaalsete lülititega K1 Ja K2. Koormuskindlus Rn, millele eraldatakse väljundpinge, ühendab keskpunktid A, 0 EMF-i juhtimise võtmed ja allikad e y. Juhtiva EMF-i allika sisetakistus sisestatakse igasse vooluringi R y. Klahvide olekut juhib võrdlus-EMF e op vastavalt algoritmile: kui e op > 0 K1 kaasa arvatud, see tähendab seda
 |
lülitusfunktsioon y k1= 1,a K2 keelatud, st selle lülitusfunktsioon y k2 = 0. Sest e op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Seda algoritmi saab esitada valemitega
y kuni 1 = (1+märk e op) /2; y kuni 2 = (1- märk e op) /2 . (4.10)
Ilmselgelt suletud K1 väljund emf e välja punktide vahel A, 0 võrdne e y, ja kui see on suletud K2 e välja = - e y, see on
e out = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
(4.10) asendamine (4.11) annab
e out = e y märk e op . (4.12)
Algoritmidele (4.11) ja (4.12) vastav väljund-EMF muutuste diagramm on näidatud joonisel 4.12.
e op = E op m sinwt Ja e y = E y m sin(wt - j),
Kus E op m,E y m- võrdlus-EMF ja kontroll-EMF amplituudi väärtused; w on võrdlus-EMF ja kontroll-EMF nurksagedus, seejärel alaldatud väljund-EMFi keskmine väärtus
. (4.13)
Sest E y m = k p U meetrites, keskmine väljundpinge 
, siis võttes arvesse (4.13)
, (4.14)
Kus k p- ülekandekoefitsient sisendpingelt juht-EMF-ile. Selle määravad konkreetse PD vooluringi skeemi omadused.
Sest j= const = 0 või j= const = lk PD-l on amplituudi töörežiim, mille juhtimiskarakteristikud on lihtsad:
U out = k FD U sisse,
kus, võttes arvesse (4.14) PD võimendust amplituudirežiimis
.
Kell j= 0 väljundpinge väärtust Sa välja on positiivsed ja millal j = lk väljundpinge väärtused on negatiivsed.
Sest U sisse= konst ja j= var on PD faasirežiim, mille juhtimiskarakteristikul on vorm
U out = k " FD cosj = k "FD sinj",
Kus j " = p/2 - j, ja PD edastuskoefitsienti faasirežiimis, võttes arvesse (4.14)
;
Väikesel j" juhtimisomadus
PD-de tööst, nende omadustest ja skeemidest on juttu /1/.
Digitaal-analoogmuundurid(DAC). Muundur sobitab juhtimissüsteemi digitaalse osa analoogosaga. DAC-i sisendkoordinaat on binaarne mitmebitine arv A n = a n -1 …a i …a 1 a 0, ja väljundkoordinaat on pinge Sa välja, mis genereeritakse võrdluspinge põhjal U op(Joon. 4.13).
DAC-ahelad on ehitatud takistimaatriksi alusel, mille abil summeeritakse voolud või pinged nii, et väljundpinge on võrdeline sisendarvuga. DAC koosneb kolmest põhiosast: takistimaatriksist, sisendnumbriga juhitavatest elektroonilistest lülititest ja summeerivast võimendist, mis genereerib väljundpinget. Joonisel fig. Joonis 4.14 näitab pöördumatu DAC-i lihtsat vooluringi. Sisestatava kahendarvu iga number An vastab vastupanule
R i = R 0/2 i, (4.15)
Kus R0- madala astme takistus.
Takisti R iühendub võrdluspingega toiteallikaga U op elektroonilise võtme kaudu K i, mis on suletud kell a i=1 ja avatud kell a i= 0. Ilmselt olenevalt väärtusest a i sisendahela takistus jaoks mina- kategooria, võttes arvesse (4.15), määratakse avaldisega
R i = R 0 /(2 i a i). (4.16)
Siis selleks ja mina= 0, see tähendab, et ahel on katki, ja jaoks a i=1 ahel on sisse lülitatud ja sellel on takistus R 0/2 i.
Joonisel fig. 4.14 operatsioonivõimendi U summeerib sisendvoolud ja selle väljundpinge, võttes arvesse ahela tähistust ja avaldist (4.16)
Vormi avaldis (4.17). U out = f(A n)- See on DAC-i juhtimisomadused. Sellel on astmeline kuju, mille pinge diskreetsus vastab kõige vähem olulisele ühikule,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Suurusjärk ΔU 0 on samal ajal DAC-i keskmine ülekandekoefitsient k DAC.
Analoog-digitaalmuundur(ADC) lahendab pöördprobleemi – teisendab pideva sisendpinge arvuks, näiteks kahendarvuks. Iga väljund mitmebitine kahendnumber A i vastab sisendpinge muutuste vahemikule:
, (4.18)
Kus U ei = ΔU 0 i- väljundi kahendarvule vastav väljundpinge kontrollväärtus A i; ΔU 0- väljundpinge diskreetsus, mis vastab väljundarvu vähima tähendusega numbri ühikule.
Kell n-bit ADC, nullist erineva võrdlussisendi pingetasemete koguarv, mis erinevad üksteisest ΔU 0, võrdne maksimaalse väljundi kümnendarvuga N = 2 n - 1. Alates igast tasemest U e i, vastavalt (4.18) kannab infot numbri kohta, siis ADC töös saame eristada põhioperatsioone: sisend- ja referentspinge võrdlus, taseme numbri määramine, väljundi numbri genereerimine antud koodis . Keskmine ADC võimendus on defineeritud vastava DAC võimenduse pöördarvuna:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Seejärel saab ADC juhtimiskarakteristiku võrrandi kirjutada järgmiselt
ADC juhtimiskarakteristikul on astmeline vorm.
ADC rakendusahelad võib jagada kahte põhitüüpi: paralleelne tegevus ja järjestikune tegevus.
