برای ساده سازی فرآیند ساخت یک تنظیم کننده جریان بر روی تقویت کننده های عملیاتی، ما PF (8) آن را به صورت زیر تبدیل می کنیم:

(8")

اولین عبارت در (8") حاصل ضرب پیوندهای ایزودرومیک و غیرپریودیک، دومی پیوند غیرپریودیک، سومی پیوند افتراق اینرسی است. از دوره الکترونیک شما می دانید که چگونه این پیوندها را روی تقویت کننده های عملیاتی مونتاژ کنید.

شکل 10 - تنظیم کننده جریان در تقویت کننده های عملیاتی

مدار، همانطور که مشاهده می شود، از سه شاخه موازی تشکیل شده است که توسط خروجی ها به جمع کننده معکوس روی تقویت کننده عملیاتی بسته می شود، بنابراین سیگنال خروجی تو 2 نسبت به ورودی معکوس خواهد شد تو 1 . اگر تایید لازم باشد تو 1 و تو 2 نصب یک اینورتر اضافی در خروجی جمع کننده ضروری است. این تکنیک در شاخه میانی مدار اعمال شد، زیرا پیوند نامتعارف بر روی یک تقویت کننده عملیاتی معکوس ساخته شده است. شاخه بالا مسئول PF است
. حاصلضرب پیوندهای ایزودرومیک و غیرپریودیک با اتصال مدارهای آنها به صورت سری روی تقویت کننده های عملیاتی معکوس ساخته می شود و از آنجایی که هر پیوند سیگنال را معکوس می کند، مطابقت ورودی و خروجی شاخه بالایی لازم نیست. شاخه پایینی که پیوند دینامیکی اینرسی را پیاده سازی می کند، سیگنال ورودی را معکوس نمی کند.

بیایید پارامترهای مدار را محاسبه کنیم. مشخص است که

با پرسیدن آر 1 =آر 3 =آر 5 = آر 8 =آر 12 =آر 17 =آر 18 = 500 اهم، آر 13 = 300 اهم، آر 14 = 50 اهم آن را دریافت می کنیم با 1 ==
= 240 µF، با 2 =با 3 ==
= 10 µF، با 4 =
=
= 40 µF، آر 2 = =
= 380 اهم، آر 4 =آر 6 =آر 9 =آر 10 =آر 11 =آر 16 = 500 اهم، آر 7 = 110 اهم، آر 15 =
= =
= 310 اهم.

2.3AmLahx - برنامه ای برای ساخت پارامترهای مجانبی و سنتز کنترل کننده ها با استفاده از روش پارامترهای مورد نظر

2.3.1 اطلاعات کلی در مورد برنامه

برنامه AmLAHX برای اجرا در محیط MatLab6.0 یا بالاتر طراحی شده است و قابلیت های زیر را در اختیار کاربر قرار می دهد:

دارای رابط کاربری گرافیکی

LFCهای مجانبی از اشیاء پویا را که در قالب توابع انتقال مشخص شده اند، می سازد.

به طور تعاملی LFC مورد نظر یک سیستم حلقه باز را با توجه به معیارهای کیفیت مشخص شده ایجاد می کند، از جمله، این برنامه به کاربر اجازه می دهد تا بخش های جفت گیری (شیب آنها) را بسته به نوع LFC شی کنترل انتخاب کند.

تفریق خودکار از LFC سیستم حلقه باز LFC شی کنترل را فراهم می کند و بنابراین با ساخت LFC کنترل کننده، فرکانس های مزدوج و شیب مجانب ها را برمی گرداند، که نوشتن تابع انتقال آن را با استفاده از آن بسیار آسان می کند. LFC کنترلر (در نسخه های بعدی برنامه این کار را به صورت خودکار انجام می دهد)؛

همه LFC ها با نشان دادن شیب مجانب رسم می شوند؛ کاربر می تواند رنگ هر LFC را به طور جداگانه و همچنین فرمت نوشته های روی نمودارها (ضخامت، ارتفاع) را تعیین کند.

2.3.2 خط فرمان برنامه

خط فرمان کامل برای اجرای برنامه به صورت زیر است:

yy=amlahx( تعداد,دن، پرچم، پارام),

جایی که تعدادو لانه- به ترتیب شماره و مخرج PF شیء کنترلی، تعدادو لانهباید بردارهایی نوشته شده در قالب MatLab باشند (به مثال زیر مراجعه کنید).

پرچم- حالت کار (1 (پیش فرض) یا 2)؛

پارامتر- بردار 6 عنصر (اعداد)، 1، 2 و 3 عنصر به ترتیب ضخامت LFCهای OU، RS و CU هستند، 4، 5 و 6 رنگ این LFCها هستند (به طور پیش فرض ضخامت از تمام LFC ها 1 است، رنگ ها به ترتیب قرمز، آبی و سبز هستند).

AmLAHXبدون پارامتر در این حالت در حالت دمو کار می کند

تعداد= ,لانه = ,پرچم= 2.

دستگاه های معمولی سیستم های کنترل

تنظیم کننده

عملکرد مهم سیستم های مدرناتوماسیون تنظیم مختصات آن است، یعنی حفظ مقادیر مورد نیاز آنها با دقت لازم. این تابع با استفاده از تعداد زیادی از عناصر مختلف اجرا می شود که در میان آنها تنظیم کننده ها از اهمیت بالایی برخوردار هستند.

تنظیم کنندهتبدیل سیگنال کنترل مربوط به عملیات ریاضی مورد نیاز توسط شرایط عملیاتی سیستم کنترل را انجام می دهد. عملیات مورد نیاز معمولی شامل تبدیل سیگنال زیر است: متناسب، متناسب-انتگرال، متناسب-انتگرال-دیفرانسیل.

اساس تنظیم کننده آنالوگ یک تقویت کننده عملیاتی است - یک تقویت کننده جریان مستقیم، که در صورت عدم وجود بازخورد، بهره بالایی دارد. تقویت کننده های عملیاتی یکپارچه بیشترین استفاده را دارند. تقویت کننده عملیاتی یک ساختار چند مرحله ای است که در آن می توان تقویت کننده دیفرانسیل ورودی را تشخیص داد. DU) با ورودی های معکوس و مستقیم تقویت کننده ولتاژ ( سازمان ملل متحد), اجرای بهره بالا و تقویت کننده قدرت ( ذهن، ظرفیت بار لازم تقویت کننده عملیاتی را فراهم می کند. نمودار عملکردی تقویت کننده عملیاتی در شکل نشان داده شده است. 4.1. طراحی تک تراشه و اندازه کوچک تقویت کننده عملیاتی، پایداری بالای پارامترها را تضمین می کند، که به دست آوردن بهره DC بالا را ممکن می سازد. نقاط به دست آمده از نمودار Kl، K2، KZطراحی شده برای اتصال مدارهای تصحیح خارجی که بهره را در فرکانس های بالا کاهش می دهد و با بازخورد، پایداری تقویت کننده را افزایش می دهد. بدون مدارهای تصحیح، در فرکانس های به اندازه کافی بالا، زمانی که تاخیر فاز انباشته شده 180 درجه باشد، علامت بازخورد تغییر می کند و با افزایش زیاد، تقویت کننده عملیاتی خود تحریک شده و وارد حالت خود نوسانی می شود. در شکل 4.1 از نمادهای زیر استفاده می شود: U p- ولتاژ تغذیه تقویت کننده؛ U Ui- ولتاژ کنترل ورودی از طریق ورودی معکوس تقویت کننده؛ پک U- ولتاژ کنترل ورودی از طریق ورودی مستقیم تقویت کننده؛ تو بیرون- ولتاژ خروجی تقویت کننده تمام ولتاژهای فوق نسبت به سیم مشترک یک منبع تغذیه دوقطبی اندازه گیری می شوند.

مدارهای اتصال تقویت کننده عملیاتی در شکل نشان داده شده است. 4.2. مرحله دیفرانسیل تقویت کننده عملیاتی دارای دو ورودی کنترل است: مستقیم با پتانسیل پک Uو معکوس با پتانسیل U Ui(شکل 4.2، آ).

ولتاژ خروجی تقویت کننده با حاصلضرب بهره و اختلاف پتانسیل ورودی های تقویت کننده تعیین می شود.

U out = k уо (U up - U уу) = k уо U у,

جایی که k uo- بهره دیفرانسیل تقویت کننده عملیاتی؛ U y- ولتاژ ورودی دیفرانسیل تقویت کننده، یعنی ولتاژ بین ورودی مستقیم و معکوس. بهره دیفرانسیل تقویت کننده های عملیاتی یکپارچه در غیاب بازخورد.

نسبت به ولتاژ ورودی U vhpو یو وایولتاژ خروجی با اختلاف تعیین می شود

U out = k up U in - k ui U in,

سود ورودی مستقیم کجاست کی پکو با ورودی معکوس k uiتوسط مدار سوئیچینگ تقویت کننده تعیین می شود. برای مدار سوئیچینگ ورودی مستقیم نشان داده شده در شکل. 4.3، ب، سود با فرمول تعیین می شود

,

و برای مدار سوئیچینگ ورودی معکوس نشان داده شده در شکل. 4.3، V، - طبق فرمول

برای ساخت مدارهای تنظیم کننده مختلف، معمولاً از یک مدار تقویت کننده عملیاتی با ورودی معکوس استفاده می شود. به طور معمول، تنظیم کننده ها باید چندین ورودی داشته باشند. سیگنال های ورودی به نقطه 1 ارائه می شود (شکل 4.2، V) از طریق مقاومت های ورودی فردی. توابع انتقال مورد نیاز رگولاتورها به دلیل مقاومت های پیچیده خازنی فعال در مدار بازخورد به دست می آید. Z osو در مدارهای ورودی Z در. عملکرد انتقال رگولاتور نسبت به هر یک از ورودی ها بدون در نظر گرفتن وارونگی ولتاژ خروجی

. (4.1)

بسته به نوع عملکرد انتقال، تقویت کننده عملیاتی را می توان به عنوان یک تنظیم کننده عملکردی در نظر گرفت. در آینده برای پیاده سازی رگلاتورها فقط مدارهای سوئیچینگ بر اساس ورودی معکوس را در نظر خواهیم گرفت.

کنترل کننده تناسبی (P-کنترل کننده) -این تقویت کننده بازخورد فشرده است که در شکل. 4.3، آ. عملکرد انتقال آن

W(p) = k P، (4.2)

جایی که k P- ضریب افزایش تنظیم کننده P.

مطابق تابع انتقال (4.2)، در پهنای باند تقویت کننده عملیاتی، پاسخ فرکانس دامنه لگاریتمی (LAFC) تنظیم کننده P موازی با محور فرکانس است. wو فاز صفر است (شکل 4.3، ب).

کنترلر انتگرال (I-regulator)همانطور که در شکل نشان داده شده است با گنجاندن یک خازن در حلقه بازخورد به دست می آید. 4.4، آ، در حالی که سیگنال ورودی و عملکرد انتقال کنترلر را یکپارچه می کند

, (4.3)

جایی که T و = R در C os- ثابت ادغام

مطابق با (4.3)، تغییر فاز سیگنال خروجی برابر است با - پ/ 2، LFC دارای شیب dB/dec-20 است و پاسخ فرکانس فاز لگاریتمی (LPFR) موازی با محور فرکانس است. w(شکل 4.4، ب).

کنترل کننده متناسب-انتگرال (کنترل کننده PI ) با اتصال موازی تنظیم کننده های P و I بدست می آید

تابع انتقال (4.4) را می توان روی یک تقویت کننده عملیاتی با گنجاندن راکتانس خازنی فعال در بازخورد آن به دست آورد. Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p)، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4.5، آ.

سپس مطابق با (4.1)

,

جایی که T 1 = R os C os; T I = R در C os; k P = R os / R اینچ.

مشخصات فرکانس لگاریتمی کنترل کننده PI در شکل 1 نشان داده شده است. 4.5، ب.

کنترلر دیفرانسیل متناسب (کنترل کننده PD)از اتصال موازی یک تنظیم کننده P و یک تنظیم کننده D دیفرانسیل به دست می آید

W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)

تابع انتقال (4.5) همانطور که در شکل نشان داده شده است با اتصال یک خازن به مقاومت ورودی op-amp بدست می آید. 4.6، آ. سپس با در نظر گرفتن (4.1) داریم

جایی که T 1 = R در C اینچ; k P = R os / R اینچ.

مشخصات فرکانس لگاریتمی کنترل کننده PD در شکل 1 نشان داده شده است. 4.6، ب.

کنترل کننده متناسب-انتگرال-مشتق (کنترل کننده PID).این رگولاتور با اتصال موازی سه رگولاتور - رگولاتور P، رگولاتور I و تنظیم کننده D به دست می آید. تابع انتقال آن فرم دارد

. (4.6)

تابع انتقال (4.6) همیشه می تواند با اتصال موازی یک کنترل کننده PD و یک کنترل کننده I، که به ترتیب دارای توابع انتقال (4.5) و (4.3) هستند، پیاده سازی شود. در این حالت، مدار کنترل کننده PID را می توان با استفاده از سه تقویت کننده عملیاتی پیاده سازی کرد. اولین تقویت کننده عملکرد یک تنظیم کننده PD را پیاده سازی می کند (شکل 4.6، آتقویت کننده دوم عملکرد تنظیم کننده I است (شکل 4.4، آتقویت کننده سوم (شکل 4.3، آ) تابع جمع سیگنال های خروجی تقویت کننده های اول و دوم است.

اگر پارامترها k P, تی آیو تی دیمحدودیت ایجاد کند

سپس تابع انتقال (4.6) را می توان به صورت نوشتاری نوشت

, (4.7)

جایی که k P = (T 1 + T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.

یک کنترل کننده PID با یک تابع انتقال (4.7) یک اتصال متوالی یک کنترل کننده PD و یک کنترل کننده PI است و می تواند بر روی یک تقویت کننده عملیاتی با مقاومت در مدار فیدبک پیاده سازی شود.

Z os (p) = R os + 1/(C os p)

و مقاومت در مدار ورودی

.