Paralleelse ADC peamine eelis on selle kõrge jõudlus. Analoogsisendpinge teisendamine kümnendarvuks mitmekohaliseks numbriks toimub vaid kahe digitaalse vooluahela elementide taktitsükli jooksul. Selliste ADC-de peamiseks puuduseks on suur hulk analoogkomparaatoreid ja flip-flops ahelas, mis on võrdne 2 n-1, mis muudab mitmebitised paralleelsed ADC-d ülemäära kalliks.
Jada-ADC-s on vaja märkimisväärselt madalamaid riistvarakulusid. Joonisel fig. Joonisel 4.15 on kujutatud ADC jälgimisahel, mis kuulub järjestikuste ahelate rühma. Diagramm kasutab varem nimetamata sümboleid: GTI- kella impulsi generaator, SR- tagurpidi loendur, TO- võrdlusaine, R- väljundregister. Loogiliste elementide tähistused JA,VÕI EIüldiselt aktsepteeritud.
Võrdlus U sisse Ja U e sooritatakse kombineeritud analoogkomparaatoril kahe väljundiga: "rohkem kui" (>) ja "vähem kui" (<). ЕслиU sisse - U e >ΔU 0/ 2, siis ilmub väljundisse > üks signaal ja element Ja 1 juhib taktimpulsse üles/alla loenduri summeerivasse sisendisse (+1). SR. Tootmisnumber kasvab SR ja suureneb vastavalt Uh, genereeritud DAC. Kui U sisse - U e < ΔU 0 /2 , siis ilmub väljundisse üks signaal< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент JA 2 liigu loenduri lahutamise sisendisse (-1). SR Ja U e väheneb. Kui tingimus | U sisse - U e | = ΔU 0 /2 mõlemal väljundil TO null signaalid ja elemendid on esile tõstetud Ja 1 Ja JA 2 on kella impulsside jaoks lukustatud. Loendur lõpetab loendamise ja väljundis muutumatuks jääv arv kuvatakse registri väljundis R. Luba kirjutada arv registrisse antakse ühe elemendi signaaliga VÕI-MITTE, sisaldub kahes väljundis TO. Arvestades seda skeemi seoses U sisse Ja Uh, saab kindlaks teha, et ADC on kontrollsüsteem, mis on suletud piki väljundkoordinaati kontrolleriga TO relee tegevus. Süsteem jälgib sisendpinge muutust püsiseisundi täpsusega ± U 0 /2 ja väljastab digitaalväljundile vastava numbri U sisse. Jälgimis-ADC suudab kiiresti teisendada vaid üsna aeglase sisendpinge muutuse.
Vaadeldava ADC peamine puudus on selle halb jõudlus. Kõige ebasoodsamal juhul, kui sisendi maksimaalne pinge on järsult seatud, on vajalik vastava väljundväärtuse saamiseks digitaalses koodis 2 n-1 lööb Mõnda DAC- ja ADC-ahelat ning nende toimimist käsitletakse /1/-s.
Enesetesti küsimused
1. Miks kasutatakse automaatikasüsteemides sobituselemente?
2. Millise teisenduse teostab faasidetektor?
3. Millistes režiimides saab faasiandur töötada?
4. Millised on faasidetektori sisendkoordinaadid?
5. Mis on faasidetektori väljundkoordinaat?
6. Mis on faasidetektori amplituudi töörežiim?
7. Mis on faasidetektori töö faasirežiim?
8. Milleks saab automaatikasüsteemides kasutada faasiandureid?
9. Esitage amplituudirežiimil töötava faasidetektori juhtimiskarakteristikute valem.
10. Millise teisenduse teostab digitaal-analoogmuundur?
11. Millised on digitaal-analoogmuunduri sisend- ja väljundkoordinaadid?
12. Millised on digitaal-analoogmuunduri ahela põhiosad?
13. Andke valemid digitaal-analoogmuunduri juhtimiskarakteristikute ja selle keskmise ülekandeteguri arvutamiseks.
14. Mis tüüpi juhtimiskarakteristikud on digitaal-analoogmuunduril?
15. Millist teisendust teostab analoog-digitaalmuundur?
16. Millised on analoog-digitaalmuunduri sisend- ja väljundkoordinaadid?
17. Andke valemid analoog-digitaalmuunduri juhtimiskarakteristikute ja selle keskmise ülekandeteguri arvutamiseks.
18. Mis tüüpi analoog-digitaalmuundurid on olemas?
19. Millised on paralleelsete analoog-digitaalmuundurite peamised eelised ja puudused?
20. Millised on jadaanaloog-digitaalmuundurite peamised eelised ja puudused?
21. Miks kasutatakse analoog-digitaalmuunduri jälgimisahelas digitaal-analoogmuundurit?
22. Mis on jälgiva analoog-digitaalmuunduri maksimaalne püsiseisundi absoluutse teisendusviga?
ANDURID
Enesetesti küsimused
1. Millised on pöördenurga anduri sisend- ja väljundkoordinaadid?
2. Millised on nihkenurga anduri sisend- ja väljundkoordinaadid?
3. Millistes süsteemides saab kasutada nurgaandureid ja veaandureid?
4. Mitu mähist ja kus on kolmefaasilise kontakti sünkroon?
5. Millised on selsyn'i sisend- ja väljundkoordinaadid?
6. Millistes režiimides saab selsyn töötada?
7. Mis on sünkronisaatori töö amplituudrežiim?
8. Mis on selsyn töö faasirežiim?
9. Andke valem sünkronisaatori juhtimiskarakteristikute arvutamiseks amplituudi töörežiimis.
10. Esitage valem sünkronisaatori juhtimiskarakteristikute arvutamiseks faasilises töörežiimis.
11. Millised tegurid määravad sünkronisaatori staatilised vead, mis moonutavad selle juhtimisomadusi?
12. Mis põhjustab selsynil põhineva pöördenurga anduri kiirusvea?
13. Millises režiimis töötavad selsyn-andur ja selsyn-vastuvõtja ebakõla nurgaanduri ahelas, kui selle väljundkoordinaatidena kasutatakse selsyn-vastuvõtja rootori EMF-i amplituudväärtust ja selle EMF-i faasi?
14. Andke valemitteanduri juhtimiskarakteristikute arvutamise valem kahe trafo režiimis töötava sünkronisaatori põhjal.
15. Millised on selsynil põhinevate pöördenurga andurite peamised puudused?
16. Mis otstarbel kasutatakse pöördenurga andurite sisendis reduktormõõteseadmeid?
17. Mis eesmärgil kasutatakse pöördenurga andurite sisendis astmelisi mõõteülekandeid?
18. Kuidas muutub nurga mõõtmise viga reduktormõõtehammaste kasutamisel?
19. Millal on otstarbekas kasutada diskreetse nurga andureid?
20. Millised on põhielemendid koodikettal põhineva digitaalse pöördenurga anduri konstruktsioonis?
21. Miks on koodikettal põhineva digitaalse pöördenurga anduri juhtimiskarakteristikul astmeline märk?
22. Andke valem digitaalse pöördenurga anduri diskreetse intervalli arvutamiseks koodiketta põhjal.
23. Andke valem digitaalse pöördenurga anduri absoluutvea arvutamiseks koodiketta põhjal.
24. Milliste projekteerimismeetmetega saab koodikettal põhineva digitaalse pöördenurga anduri bitimahtu suurendada?
Nurkkiiruse andurid
DC tahhogeneraator on alalisvoolu elektrimasin, millel on sõltumatu ergutus või püsimagnetid (joon. 5.6). Sisendkoordinaat TG - nurkkiirus w, väljund - pinge Sa välja, mis on jaotatud koormustakistusele.
E tg = kФw = I(R tg + R n),
Ülekandekoefitsient TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- konstruktiivne konstant; F- magnetiline ergutusvoog; R tg- armatuuri mähise ja harja kontakti takistus.
 |
TG ülekandekoefitsient ei jää rangelt võttes konstantseks, kui kiirus muutub harja kontakttakistuse ja armatuuri reaktsiooni mittelineaarsuse tõttu. Seetõttu täheldatakse madalate ja kiirete tsoonide juhtimiskarakteristikus teatud mittelineaarsust (joonis 5.6, b). Mittelineaarsust aeglases tsoonis vähendatakse madala pingelangusega metalliseeritud harjade kasutamisega. Armatuuri reaktsioonist tingitud karakteristiku mittelineaarsust vähendatakse kiiruse piiramisega ülalt ja koormustakistuse suurendamisega. Nende tegevuste läbiviimisel võib TG juhtimisomadusi pidada peaaegu lihtsaks.
28. Suimregulaatorid.
1. Operatsioonivõimenditel põhinevad "sisend-väljund" klassi analoogregulaatorid
Sõltumata regulaatorite tehnoloogilisest eesmärgist on need kõik jagatud kahte suurde klassi:
"sisend/väljund" klassi parameetrilised kontrollerid (P-, PI-, PID- jne kontrollerid);
ACS olekuregulaatorid (perioodilised, modaalsed jne).
ES-juhtimissüsteemi funktsionaalsete diagrammide esimene regulaatorite klass on tähistatud üleminekufunktsioonina.
1. Proportsionaalne kontroller (P-kontroller).
Regulaatori skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 4.19.
Eeldame, et kontrolleri sisendis on juhtimisvea signaal X sisse ja X sisse = X h - X os. Pealegi kahe takisti asemel R Z ja R kasutatakse ühte OS-i - R sisend
U välja ( t)=TO reg X sisse( t).
2. Integraalne regulaator (I-regulaator).
Regulaatori skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 4.22.
Riis. 4.22. Integreeritud regulaatori skemaatiline diagramm
Kontrolleri ülekandefunktsioon
Kus T T Ja = R VX KOOS 0 .
Regulaatori ajastuse omadused:
U välja ( t)=U välja (0)+ 1/ ( R VX KOOS 0)X sisse( t)t.
P 
ajutine protsess kontrolleris null algtingimustel ( U väljund (0)=0) on joonisel fig. 4.23.
Integreeritud regulaatori funktsionaalne skeem on näidatud joonisel fig. 4.24.
3. Diferentsiaalregulaator (D-regulaator).
Regulaatori skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 4.25.
Kontrolleri ülekandefunktsioon
Kus T D on integraatori ajakonstant, T D = R 0 KOOS VH.
Regulaatori ajastuse omadused:
U välja ( t)=T D (t),
Kus (t) on Diraci delta funktsioon.
Regulaatoris toimuv siirdeprotsess on joonisel fig. 4.26.
KOOS 
Tuleb märkida, et operatiivvõimendite endi piiratud sagedusribalaius ei võimalda teostada puhast (ideaalset) diferentseerimist. Lisaks on diferentsiaalregulaatorite madala mürakindluse tõttu välja kujunenud tegelike diferentseerivate linkide kasutamise praktika ja selliste regulaatorite skeemid erinevad mõnevõrra joonisel fig. 4.25.
Diferentsiaalregulaatori funktsionaalne skeem on näidatud joonisel fig. 4.27.
4. Proportsionaalne-integraalne kontroller (PI-kontroller).
Regulaatori skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 4.28.
Kontrolleri ülekandefunktsioon
Kus K REG - regulaatori ülekandetegur, K REG = R 0 /R VX;
T Ja kas integraatori ajakonstant T Ja = R VX KOOS 0 .
Regulaatori ajastuse omadused:
U välja ( t)=U välja (0) + ( K REG + t/ ( R VX KOOS 0))X sisse( t).
Kontrolleris null algtingimustel toimuv siirdeprotsess on joonisel fig. 4.29.
Proportsionaal-integraalkontrolleri ülekandefunktsiooni ei esitata sageli mitte kahe liikme summana, vaid nn isodroomse lingina
, (4.53)
Kus T IZ on isodroomse lingi ajakonstant, T FROM = R 0 C 0 ,
T Ja kas kontrolleri integreerimise ajakonstant, T Ja = R VX C 0 .
ACS-i struktuuris sisalduv PI-kontroller kompenseerib juhtobjekti ühe suure ajakonstandi (vt jaotis 8.1).
Proportsionaalne diferentsiaalkontroller (PD-kontroller) Regulaatori skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 4.31.