در این حالت، کنترل کننده ثابت زمانی است T 1 = R در C اینچ, T 2 =R os C os, T 0 =R در C os.

مدار کنترل کننده PID برای یک تقویت کننده در شکل نشان داده شده است. 4.7، آو مشخصه های فرکانس لگاریتمی آن در شکل. 4.7، ب.

مدارهای در نظر گرفته شده کنترل کننده PD و کنترل کننده PID دارای خازن هایی در مدارهای ورودی تقویت کننده هستند که برای تداخل فرکانس بالا مقاومتی نزدیک به صفر را نشان می دهد. برای افزایش پایداری رگولاتورها، می توانید یک مقاومت اضافی با مقاومت کوچک (حداقل یک مرتبه قدر کمتر از ظرفیت خازن) را به صورت سری به خازن متصل کنید.

رگولاتورها، عملکرد و پیاده سازی فنی آنها با جزئیات بیشتر در /1/ مورد بحث قرار گرفته است.

سوالات خودآزمایی

1. تنظیم کننده های سیستم اتوماسیون چه عملکردی را انجام می دهند؟

2. چه تغییرات معمولی سیگنال کنترل توسط تنظیم کننده های سیستم های اتوماسیون انجام می شود؟

3. اساس ساخت اکثر رگولاتورهای آنالوگ مدرن چیست؟

4. ویژگی های اصلی تقویت کننده های عملیاتی چیست؟

5. مختصات ورودی یک آپ امپ معمولی چیست؟

6. مختصات خروجی یک آپ امپ معمولی چقدر است؟

7. در مدار عملکردی تقویت کننده عملیاتی چه اجزایی وجود دارد؟

8. مدارهای معمولی برای اتصال تقویت کننده های عملیاتی را نام ببرید.

9. معمولاً از چه مدار تقویت کننده عملیاتی معمولی برای پیاده سازی رگلاتورها استفاده می شود؟

10. تابع انتقال تقویت کننده عملیاتی را برای مدار ورودی معکوس ارائه دهید.

11. کدام عنصر دارای یک کنترل کننده تناسبی در مدار فیدبک تقویت کننده عملیاتی است؟

12. کدام عنصر دارای یک کنترل کننده تناسبی در مدار ورودی تقویت کننده عملیاتی است؟

13. تابع انتقال یک کنترل کننده تناسبی را ارائه دهید.

14. فرکانس دامنه و مشخصه های فرکانس فاز یک کنترل کننده تناسبی چیست؟

15- کدام عنصر دارای یک تنظیم کننده انتگرال در مدار فیدبک تقویت کننده عملیاتی است؟

16. کدام عنصر دارای یک تنظیم کننده انتگرال در مدار ورودی تقویت کننده عملیاتی است؟

17. تابع انتقال تنظیم کننده انتگرال را بیان کنید.

18. شیب پاسخ فرکانسی دامنه لگاریتمی یک تنظیم کننده انتگرال چقدر است؟

19. پاسخ فرکانس فاز یک رگولاتور انتگرال چیست؟

20. مدار فیدبک تقویت کننده عملیاتی شامل چه عناصری است؟

21. مدار ورودی تقویت کننده عملیاتی رگولاتور تناسبی-انتگرال کدام عنصر است؟

22. تابع انتقال یک کنترل کننده تناسبی-انتگرال را ارائه دهید.

23. مدار فیدبک تقویت کننده عملیاتی رگولاتور دیفرانسیل تناسبی کدام عنصر است؟

24. تابع انتقال یک کنترلر تناسبی-دیفرانسیل را ارائه دهید.

25. تحت چه محدودیت هایی بر روی پارامترهای یک کنترل کننده تناسبی-انتگرال-مشتق بر روی یک تقویت کننده عملیاتی اجرا می شود؟

26. مدار ورودی یک کنترل کننده انتگرال-نسبی- مشتق بر اساس یک تقویت کننده عملیاتی شامل چه عناصری است؟

27. مدار بازخورد کنترل کننده نسبی - انتگرال - مشتق بر اساس تقویت کننده عملیاتی منفرد شامل چه عناصری است؟

کنترل کننده های شدت

یک واحد اصلی معمولی در سیستم های کنترل درایو الکتریکی و سایر سیستم های اتوماسیون می باشد یکپارچه سازیا کنترل کننده شدت(ZI). وظیفه SI ایجاد یک تغییر صاف در سیگنال اصلی هنگام حرکت از یک سطح به سطح دیگر است، یعنی ایجاد یک افزایش و کاهش خطی سیگنال با نرخ مورد نیاز. در حالت پایدار، ولتاژ در خروجی ژنراتور با شدت برابر با ولتاژ ورودی آن است.

در شکل شکل 4.8 بلوک دیاگرام یک SI یکپارچه را نشان می دهد که از سه تقویت کننده عملیاتی تشکیل شده است. همه تقویت کننده ها بر اساس یک مدار با ورودی معکوس متصل می شوند. آمپلی فایر اول U1،بدون بازخورد، اما با محدودیت ولتاژ خروجی کار می کند U 1،دارای یک مشخصه مستطیل شکل است که بدون در نظر گرفتن وارونگی ولتاژ خروجی در شکل نشان داده شده است. 4.9، آ. تقویت کننده عملیاتی دوم U2به عنوان یک انتگرال با نرخ ادغام ثابت کار می کند

(4.8)

نرخ ادغام را می توان با تغییر تنظیم کرد Rin2. آمپلی فایر سوم U3ولتاژ فیدبک منفی تولید می کند

. (4.9)

هنگامی که یک ولتاژ مرجع به ورودی اعمال می شود U zولتاژ خروجی مطابق با (4.8) خطی افزایش می یابد. در یک لحظه از زمان t=t p،چه زمانی U z = - U os،ادغام متوقف می شود، و ولتاژ خروجی، به شرح زیر از (4.9)، به مقدار می رسد. ، همچنان بدون تغییر باقی می ماند. هنگام حذف ولتاژ تنظیم از ورودی ( U z = 0) فرآیند کاهش خطی ولتاژ خروجی به صفر رخ می دهد (شکل 4.9، ب).

نرخ تغییر ولتاژ خروجی این وسیله حفاظتی، به شرح زیر از (4.8)، می تواند با تغییر مقدار ولتاژ تغییر کند. U 1به عنوان مثال، با انتخاب دیودهای زنر در مدار فیدبک تقویت کننده U1با ولتاژ تثبیت برابر با مقدار مورد نیاز U 1، یا با تغییر ارزش محصول R در 2 C oc2.