Kus K K REG = R 0 /R VX;
T D on integraatori ajakonstant, T D = R 0 KOOS VH.
Regulaatori ajastuse omadused:
U välja ( t)= K REG X sisse( t) +T D (t),
Kus (t) on Diraci delta funktsioon.
P 
PD-kontrolleri siirdeprotsess on joonisel fig. 4.32, on regulaatori funktsionaalne skeem näidatud joonisel fig. 4.33.
Riis. 4.32. Mööduv protsess PD-kontrolleris
6. Proportsionaal-integraal-tuletiskontroller (PID)
regulaator)
Regulaatori skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 4.34.
Kontrolleri ülekandefunktsioon
Kus K REG - regulaatori ülekandetegur, K REG = R 0 /R VX + C VX / KOOS 0 ;
T Ja kas integratsiooniaeg on konstantne, T Ja = R VX KOOS 0 ;
T D - diferentseerumise ajakonstant, T D = R 0 KOOS VH.
Regulaatori ajastuse omadused:
U välja ( t)=U välja (0) + K REG X sisse( t) + (1/T JA P) X sisse( t) + T D (t),
Kus (t) on Diraci delta funktsioon.
Regulaatoris toimuv siirdeprotsess on joonisel fig. 4.35, on funktsionaalne diagramm näidatud joonisel fig. 4.36.
Analoogiliselt PI-regulaatoriga kujutatakse PID-regulaatori MM-i sageli teist järku isodroomse lingina.
, (4.56)
Kus T IZ,1 , T IZ,2 - isodroomse lingi ajakonstandid; T IZ,1 = R 0 KOOS 0 ,T IZ,2 = =R sisend KOOS sisend
PID-kontroller kompenseerib juhtimisobjekti kahte suurt ajakonstandit, tagades dünaamiliste protsesside intensiivsuse ACS-is.
Artiklis käsitletakse standardset töövõimendit ja tuuakse ka näiteid selle seadme erinevatest töörežiimidest. Tänapäeval ei saa ükski juhtseade ilma võimenditeta hakkama. Need on tõeliselt universaalsed seadmed, mis võimaldavad teil signaaliga erinevaid funktsioone täita. Saate täpsemalt teada, kuidas see seade töötab ja mida see seade täpselt võimaldab.
Inverteerivad võimendid
Op-amp inverteeriva võimendi ahel on üsna lihtne, seda näete pildil. See põhineb operatiivvõimendil (selle ühendusahelaid käsitletakse käesolevas artiklis). Lisaks siin:
- Takistil R1 on pingelang, selle väärtus on sama, mis sisendil.
- Takistil on ka R2 - see on sama, mis väljund.
Sel juhul on väljundpinge ja takistuse R2 suhe väärtuselt võrdne sisendpinge ja R1 suhtega, kuid märgilt vastupidine. Teades takistuse ja pinge väärtusi, saate võimenduse arvutada. Selleks peate väljundpinge jagama sisendpingega. Sel juhul võib operatiivvõimendi (selle ühendusahelad olla mis tahes) tüübist sõltumata olla sama võimendusega.
Tagasiside toiming
Nüüd peame lähemalt uurima üht võtmepunkti – kuidas tagasiside toimib. Oletame, et sisendis on pinge. Arvutuste lihtsuse huvides võtame selle väärtuseks 1 V. Samuti oletame, et R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.
Oletame nüüd, et on tekkinud mingi ettenägematu olukord, mille tõttu on kaskaadi väljundis seatud pinge 0 V. Järgmisena on näha huvitav pilt - kaks takistust hakkavad paarikaupa tööle, koos tekitavad pingejaguri. Inverteeriva astme väljundis hoitakse seda tasemel 0,91 V. Sel juhul võimaldab op-amp registreerida sisendite ebakõla ja väljundis pinge väheneb. Seetõttu on väga lihtne konstrueerida operatiivvõimendi skeemi, mis realiseerib näiteks andurilt signaali võimendi funktsiooni.
Ja see muutus jätkub seni, kuni väljund saavutab stabiilse väärtuse 10 V. Just sel hetkel on operatiivvõimendi sisendite potentsiaalid võrdsed. Ja need on samad, mis maa potentsiaal. Teisest küljest, kui pinge seadme väljundis jätkuvalt väheneb ja see on alla -10 V, muutub sisendi potentsiaal madalamaks kui maandus. Selle tagajärjeks on pinge väljundis tõusma.
Sellel vooluahelal on suur puudus - sisendtakistus on väga väike, eriti kõrge pingevõimendusega võimendite puhul, kui tagasisideahel on suletud. Ja edaspidi käsitletud disainil puuduvad kõik need puudused.
Mitteinverteeriv võimendi
Joonisel on kujutatud mitteinverteeriva operatiivvõimendi vooluring. Pärast selle analüüsimist võime teha mitmeid järeldusi:
- Pinge väärtus UA võrdub sisendpingega.
- Jagajast eemaldatakse pinge UA, mis võrdub väljundpinge ja R1 korrutise suhtega takistuste R1 ja R2 summaga.
- Juhul, kui UA väärtus on võrdne sisendpingega, võrdub võimendus väljundpinge ja sisendi suhtega (või võite lisada ühe takistuste R2 ja R1 suhtele).
Seda konstruktsiooni nimetatakse mitteinverteerivaks võimendiks; sellel on peaaegu lõpmatu sisendtakistus. Näiteks 411 seeria operatiivvõimendite puhul on selle väärtus minimaalselt 1012 oomi. Ja bipolaarsetel pooljuhttransistoridel põhinevate operatiivvõimendite puhul reeglina üle 108 oomi. Kuid kaskaadi väljundtakistus, nagu ka eelnevalt käsitletud vooluringis, on väga väike - oomi murdosa. Ja seda tuleb operatsioonivõimendite abil ahelate arvutamisel arvestada.
Vahelduvvoolu võimendi vooluahel
Mõlemad artiklis varem käsitletud vooluringid töötavad aga kui sisendsignaali allika ja võimendi vaheline ühendus on vahelduvvool, peate seadme sisendis voolu jaoks maanduse tagama. Lisaks peate pöörama tähelepanu asjaolule, et praegune väärtus on äärmiselt väike.