در شکل 4.10، آمدار دیگری از یک SI تک یکپارچه نشان داده شده است که بر اساس یک ترانزیستور دوقطبی متصل شده بر اساس مداری با پایه مشترک ساخته شده است. این مدار از خواص ترانزیستور ( تی) به عنوان تقویت کننده جریان. شارژ خازن ( با) همیشه در جریان کلکتور ثابت رخ می دهد من به، توسط جریان امیتر داده شده تعیین می شود من e. در این حالت میزان تغییر ولتاژ در طول زمان تو بیروندر خروجی ZI | duout/dt| = من به/سی. ویژگی های کنترل ZI تو بیرون = = f(t)در شکل نشان داده شده است. 4.10، ب. سرعت تغییر سیگنال خروجی را می توان با تغییر ولتاژ تنظیم کرد یو ای، متناسب با آن جریان تغییر می کند من eو بر این اساس، جریان من به، یا تغییر ظرفیت خازن. در حالت پایدار، خازن همیشه با ولتاژ شارژ می شود تو در. پل یکسو کننده یک جهت ثابت جریان کلکتور ترانزیستور را بدون توجه به علامت ولتاژ تضمین می کند. تو در. ZI به تفصیل در /1، 7/ مورد بحث قرار گرفته است.

سوالات خودآزمایی

1. کنترل کننده های شدت برای چه منظوری در مدارهای اتوماسیون استفاده می شوند؟

2. مختصات ورودی و خروجی مولد شدت چیست؟

3. بهره استاتیکی مولد شدت چقدر است؟

4. ولتاژ خروجی ژنراتورهای شدت تک انتگرال چگونه باید با تغییرات پله ای در ولتاژ ورودی تغییر کند؟

5. کنترل کننده های شدت یکپارچه بر اساس چه تقویت کننده هایی ساخته می شوند؟

6. چند تقویت کننده عملیاتی، متصل شده از طریق ورودی معکوس، برای پیاده سازی یک کنترل کننده شدت یکپارچه سازی یکباره مورد نیاز است؟

7. هدف هر یک از سه تقویت کننده عملیاتی را در یک مدار کنترل کننده شدت یکپارچه معمولی ساخته شده روی ریزمدارها مشخص کنید.

8. چه پارامترهایی بر نرخ تغییر ولتاژ خروجی یک ژنراتور شدت تک انتگرال بر روی سه تقویت کننده عملیاتی تأثیر می گذارد؟

9. تغییر خطی ولتاژ در خازن در مدار کنترل کننده شدت ترانزیستور تک انتگرال چگونه حاصل می شود؟

10. چه پارامترهایی بر نرخ تغییر ولتاژ خروجی کنترل کننده شدت ترانزیستور تک انتگرال تأثیر می گذارد؟

عناصر منطبق

عناصر عملکردی در سیستم های کنترل می توانند از نظر نوع سیگنال، نوع جریان، مقاومت و توان و سایر شاخص ها ناهمگن باشند. بنابراین، هنگام اتصال عناصر، وظیفه هماهنگ کردن ویژگی های آنها مطرح می شود. این مشکل با تطبیق عناصر حل می شود. این گروه از عناصر شامل آشکارسازهای فاز منطبق با نوع جریان، مبدل های دیجیتال به آنالوگ و آنالوگ به دیجیتال متناسب با نوع سیگنال، پیروان امیتر، مقاومت های ورودی و خروجی منطبق، تقویت کننده های قدرت، جداکننده های گالوانیکی و سایر عناصر می باشد. . عملکرد هماهنگی همچنین می تواند توسط عناصری که معمولاً برای اهداف دیگر در نظر گرفته شده اند انجام شود. به عنوان مثال، تقویت‌کننده عملیاتی مورد بحث در بخش 4.1 زمانی که ولتاژ خروجی به ورودی معکوس وصل می‌شود، یک دنبال کننده امیتر نسبت به یک ورودی غیر معکوس است.

برای جداسازی گالوانیکی، به عنوان مثال، می توان از سنسور ولتاژ ترانسفورماتور استفاده کرد. این موارد و عناصر مشابه آشکار یا شناخته شده هستند و مورد توجه قرار نخواهند گرفت.

بیایید عناصر تطبیق استاندارد پیچیده تری را در نظر بگیریم.

آشکارساز فاز(PD) تعدادی نام دیگر را در ادبیات علمی و فنی دریافت کرده است: تقویت کننده حساس به فاز، یکسو کننده حساس به فاز، تشخیص دهنده فاز، دمدولاتور.

هدف از FD تبدیل ولتاژ AC ورودی است U درولتاژ خروجی V DC تو بیرونکه قطبیت و دامنه آن به فاز ولتاژ ورودی بستگی دارد j. بنابراین، PD دارای دو مختصات ورودی است: دامنه ولتاژ ورودی U در مترو فاز ولتاژ ورودی jو یک مختصات خروجی: مقدار متوسط ​​ولتاژ خروجی تو بیرون. دو حالت عملکرد PD وجود دارد: حالت دامنه، زمانی که فاز ولتاژ ورودی ثابت می ماند، یکی از دو مقدار 0 یا 0 را می گیرد. پ, U در متر= var و تو بیرون = f (U بر حسب متر)؛حالت فاز زمانی که U در= ثابت، j= var و تو بیرون = f (j).

در حالت دامنه، PD به عنوان مبدل سیگنال عدم تطابق AC به سیگنال کنترل در درایوهای سرو DC، به عنوان مبدل سیگنال خروجی تاکوژنراتور AC و غیره استفاده می شود. در حالت فاز، PD در سیستم‌های کنترلی استفاده می‌شود که در آن متغیر کنترل‌شده و کنترل‌شده یک فاز کاملاً متغیر است.

آشکارساز فاز، به عنوان یک قاعده، عملکرد تقویت ولتاژ را به خود اختصاص نمی دهد.

بنابراین، به دست آوردن PD نزدیک به وحدت است. در شکل شکل 4.11 مدار معادل محاسبه شده یک PD تمام موج را نشان می دهد. مدار مربوط به یک مدار یکسوسازی صفر است که در آن سوپاپ ها با سوئیچ های عملکردی جایگزین می شوند K1و K2.مقاومت بار Rn،که ولتاژ خروجی به آن اختصاص می یابد، نقاط میانی را به هم متصل می کند آ, 0 کلیدها و منابع کنترل EMF e y.مقاومت داخلی منبع EMF کنترل به هر مدار وارد می شود R y.وضعیت کلیدها توسط EMF مرجع کنترل می شود e opمطابق با الگوریتم: برای e op > 0 K1شامل، یعنی آن

عملکرد سوئیچینگ y k1= 1، a K2غیرفعال است، یعنی عملکرد سوئیچینگ آن y k2 = 0. برای e op< 0 y k1 = 0, آ y k2= 1. این الگوریتم را می توان با فرمول ها نشان داد

y به 1 = (1+ علامت e op) /2; y به 2 = (1- علامت e op) /2 . (4.10)

بدیهی است، با بسته K1خروجی emf e بیرونبین نقاط آ, 0 مساوی با e y،و زمانی که بسته است K2 e out = - e y، به این معنا که

e out = e y y k1 - e y y k2. (4.11)

جایگزینی (4.10) به (4.11) می دهد

e out = e y sign e op . (4.12)

نمودار تغییرات EMF خروجی مربوط به الگوریتم های (4.11) و (4.12) در شکل 4.12 نشان داده شده است.

e op = E op m sinwtو e y = E y m sin(wt - j)

جایی که E op m,E y m- مقادیر دامنه EMF مرجع و EMF کنترل؛ wفرکانس زاویه ای EMF مرجع و EMF کنترل است، سپس مقدار متوسط ​​EMF خروجی تصحیح شده

. (4.13)

زیرا E y m = k p U در m، ولتاژ خروجی متوسط ، سپس با در نظر گرفتن (4.13)

, (4.14)

جایی که k p- ضریب انتقال از ولتاژ ورودی به EMF کنترل. با ویژگی های یک نمودار مدار PD خاص تعیین می شود.

برای j= const = 0 یا j= const = پیک حالت دامنه عملکرد PD وجود دارد که مشخصه کنترل برای آن ساده است:

U خارج = k FD U در,

که در آن، با در نظر گرفتن (4.14)، افزایش PD در حالت دامنه

.

در j= 0 مقادیر ولتاژ خروجی تو بیرونمثبت هستند، و چه زمانی j = پمقادیر ولتاژ خروجی منفی است.

برای U در= const و j= var یک حالت فازی از PD وجود دارد که مشخصه کنترل دارای شکلی است

U out = k " FD cosj = k "FD sinj",

جایی که j" = p/2 - jو ضریب انتقال PD در حالت فاز با در نظر گرفتن (4.14)

;

در کوچک j"مشخصه کنترل

عملکرد PD ها، ویژگی های آنها و نمودارهای مداردر /1/ بحث شده است.

مبدل دیجیتال به آنالوگ(DAC). مبدل قسمت دیجیتالی سیستم کنترل را با آنالوگ تطبیق می دهد. مختصات ورودی DAC یک عدد چند بیتی باینری است A n = a n -1 …a i …a 1 a 0، و مختصات خروجی ولتاژ است تو بیرون، بر اساس ولتاژ مرجع تولید می شود U op(شکل 4.13).

مدارهای DAC بر اساس یک ماتریس مقاومت ساخته می شوند که به کمک آن جریان ها یا ولتاژها جمع می شوند تا ولتاژ خروجی متناسب با عدد ورودی باشد. DAC از سه بخش اصلی تشکیل شده است: یک ماتریس مقاومت، سوئیچ های الکترونیکی که توسط عدد ورودی کنترل می شوند و یک تقویت کننده جمع کننده که ولتاژ خروجی را تولید می کند. در شکل شکل 4.14 یک مدار ساده از یک DAC برگشت ناپذیر را نشان می دهد. هر رقم از عدد باینری ورودی یکمربوط به مقاومت است

R i = R 0 / 2 i, (4.15)

جایی که R0- مقاومت در مرتبه پایین

مقاومت R iبه منبع تغذیه با ولتاژ مرجع متصل می شود U opاز طریق کلید الکترونیکی ک من، که در بسته شده است یک من=1 و باز کردن در یک من= 0. بدیهی است، بسته به مقدار یک منمقاومت مدار ورودی برای من-طبقه بندی با در نظر گرفتن (4.15) توسط عبارت تعیین می شود

R i = R 0 / (2 i a i). (4.16)

سپس برای و من= 0، یعنی مدار خراب است و برای یک منمدار =1 روشن است و مقاومت دارد R 0/2 i.

در نمودار در شکل. 4.14 تقویت کننده عملیاتی Uمجموع جریان های ورودی و ولتاژ خروجی آن با در نظر گرفتن نماد مدار و بیان (4.16)

بیان (4.17) فرم U out = f(A n)- این مشخصه کنترل DAC است. دارای شکل پلکانی با گسستگی ولتاژ مربوط به کمترین واحد است.

ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.

اندازه ΔU 0در عین حال میانگین ضریب انتقال DAC است k DAC.

مبدل آنالوگ به دیجیتال(ADC) مشکل معکوس را حل می کند - یک ولتاژ ورودی پیوسته را به یک عدد تبدیل می کند، به عنوان مثال، باینری. خروجی هر عدد باینری چند بیتی یک آیمربوط به محدوده تغییرات ولتاژ ورودی است:

, (4.18)

جایی که U ei = ΔU 0 i- مقدار مرجع ولتاژ خروجی مربوط به عدد باینری خروجی یک آی; ΔU 0- گسستگی ولتاژ خروجی، مربوط به واحد کمترین رقم مهم عدد خروجی.

در nبیت ADC، تعداد کل سطوح ولتاژ ورودی مرجع غیر صفر که با یکدیگر متفاوت هستند ΔU 0، برابر با حداکثر عدد اعشاری خروجی است N=2 n - 1. از آنجایی که هر سطح یو ای منمطابق (4.18) اطلاعاتی در مورد عدد را حمل می کند، سپس در عملکرد ADC می توانیم عملیات اصلی را تشخیص دهیم: مقایسه ولتاژ ورودی و مرجع، تعیین عدد سطح، تولید عدد خروجی در یک کد داده شده. . متوسط ​​بهره ADC به عنوان متقابل بهره DAC مربوطه تعریف می شود:

k ADC = 1 / ΔU 0.

سپس معادله مشخصه کنترل ADC را می توان به صورت نوشتاری نوشت

مشخصه کنترل ADC یک شکل پله ای دارد.

مدارهای اجرای ADC را می توان به دو نوع اصلی تقسیم کرد: عمل موازی و عمل متوالی.

مزیت اصلی ADC موازی عملکرد بالای آن است. تبدیل ولتاژ ورودی آنالوگ به یک عدد اعشاری چند رقمی تنها در دو سیکل ساعت از عناصر مدار دیجیتال رخ می دهد. عیب اصلی چنین ADCهایی تعداد زیاد مقایسه کننده ها و فلیپ فلاپ های آنالوگ در مدار است که برابر با 2 n - 1، که ADC های موازی چند بیتی را بسیار گران می کند.

هزینه های سخت افزاری به میزان قابل توجهی در ADC سریال مورد نیاز است. در شکل شکل 4.15 یک مدار ADC ردیابی را نشان می دهد که به گروه مدارهای ترتیبی تعلق دارد. این نمودار از نمادهایی که قبلاً ذکر نشده بود استفاده می کند: GTI- مولد پالس ساعت، SR- شمارنده معکوس، به- مقایسه کننده، آر- ثبت خروجی تعیین عناصر منطقی و,یا نهعموما پذیرفته شده.

مقایسه U درو یو ایبر روی یک مقایسه کننده آنالوگ ترکیبی با دو خروجی: "بیشتر از" (>) و "کمتر از" (<). ЕслиU در - U e >ΔU 0/ 2، سپس یک سیگنال واحد در خروجی > و عنصر ظاهر می شود و 1پالس های ساعت را به ورودی جمع (1+) شمارنده بالا/پایین هدایت می کند SR.تعداد خروجی در حال افزایش است SR، و بر این اساس افزایش می یابد اوه، DAC تولید کرد. اگر U در - U e < ΔU 0 /2 ، سپس یک سیگنال واحد در خروجی ظاهر می شود< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент و 2به ورودی تفریق (-1) شمارنده منتقل کنید SRو یو ایکاهش می دهد. وقتی شرایط | U در - U e | = ΔU 0 /2 در هر دو خروجی بهسیگنال ها و عناصر صفر برجسته شده اند و 1و و 2برای پالس های ساعت قفل شده اند. شمارنده شمارش را متوقف می کند و عددی که در خروجی آن بدون تغییر باقی می ماند در خروجی رجیستر ظاهر می شود. آر.اجازه نوشتن یک عدد در یک ثبات توسط یک سیگنال واحد داده می شود یا-نه، در دو خروجی گنجانده شده است به.در نظر گرفتن این طرح در رابطه با U درو اوه،می توان ثابت کرد که ADC یک سیستم کنترلی است که در امتداد مختصات خروجی با یک کنترل کننده بسته شده است بهعمل رله سیستم تغییر ولتاژ ورودی را با دقت حالت ثابت ± نظارت می کند. U 0/2و عددی مربوط به خروجی دیجیتال را خروجی می دهد U دریک ADC ردیابی می تواند به سرعت تنها یک تغییر نسبتاً آهسته در ولتاژ ورودی را تبدیل کند.