Vahelduvvoolu signaalide võimendamise korral on vaja alalisvoolu signaali võimendust vähendada ühtsuseni. See kehtib eriti juhtudel, kui pinge võimendus on väga suur. Tänu sellele on võimalik oluliselt vähendada seadme sisendisse juhitava nihkepinge mõju.
Teine näide vahelduvpingega töötamiseks mõeldud vooluringist
Selles vooluringis näete -3 dB tasemel vastavust sagedusele 17 Hz. Sellel osutub kondensaatori impedants kahe kilooomi tasemele. Seetõttu peab kondensaator olema piisavalt suur.
Vahelduvvooluvõimendi ehitamiseks peate kasutama mitteinverteerivat tüüpi op-amp-ahelat. Ja sellel peab olema üsna suur pingevõimendus. Kuid kondensaator võib olla liiga suur, seega on parem seda mitte kasutada. Tõsi, peate valima õige nihkepinge, võrdsustades selle väärtuse nulliga. Või võite kasutada T-kujulist jagajat ja suurendada ahela mõlema takisti takistuse väärtusi.
Millist skeemi on parem kasutada?
Enamik disainereid eelistab mitteinverteerivaid võimendeid, kuna neil on väga kõrge sisendtakistus. Ja nad eiravad inverteerivaid vooluringe. Kuid viimasel on tohutu eelis - see ei ole nõudlik operatiivvõimendi enda suhtes, mis on selle "süda".
Lisaks on selle omadused tegelikult palju paremad. Ja kujuteldava maanduse abil saate hõlpsalt ühendada kõik signaalid ja need ei mõjuta üksteist. Projekteerimisel saab kasutada ka töövõimendil põhinevat alalisvooluvõimendi vooluringi. Kõik oleneb vajadustest.
Ja viimane asi on juhtum, kui kogu siin käsitletav ahel on ühendatud mõne teise op-võimendi stabiilse väljundiga. Sel juhul ei mängi sisendtakistuse väärtus olulist rolli - vähemalt 1 kOhm, vähemalt 10, vähemalt lõpmatus. Sel juhul täidab esimene kaskaad alati oma funktsiooni järgmise suhtes.
Repiiteri ahel
Operatsioonivõimendil põhinev repiiter töötab sarnaselt bipolaarsele transistorile ehitatud emitteriga. Ja see täidab sarnaseid funktsioone. Põhimõtteliselt on see mitteinverteeriv võimendi, milles esimese takisti takistus on lõpmatult suur ja teise takistus on null. Sel juhul on kasum võrdne ühtsusega.
On olemas spetsiaalseid operatiivvõimendeid, mida kasutatakse tehnoloogias ainult kordusahelate jaoks. Neil on palju paremad omadused - reeglina kõrge jõudlus. Näited hõlmavad operatsioonivõimendeid, nagu OPA633, LM310, TL068. Viimasel on keha nagu transistoril, samuti kolm klemm. Väga sageli nimetatakse selliseid võimendeid lihtsalt puhvriteks. Fakt on see, et neil on isolaatori omadused (väga kõrge sisendtakistus ja äärmiselt madal väljund). Ligikaudu sama põhimõtet kasutatakse operatiivvõimendil põhineva vooluvõimendi ahela konstrueerimiseks.
Aktiivne režiim
Sisuliselt on see töörežiim, milles operatiivvõimendi väljundid ja sisendid ei ole ülekoormatud. Kui vooluringi sisendile antakse väga suur signaal, hakkab see väljundis lihtsalt lõikama vastavalt kollektori või emitteri pingetasemele. Kuid kui väljundpinge on fikseeritud väljalülitustasemel, ei muutu op-võimendi sisendite pinge. Sel juhul ei saa vahemik olla suurem kui toitepinge
Enamik op-amp ahelaid on konstrueeritud nii, et see kõikumine on 2 V väiksem kui toitepinge.Aga see kõik oleneb konkreetsest kasutatavast op-amp võimendi ahelast. Operatsioonivõimendil põhinev stabiilsuse piirang on sama.
Oletame, et ujuvkoormusega allikas on teatud pingelangus. Kui vool liigub normaalses suunas, võite kohata esmapilgul imelikuna tunduvat koormust. Näiteks mitu pöördpolariseeritud patareid. Seda konstruktsiooni saab kasutada alalislaadimisvoolu saamiseks.
Mõned ettevaatusabinõud
Operatsioonivõimendil põhineva lihtsa pingevõimendi (saab valida mis tahes vooluringi) saab teha sõna otseses mõttes "põlvele". Kuid peate arvestama mõne funktsiooniga. Kindlasti tuleb veenduda, et vooluahela tagasiside oleks negatiivne. See viitab ka sellele, et võimendi mitteinverteerivate ja inverteerivate sisendite segi ajamine on vastuvõetamatu. Lisaks peab olema alalisvoolu tagasisideahel. Vastasel juhul läheb op-amp kiiresti küllastusse.
Enamikul opvõimenditel on väga väike sisenddiferentsiaalpinge. Sel juhul võib mitteinverteeriva ja inverteeriva sisendi maksimaalset erinevust piirata 5 V-ni toiteallika mis tahes ühendamise korral. Kui seda tingimust eiratakse, ilmuvad sisendisse üsna suured vooluväärtused, mis toob kaasa ahela kõigi omaduste halvenemise.
Kõige hullem selle juures on operatiivvõimendi enda füüsiline hävimine. Selle tulemusena lakkab operatiivvõimendi ahel täielikult töötamast.
Tuleks kaaluda
Ja loomulikult tuleb rääkida reeglitest, mida tuleks järgida, et tagada operatiivvõimendi stabiilne ja kauakestev töö.
Kõige tähtsam on see, et operatsioonivõimendil on väga kõrge pingevõimendus. Ja kui pinge sisendite vahel muutub millivoldi murdosa võrra, võib selle väärtus väljundis oluliselt muutuda. Seetõttu on oluline teada: operatiivvõimendi väljund püüab tagada, et sisendite vaheline pingeerinevus oleks nullilähedane (ideaaljuhul võrdne) nulliga.
Teine reegel on, et operatiivvõimendi voolutarve on üliväike, sõna otseses mõttes nanoamprites. Kui sisenditesse on paigaldatud väljatransistorid, siis arvutatakse seda pikoamprites. Sellest võime järeldada, et sisendid ei tarbi voolu, olenemata sellest, millist operatiivvõimendit kasutatakse, vooluahel - tööpõhimõte jääb samaks.
Kuid te ei tohiks arvata, et op-amp muudab sisendite pinget pidevalt. Füüsiliselt on seda peaaegu võimatu saavutada, kuna teise reegliga ei oleks vastavust. Tänu operatiivvõimendile hinnatakse kõigi sisendite olekut. Välise tagasisideahela abil kantakse pinge väljundist sisendisse. Tulemuseks on, et pingeerinevus operatiivvõimendi sisendite vahel on nullis.
Tagasiside kontseptsioon
See on levinud mõiste ja seda kasutatakse juba laiemas tähenduses kõigis tehnoloogiavaldkondades. Igal juhtimissüsteemil on tagasiside, mis võrdleb väljundsignaali ja seatud väärtust (viiteväärtust). Sõltuvalt praegusest väärtusest toimub reguleerimine soovitud suunas. Pealegi võib juhtimissüsteem olla ükskõik milline, isegi maanteel sõitev auto.
Juht vajutab pidurit ja siinne tagasiside on aeglustamise algus. Sellise lihtsa näitega analoogiat tuues saate paremini aru elektroonikaahelate tagasisidest. Ja negatiivne tagasiside on see, kui piduripedaali vajutades auto kiirendab.
Elektroonikas on tagasiside protsess, mille käigus edastatakse signaal väljundist sisendisse. Sel juhul summutatakse ka sisendi signaal. Ühest küljest pole see väga mõistlik mõte, sest väljastpoolt võib tunduda, et kasu väheneb oluliselt. Muide, elektroonika tagasiside arendamise rajajad said sellist tagasisidet. Kuid tasub üksikasjalikumalt mõista selle mõju operatsioonivõimenditele - kaaluge praktilisi vooluahelaid. Ja saab selgeks, et see tegelikult vähendab veidi võimendust, kuid võimaldab teil veidi parandada muid parameetreid:
- Silu sageduskarakteristikuid (viib need vajalikule tasemele).
- Võimaldab ennustada võimendi käitumist.
- Võimeline kõrvaldama mittelineaarsuse ja signaali moonutused.
Mida sügavam on tagasiside (me räägime negatiivsest), seda vähem mõjutavad avatud ahela omadused võimendit. Tulemuseks on see, et kõik selle parameetrid sõltuvad ainult sellest, millised omadused ahelal on.
Tähelepanu tasub pöörata asjaolule, et kõik operatiivvõimendid töötavad väga sügava tagasisidega režiimis. Ja pingevõimendus (oma avatud ahelaga) võib ulatuda isegi mitme miljonini. Seetõttu on operatiivvõimendi võimendi ahel äärmiselt nõudlik kõigi toiteallika ja sisendsignaali taseme parameetrite järgimise osas.
Kontroller arvutab mittevastavuse ja teisendab selle teatud matemaatilise tehte kohaselt juhtimistoiminguks. VSAU kasutab peamiselt järgmist tüüpi kontrollereid: proportsionaalne (P), integraal (I), proportsionaalne-integraal (PI), proportsionaalne-integraal-tuletis (PID). Sõltuvalt teisendatud signaalide tüübist eristatakse analoog- ja digitaalregulaatoreid. Analoogregulaatorid (AR) on rakendatud operatsioonivõimendite alusel, digitaalne - mis põhinevad spetsiaalsetel arvutusseadmetel või mikroprotsessoritel. Analoogkontrollerid teisendavad ainult selliseid analoogsignaale, mis on aja pidevad funktsioonid. AP läbimisel teisendatakse pideva signaali iga hetkeväärtus.
AR rakendamiseks ühendatakse operatsioonivõimendi (op-amp) vastavalt negatiivse tagasisidega summeeriva võimendi ahelale. Regulaatori tüübi ja selle ülekandefunktsiooni määrab takistite ja kondensaatorite ühendamise skeem sisendis olevates ahelates ja op-amp tagasisides.
Regulaatorite analüüsimisel kasutame kahte peamist eeldust, mis kõrge aste täpsus on täidetud negatiivse tagasisidega operatsioonivõimendi puhul lineaarses töörežiimis:
Diferentsiaalne sisendpinge U op-amp sisend on võrdne nulliga;
Operatiivvõimendi inverteerivad ja mitteinverteerivad sisendid ei tarbi voolu, st. sisendvoolud (joon. 2.2). Kuna mitteinverteeriv sisend on ühendatud “null” siiniga, siis esimese eelduse kohaselt on ka inverteeriva sisendi potentsiaal φa null.
Riis. 2.2. Proportsionaalkontrolleri funktsionaalne diagramm
Liikudes võrrandis (2.1) muutujate juurdekasvu juurde ja kasutades Laplace'i teisendust, saame P-regulaatori ülekandefunktsiooni:
Kus - proportsionaalne kasu.
Seega viiakse P-regulaatoris läbi veasignaali proportsionaalne võimendamine (korrutades konstandiga) u rassi
Koefitsient võib olla kas suurem või väiksem kui üks. Joonisel fig. 2.3 näitab sõltuvust u juures = f(t) P-regulaator, kui veasignaal muutub u rassi
Integreeritud regulaator (I-regulaator) realiseeritakse, ühendades tagasisideahelas op-amp kondensaatori C (joonis 2.4). I kontrolleri ülekandefunktsioon
kus on integratsiooni konstant, s.
Riis. 2.4. Integreeritud regulaatori funktsionaalne skeem
I-kontroller integreerib veasignaali u rassi
Proportsionaal-integraalkontroller (PI-kontroller) realiseeritakse takisti ROU ja kondensaatori COU lisamisega tagasisideahelasse (joonis 2.6).