نقطه ضعف اصلی ADC در نظر گرفته شده عملکرد ضعیف آن است. در نامطلوب ترین حالت، زمانی که حداکثر ولتاژ در ورودی به طور ناگهانی تنظیم می شود، برای تولید مقدار خروجی مربوطه در یک کد دیجیتال لازم است. 2 n - 1می زند برخی از مدارهای DAC و ADC و عملکرد آنها در /1/ بحث شده است.

سوالات خودآزمایی

1. چرا از عناصر منطبق در سیستم های اتوماسیون استفاده می شود؟

2. چه تبدیلی توسط آشکارساز فاز انجام می شود؟

3. آشکارساز فاز در چه حالت هایی می تواند کار کند؟

4. مختصات ورودی آشکارساز فاز چیست؟

5. مختصات خروجی آشکارساز فاز چیست؟

6. حالت عملکرد دامنه یک آشکارساز فاز چیست؟

7. حالت فاز کار یک آشکارساز فاز چگونه است؟

8. آشکارسازهای فاز در سیستم های اتوماسیون برای چه مواردی قابل استفاده هستند؟

9. فرمول ویژگی های کنترل یک آشکارساز فاز که در حالت دامنه کار می کند را ارائه دهید.

10. چه تبدیلی توسط مبدل دیجیتال به آنالوگ انجام می شود؟

11. مختصات ورودی و خروجی مبدل دیجیتال به آنالوگ چیست؟

12. مدار مبدل دیجیتال به آنالوگ از چه قطعاتی تشکیل شده است؟

13. فرمول هایی برای محاسبه ویژگی های کنترل مبدل دیجیتال به آنالوگ و میانگین ضریب انتقال آن ارائه دهید.

14. یک مبدل دیجیتال به آنالوگ چه نوع مشخصه کنترلی دارد؟

15. چه تبدیلی توسط مبدل آنالوگ به دیجیتال انجام می شود؟

16. مختصات ورودی و خروجی مبدل آنالوگ به دیجیتال چیست؟

17- فرمول هایی برای محاسبه مشخصات کنترل مبدل آنالوگ به دیجیتال و میانگین ضریب انتقال آن ارائه دهید.

18. چه نوع مبدل های آنالوگ به دیجیتال وجود دارد؟

19. مزایا و معایب اصلی مبدل های موازی آنالوگ به دیجیتال چیست؟

20. مزایا و معایب اصلی مبدل های آنالوگ به دیجیتال سریال چیست؟

21. چرا در مدار ردیابی مبدل آنالوگ به دیجیتال از مبدل دیجیتال به آنالوگ استفاده می شود؟

22. حداکثر خطای تبدیل مطلق حالت پایدار مبدل ردیابی آنالوگ به دیجیتال چقدر است؟

حسگرها

سوالات خودآزمایی

1. مختصات ورودی و خروجی سنسور زاویه چرخش چیست؟

2. مختصات ورودی و خروجی سنسور زاویه ناهماهنگی چیست؟

3. در چه سیستم هایی می توان از سنسور زاویه و سنسور خطا استفاده کرد؟

4. سینکرو کنتاکت سه فاز چند سیم پیچ دارد و کجا دارد؟

5. مختصات ورودی و خروجی selsyn چیست؟

6. selsyn در چه حالت هایی می تواند کار کند؟

7. حالت دامنه عملکرد یک سنکرونایزر چیست؟

8. حالت فاز عملکرد سلسین چیست؟

9. یک فرمول برای محاسبه ویژگی های کنترلی یک سنکرونایزر در حالت عملکرد دامنه ارائه دهید.

10. یک فرمول برای محاسبه مشخصات کنترلی یک سنکرونایزر در حالت فاز عملکرد ارائه دهید.

11. چه عواملی خطاهای استاتیکی یک سنکرونایزر را تعیین می کند که ویژگی های کنترل آن را مخدوش می کند؟

12. خطای سرعت سنسور زاویه چرخشی بر اساس selsyn چیست؟

13. اگر مقدار دامنه EMF روتور گیرنده selsyn و فاز این EMF به عنوان مختصات خروجی آن استفاده شود، سنسور selsyn و گیرنده selsyn در مدار سنسور زاویه عدم تطابق در چه حالتی عمل می کنند؟

14. یک فرمول برای محاسبه ویژگی های کنترل یک سنسور عدم تطابق بر اساس دو سنکرونایزر که در حالت ترانسفورماتور کار می کنند ارائه دهید.

15. معایب اصلی سنسورهای زاویه چرخشی مبتنی بر selsyn چیست؟

16. برای چه منظوری از چرخ دنده های اندازه گیری کاهش در ورودی سنسورهای زاویه چرخش استفاده می شود؟

17. برای چه منظوری از چرخ دنده های اندازه گیری افزایش دهنده در ورودی سنسورهای زاویه چرخش استفاده می شود؟

18. خطای اندازه گیری زاویه هنگام استفاده از چرخ دنده های اندازه گیری کاهش چگونه تغییر می کند؟

19. چه زمانی استفاده از سنسورهای زاویه گسسته مناسب است؟

20. عناصر اصلی موجود در طراحی سنسور زاویه چرخش دیجیتال بر اساس دیسک کد کدامند؟

21. چرا مشخصه کنترل سنسور زاویه چرخش دیجیتال مبتنی بر دیسک کد دارای کاراکتر گام به گام است؟

22. فرمولی برای محاسبه فاصله گسسته سنسور زاویه چرخش دیجیتال بر اساس دیسک کد ارائه دهید.

23. فرمولی برای محاسبه خطای مطلق سنسور زاویه چرخش دیجیتال بر اساس دیسک کد ارائه دهید.

24. با چه معیارهای طراحی می توان ظرفیت بیت سنسور زاویه چرخش دیجیتال بر اساس دیسک کد را افزایش داد؟

سنسورهای سرعت زاویه ای

تاکوژنراتور DCیک ماشین الکتریکی جریان مستقیم با تحریک مستقل یا آهنرباهای دائمی است (شکل 5.6). مختصات ورودی TG - سرعت زاویه ای w، ولتاژ خروجی تو بیرون، به مقاومت بار اختصاص داده شده است.

E tg = kФw = I (R tg + R n)،

ضریب انتقال TG، V/rad; k = pN/ (2p a)- ثابت سازنده؛ اف- شار تحریک مغناطیسی؛ R tg- مقاومت سیم پیچ آرمیچر و تماس برس.