Riis. 2.6. PI-kontrolleri funktsionaalne skeem
PI-kontrolleri ülekandefunktsioon
on proportsionaalse ja integraalkontrollerite ülekandefunktsioonide summa. Kuna PI-kontrolleril on P ja I kontrollerite omadused, teostab see samaaegselt veasignaali proportsionaalset võimendamist ja integreerimist u rassi
Proportsionaal-integraal-tuletiskontroller (PID-kontroller) realiseeritakse kõige lihtsamal juhul, ühendades PI-kontrolleris kondensaatorid C 3 ja C OS paralleelselt takistitega R 3 ja ROC (joon. 2.8).
Riis. 2.8. PID-regulaatori funktsionaalne skeem
PID-kontrolleri ülekandefunktsioon
kus on PID-regulaatori proportsionaalne võimendus; - diferentseerumise konstant; - integratsioonikonstant; ; .
PID-regulaatori ülekandefunktsioon on proportsionaal-, integraal- ja diferentsiaalkontrollerite ülekandefunktsioonide summa. PID-kontroller teostab veasignaali samaaegset proportsionaalset võimendamist, diferentseerimist ja integreerimist u rassi
17 küsimus AEP koordinaatandurid.
Anduri plokkskeem. AED (automaatne elektriajam) kasutab andureid, et saada kontrollitud koordinaatidel tagasiside signaale. Andur on seade, mis teavitab AED juhitava koordinaadi olekust, suheldes sellega ja muutes reaktsiooni sellele interaktsioonile elektrisignaaliks.
AED-s juhitakse elektrilisi ja mehaanilisi koordinaate: vool, pinge, EMF, pöördemoment, kiirus, nihe jne. Nende mõõtmiseks kasutatakse vastavaid andureid.
AED koordinaatandurit saab struktuurselt kujutada mõõtemuunduri (MT) ja sobitusseadme (CU) jadaühendusena (joonis 2.9). Mõõteandur teisendab koordinaadi X elektrilise pinge signaalis Ja(või praegune i), proportsionaalne X . Sobiv seade teisendab väljundsignaali Ja IP tagasiside signaaliks u OS , mis oma suuruse ja kuju poolest rahuldab iseliikuvaid püsse.
Riis. 2.9. AEP koordinaatanduri plokkskeem
Vooluandurid. Vooluandurid (CT) on loodud selleks, et saada teavet mootori voolu tugevuse ja suuna kohta. Neile kehtivad järgmised nõuded:
Juhtnäitajate lineaarsus vahemikus 0,1I nom kuni 5 I nom mitte vähem kui 0,9;
Toiteahela ja juhtimissüsteemi galvaanilise isolatsiooni olemasolu;
Suur jõudlus.
DT-s kasutatakse mõõtemuunduritena voolutrafosid, tasandusdrosselite lisa(kompensatsiooni)mähiseid, Halli elemente ja šunte.
Mootori voolu mõõtmiseks kasutatakse laialdaselt šuntidel põhinevaid vooluandureid. Šunt on puhtaktiivtakistusega neljaklemmiline takisti R sh (mitteinduktiivne šunt), toiteahel on ühendatud vooluklemmidega ja mõõteahel on ühendatud potentsiaalsete klemmidega.
Ohmi seaduse kohaselt pingelangus aktiivtakistusest ja=R w i.
Šundi mõju vähendamiseks voolu läbimisele mootoriahelas peaks selle takistus olema minimaalne. Nimipinge langus šundi peal on tavaliselt 75 mV, seega tuleb seda võimendada vajalike väärtusteni (3,0...3,5 V). Kuna šundil on potentsiaalne ühendus toiteahelaga, peab vooluandur sisaldama galvaanilist isolatsiooniseadet. Selliste seadmetena kasutatakse trafo- ja optoelektroonilisi seadmeid. Šundil põhineva vooluanduri plokkskeem on näidatud joonisel fig. 2.13.
Riis. 2.13.Šundipõhise vooluanduri plokkskeem
Praegu põhinevad praegused andurid Saali elemendid, mis on valmistatud pooljuhtmaterjalist õhukese plaadi või kile kujul (joon. 2.14). Kui elektrivool I X läbib induktsiooniga magnetväljaga risti asetsevat plaati IN, Hall emf indutseeritakse plaadis e X:
kus on koefitsient, mis sõltub materjali omadustest ja plaadi mõõtmetest.
Pingeandurid. IN Elektriajamis pinge mõõtmise muundurina kasutatakse takistuslikke pingejagajaid (joonis 2.16).
Riis. 2.16. Pingeanduri funktsionaalne skeem
Jagaja väljundpinge.
EMF andurid. Madalate nõuetega kiiruse reguleerimisvahemikule (kuni 50) kasutatakse elektriajami peamise tagasisidena EMF-i tagasisidet.
Riis. 2.17. Armatuuri EMF-anduri funktsionaalne skeem
Kiiruse andurid. Mootori rootori nurkkiirusega võrdelise elektrisignaali saamiseks kasutatakse tahhogeneraatoreid ja impulsikiiruse andureid. Tahhogeneraatoreid kasutatakse analoogautomaatsetes juhtimissüsteemides, impulssgeneraatoreid - digitaalsetes.
Kiiruseanduritele kehtivad ranged nõuded juhtimisomaduste lineaarsuse, väljundpinge stabiilsuse ja selle pulsatsiooni taseme osas, kuna need määravad ajami kui terviku staatilised ja dünaamilised parameetrid.
Püsimagnetitega alalisvoolutahhogeneraatorid on elektriajamites laialt levinud. Pöördpulsatsioonide taseme vähendamiseks on elektrimootorisse sisse ehitatud tahhogeneraatorid.
Impulsskiiruse andurites kasutatakse esmase mõõtemuundurina impulss-nihkemuundureid, milles impulsside arv on võrdeline võlli pöördenurgaga.
Asendiandurid. IN Praegu kasutatakse induktsioon- ja fotoelektroonilisi muundureid elektriajamites masinate ja mehhanismide liikuvate osade liikumise mõõtmiseks.
Induktsioontrafod hõlmavad pöörlevaid trafosid, selsüüne ja induktosüüne. Induktosüünid võivad olla ringikujulised või lineaarsed.
Pöörlevad trafod (VT) nimetatakse vahelduvvoolu elektrilisteks mikromasinateks, mis muudavad pöördenurga α selle nurgaga võrdeliseks siinuspingeks. Automaatjuhtimissüsteemis kasutatakse mittesobivuse arvestitena pöörlevaid trafosid, mis registreerivad süsteemi kõrvalekalde teatud kindlast asendist.
Pöörleval trafol on staatoril ja rootoril kaks identset ühefaasilist jaotatud mähist, mis on üksteise suhtes nihutatud 90°. Pinge rootori mähisest eemaldatakse libisemisrõngaste ja harjade või ringtrafode abil.
VT tööpõhimõte siinusrežiimis põhineb staatori pulseeriva magnetvoo poolt rootorimähises indutseeritud pinge sõltuvusel staatori ja rootori mähiste telgede nurgaasendist.
Selsin on vahelduvvoolu elektriline mikromasin, millel on kaks mähist: ergastus ja sünkroniseerimine. Sõltuvalt ergutusmähise faaside arvust eristatakse ühe- ja kolmefaasilisi sünkroone. Sünkroniseerimismähis on alati kolmefaasiline. Iseliikuvates relvades kasutatakse laialdaselt rõngastrafoga kontaktivabasid sünkroone.
Rõngastrafoga kontaktivaba sünkronisaatori sünkroniseerimismähis asub staatori piludes, ergutusmähis on sünkronisaatori rootori piludes või hääldatud poolustel. Rõngastrafo eripära on see, et selle primaarmähis asub staatoril ja sekundaarmähis rootoril. Mähised on rõngakujulised, mis on paigutatud magnetsüsteemi, mis koosneb staatori ja rootori rõngasmagnetsüdamikest, mis on rootoril ühendatud sisemise magnetahelaga ja staatoril välise magnetahelaga. Iseliikuvates relvades kasutatakse sünkroone amplituudi- ja faasipöörderežiimides.
Sünkroniseerimismähiste amplituudirežiimis sisselülitamise skeem on näidatud joonisel fig. 2.19. Sünkronisaatori sisendkoordinaat selles režiimis on rootori pöördenurk τ. Võrdluspunktiks võetakse faasimähise keskjoon A.
Riis. 2.19. Amplituudrežiimis sünsünimähiste sisselülitamise funktsionaalne skeem
Sünkroniseerimismähiste faasinihkerežiimis sisselülitamise skeem on näidatud joonisel fig. 2.20. Sünkronisaatori sisendkoordinaat selles režiimis on pöördenurk τ ja väljundkoordinaadiks väljundi EMF faas φ e välja vahelduvtoitepinge suhtes.
Riis. 2.20. Funktsionaalne diagramm sünkroonmähiste sisselülitamisest faasipöörderežiimis
18 küsimus Impulssfaasi juhtimissüsteemid. Türistori juhtimise põhimõtted.
Alaldis kasutatakse türistoreid juhitavate lülititena. Türistori avamiseks peavad olema täidetud kaks tingimust:
Anoodi potentsiaal peab ületama katoodi potentsiaali;
Juhtelektroodile tuleb anda avanemis (juhtimis) impulss.
Nimetatakse hetke, mil türistori anoodi ja katoodi vahele tekib positiivne pinge loomuliku avanemise hetk. Avanemisimpulsi etteandmist saab loomuliku avanemise hetke suhtes edasi lükata avanemisnurga võrra. Selle tulemusena lükkub töösse siseneva türistori voolu algus edasi ja alaldi pinget reguleeritakse.
Alaldi türistorite juhtimiseks kasutatakse impulss-faasi juhtimissüsteemi (PPCS), mis täidab järgmisi funktsioone:
Momentide kindlaksmääramine, millal teatud konkreetsed türistorid peaksid avanema; need ajahetked määratakse juhtsignaaliga, mis tuleb ACS-i väljundist SIFU sisendisse;
Edastatud avanemisimpulsside moodustumine Iõigel ajal türistorite juhtelektroodidele ning omades nõutavat amplituudi, võimsust ja kestust.
Vastavalt avanemisimpulsside nihke saamise meetodile loomuliku avanemise punkti suhtes eristatakse horisontaalset, vertikaalset ja integreerivat juhtimispõhimõtet.
Horisontaalse juhtimisega (joon. 2.28) reguleerib vahelduv siinuspinge u y on pinge suhtes faasist väljas (horisontaalselt). u 1, alaldi toitmine. Ajahetkel ωt=α Juhtpingest moodustuvad ristkülikukujulised avamisimpulsid U GT . Horisontaalset juhtimist elektriajamites praktiliselt ei kasutata, mis on tingitud nurga reguleerimise α piiratud ulatusest (umbes 120°).
Vertikaalse juhtimise korral (joon. 2.29) määratakse avanemisimpulsside etteandmise hetk, kui juhtpinge on võrdne u y (konstantse kujuga) muutuva võrdluspingega (vertikaalne). Pinge võrdsuse hetkel moodustuvad ristkülikukujulised impulsid U gt.
Integreeriva juhtimisega (joonis 2.30) määratakse avanemisimpulsside toitehetk, kui vahelduv juhtpinge on võrdne ja kell pideva võrdluspingega U o lk Pingevõrdsuse hetkel tekivad ristkülikukujulised impulsid U gt.
Riis. 2.28. Horisontaalse juhtimise põhimõte
Riis. 2.29. Vertikaalse juhtimise põhimõte
Riis. 2.30. Integreeriv juhtimispõhimõte
Vastavalt avanemisnurga a loendusmeetodile jagatakse SIFUd mitmekanalilisteks ja ühekanalilisteks. Mitme kanaliga SIFU-des mõõdetakse iga alaldi türistori nurka a oma kanalis, ühekanalilistes - kõigi türistorite ühes kanalis. Tööstuslikes elektriajamites kasutatakse valdavalt vertikaalse juhtimise põhimõttega mitmekanalilisi SIFUsid.