ضریب انتقال TG، به طور دقیق، زمانی که سرعت تغییر می کند به دلیل غیرخطی بودن مقاومت تماس برس و واکنش آرمیچر ثابت نمی ماند. بنابراین، یک غیرخطی مشخص در مشخصه کنترل در مناطق سرعت کم و بالا مشاهده می شود (شکل 5.6، ب). غیرخطی بودن در ناحیه کم سرعت با استفاده از برس های متالیزه با افت ولتاژ کم کاهش می یابد. غیرخطی بودن مشخصه ناشی از واکنش آرمیچر با محدود کردن سرعت از بالا و افزایش مقاومت بار کاهش می یابد. هنگام انجام این فعالیت ها، ویژگی های کنترل TG را می توان تقریباً ساده در نظر گرفت.

10. کنترل فرکانس موتورهای آسنکرون.

قوانین تنظیم فرکانس

مشخصات مکانیکی استاتیک AD تحت کنترل فرکانس

12. ژنراتور – سیستم موتور (موتور).

13. مبدل تریستور سیستم - موتور (tp - d).

14. درایو الکتریکی AC قابل تنظیم با درایو سوپاپ (vd).

15. منابع انرژی.

ذخایر اثبات شده منابع انرژی اولیه (همتا) در جهان

16. تاسیسات تولید گرما و برق.

17. تاسیسات دیگ بخار.

18. تاسیسات دیگ آب گرم.

19. شبکه های حرارتی و مبدل های حرارتی.

20. مصرف گرما.

21. یخچال، پمپ حرارتی.

22. ماشین های تزریق.

1. فن های سانتریفیوژ.

3. کمپرسورهای گریز از مرکز.

23. تامین و تصفیه آب.

4) روش های حرارتی و بیولوژیکی تصفیه فاضلاب.

25 اصول اساسی صرفه جویی در انرژی در نیروگاه ها (افزایش راندمان سیستم های گرمایشی، خطوط برق، موتورهای الکتریکی، روشنایی، تاسیسات فناورانه). C-we حسابداری منابع انرژی Rp و tr-ry

26. هدف، طبقه بندی محرک ها و سیستم های کنترل، نمودار عملکردی تعمیم یافته سیستم.

1. بر اساس نوع بدنه کار محرک:

2. با توجه به درجه اتوماسیون توابع کنترل:

3. با حالت های عملیاتی:

5. بر اساس نوع مبدل انرژی قدرت:

6. با توجه به مکان در ساختار ASTP:

27. رویکرد کلی در طراحی چمدان. مراحل اصلی تحقیق و طراحی کت و شلوار.

28. تنظیم کننده های سویم.

1. تنظیم کننده های آنالوگ کلاس "ورودی-خروجی" بر اساس تقویت کننده های عملیاتی

4. توابع انتقال گسسته و معادلات تفاوت

36 مدل سازی ریاضی سیستم های قدرت و مسائل بهینه سازی.

37. تعیین معیار تشابه

42 حفاظت ریزپردازنده و دستگاه های اتوماسیون.

3.4.7 معماری شبکه BMRZ

43 میکروکنترلر.

44 کنترل کننده های قابل برنامه ریزی

48. سیستم های تحریک و کنترل خودکار.

49. سرکوب میدان مغناطیسی

پارامترهای سیستم الکتریکی دنباله های منفی و صفر

51. ابزارها و روش های محدود کردن جریان های اتصال کوتاه در سیستم های تغذیه صنعتی.

1. بهینه سازی ساختار و پارامترهای شبکه (راه حل های مدار).

2. تقسیم شبکه ثابت یا خودکار.

3. دستگاه های محدود کننده جریان

4. بهینه سازی حالت زمینی نول ها در شبکه های الکتریکی.

55. بارهای الکتریکی. شاخص های نمودار بار الکتریکی. روش های محاسبه

طبقه بندی نمودارهای بار الکتریکی

شاخص های نمودار بار الکتریکی

فاکتور تقاضا () به برنامه های گروهی اشاره دارد.

بار ضریب پر شدن نمودار ().

ضریب یکنواختی منحنی بار ().

تعیین بار طراحی بر اساس ظرفیت نصب شده و ضریب تقاضا. بار طراحی برای گروهی از گیرنده های همگن در حالت عملکرد از عبارات زیر تعیین می شود:

57. انتخاب ترانسفورماتورهای قدرت و محل پست های ترانسفورماتور تامین و کارگاهی

انتخاب ترانسفورماتورهای قدرت

بارگذاری نمودار

تعیین مرکز بارهای الکتریکی (سن)

58. جبران توان راکتیو (انواع و روش های جبران، انتخاب توان و محل نصب دستگاه های جبران کننده).

59 حفاظت از عناصر سیستم منبع تغذیه در شبکه های تا 1000 ولت با فیوز و قطع کننده مدار.

62. کیفیت انرژی الکتریکی.

63 اندازه گیری ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ در حفاظت رله و سیستم های اتوماسیون اضطراری.

66. حفاظت از راه دور.

75. طراحی قسمت مکانیکی خطوط هوایی برق.

76.انتخاب وسایل برقی.

77. تنظیم ولتاژ در شبکه های برق.

78. سیستم انرژی یکپارچه (UES) فدراسیون روسیه

2. ایستگاه های برق

3. شبکه های برق و حرارت

4. مصرف کنندگان برق

79 نیروگاه حرارتی و هسته ای.

1. طبقه بندی انواع نیروگاه ها بر اساس تعدادی ویژگی اساسی.

2. مدارهای حرارتی (مفاهیم مدارهای شماتیک و کامل).

3. نمودار فناورانه نیروگاه حرارتی

نمودارهای طرح بندی TPP

4. تجهیزات اصلی و کمکی نیروگاه های حرارتی

توربین ها و ژنراتورها

نیروگاه های هسته ای

80 نیروگاه برق آبی

28. تنظیم کننده های سویم.

1. تنظیم کننده های آنالوگ کلاس "ورودی-خروجی" بر اساس تقویت کننده های عملیاتی

صرف نظر از هدف تکنولوژیکی تنظیم کننده ها، همه آنها به 2 کلاس بزرگ تقسیم می شوند:

کنترل کننده های پارامتری کلاس "ورودی/خروجی" (کنترل کننده های P-، PI-، PID-، و غیره)؛

تنظیم کننده های حالت ACS (ناپریودیک، مودال و غیره).

اولین کلاس تنظیم کننده در نمودارهای عملکردی سیستم کنترل ES به عنوان یک تابع انتقال تعیین می شود.

1. کنترل کننده متناسب (P-کنترل کننده).

نمودار شماتیک رگولاتور در شکل نشان داده شده است. 4.19.

فرض می کنیم که در ورودی کنترلر یک سیگنال خطای کنترل وجود دارد ایکسدر، و ایکسدر = ایکس h - ایکسسیستم عامل علاوه بر این، به جای دو مقاومت آر Z و آریک سیستم عامل استفاده می شود - آرورودی

Uبیرون ( تی)=به reg ایکسکه در( تی).

2. تنظیم کننده انتگرال (I-regulator).

نمودار شماتیک رگولاتور در شکل نشان داده شده است. 4.22.

برنج. 4.22. نمودار شماتیک یک تنظیم کننده یکپارچه

عملکرد انتقال کنترلر

جایی که تی تیو = آر VX با 0 .

مشخصات زمان بندی رگولاتور:

Uبیرون ( تی)=Uخارج (0)+ 1/ ( آر VX با 0)ایکسکه در( تی)تی.

پ فرآیند گذرا در کنترل کننده در شرایط اولیه صفر ( Uخروجی (0)=0) شکل نشان داده شده در شکل را خواهد داشت. 4.23.

نمودار عملکردی رگولاتور یکپارچه در شکل نشان داده شده است. 4.24.

3. تنظیم کننده دیفرانسیل (D-regulator).

نمودار شماتیک رگولاتور در شکل نشان داده شده است. 4.25.

عملکرد انتقال کنترلر

جایی که تی D ثابت زمانی انتگرالگر است، تی D = آر 0 با VH.

مشخصات زمان بندی رگولاتور:

Uبیرون ( تی)=تیدی  (تی),

جایی که  (تی) تابع دلتای دیراک است.

فرآیند گذرا در تنظیم کننده شکل نشان داده شده در شکل 1 را خواهد داشت. 4.26.

با لازم به ذکر است که پهنای باند فرکانس محدود خود تقویت کننده های عملیاتی اجازه نمی دهد که تمایز خالص (ایده آل) تحقق یابد. علاوه بر این، به دلیل ایمنی کم نویز رگولاتورهای دیفرانسیل، تمرین استفاده از پیوندهای متمایز واقعی توسعه یافته است و نمودارهای مداری این رگولاتورها تا حدودی با آنچه در شکل نشان داده شده است متفاوت است. 4.25.

نمودار عملکردی تنظیم کننده دیفرانسیل در شکل نشان داده شده است. 4.27.

4. کنترل کننده متناسب-انتگرال (کنترل کننده PI).

نمودار شماتیک رگولاتور در شکل نشان داده شده است. 4.28.

عملکرد انتقال کنترلر

جایی که ک REG - ضریب انتقال تنظیم کننده، ک REG = آر 0 /آر VX;

تیو آیا ثابت زمانی یکپارچه کننده است، تیو = آر VX با 0 .

مشخصات زمان بندی رگولاتور:

Uبیرون ( تی)=Uبیرون (0) + ( ک REG + تی/ ( آر VX با 0))ایکسکه در( تی).

فرآیند گذرا در کنترل کننده در شرایط اولیه صفر شکل نشان داده شده در شکل 1 را خواهد داشت. 4.29.

تابع انتقال یک کنترل کننده انتگرال-نسبی اغلب نه به صورت مجموع دو جمله، بلکه به عنوان یک پیوند ایزودرومیک ارائه می شود.

, (4.53)

جایی که تی IZ ثابت زمانی پیوند ایزودرومیک است، تیاز = آر 0 سی 0 ,

تیو آیا ثابت زمانی یکپارچه سازی کنترلر است، تیو = آر VX سی 0 .

کنترل کننده PI موجود در ساختار ACS جبرانی برای یک ثابت زمانی بزرگ شیء کنترلی را فراهم می کند (به بخش 8.1 مراجعه کنید).

کنترلر دیفرانسیل متناسب (کنترل کننده PD)نمودار شماتیک رگولاتور در شکل نشان داده شده است. 4.31.

جایی که ک ک REG = آر 0 /آر VX;

تی D ثابت زمانی انتگرالگر است، تی D = آر 0 با VH.

مشخصات زمان بندی رگولاتور:

Uبیرون ( تی)= ک REG ایکسکه در( تی) +تیدی  (تی),

جایی که  (تی) تابع دلتای دیراک است.

پ فرآیند گذرا در کنترل کننده PD شکل نشان داده شده در شکل 1 را خواهد داشت. 4.32، نمودار عملکردی تنظیم کننده در شکل نشان داده شده است. 4.33.

برنج. 4.32. فرآیند گذرا در کنترلر PD

6. کنترل کننده مشتق متناسب-انتگرال (PID)

تنظیم کننده)

نمودار شماتیک رگولاتور در شکل نشان داده شده است. 4.34.

عملکرد انتقال کنترلر

جایی که ک REG - ضریب انتقال تنظیم کننده، ک REG = آر 0 /آر VX + سی VX / با 0 ;

تیو آیا ثابت زمانی ادغام است، تیو = آر VX با 0 ;

تید - ثابت زمانی تمایز، تی D = آر 0 با VH.

مشخصات زمان بندی رگولاتور:

Uبیرون ( تی)=Uبیرون (0) + ک REG ایکسکه در( تی) + (1/تیو پ) ایکسکه در( تی) + تیدی  (تی),

جایی که  (تی) تابع دلتای دیراک است.

فرآیند گذرا در تنظیم کننده شکل نشان داده شده در شکل 1 را خواهد داشت. 4.35، نمودار عملکردی در شکل نشان داده شده است. 4.36.

بر اساس قیاس با یک کنترل کننده PI، MM یک کنترل کننده PID اغلب به عنوان یک پیوند isodromic مرتبه دوم نشان داده می شود.

, (4.56)

جایی که تی IZ، 1 ، تی IZ،2 - ثابت های زمانی پیوند ایزودرومیک؛ تی IZ،1 = آر 0 با 0 ,تی IZ،2 = =آرورودی باورودی

کنترل کننده PID جبران دو ثابت زمانی بزرگ شی کنترل را فراهم می کند و از شدت فرآیندهای پویا در ACS اطمینان می دهد.

در این مقاله یک تقویت کننده عملیاتی استاندارد مورد بحث قرار می گیرد و همچنین نمونه هایی از حالت های مختلف عملکرد این دستگاه ارائه می شود. امروزه هیچ دستگاه کنترلی نمی تواند بدون تقویت کننده کار کند. اینها واقعاً دستگاه های جهانی هستند که به شما امکان می دهند عملکردهای مختلفی را با یک سیگنال انجام دهید. در مورد نحوه کار این دستگاه و اینکه این دستگاه دقیقاً چه کاری را به شما اجازه می دهد بیشتر بدانید.

تقویت کننده های معکوس

مدار تقویت کننده معکوس کننده op-amp بسیار ساده است، می توانید آن را در تصویر مشاهده کنید. این بر اساس یک تقویت کننده عملیاتی است (مدارهای اتصال آن در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است). علاوه بر این، در اینجا:

1. یک افت ولتاژ در مقاومت R1 وجود دارد؛ مقدار آن با مقاومت ورودی یکسان است.
2. همچنین R2 روی مقاومت وجود دارد - همان مقاومت خروجی است.

در این حالت، نسبت ولتاژ خروجی به مقاومت R2 برابر با نسبت ولتاژ ورودی به R1 است، اما در علامت عکس است. با دانستن مقادیر مقاومت و ولتاژ، می توانید بهره را محاسبه کنید. برای این کار باید ولتاژ خروجی را بر ولتاژ ورودی تقسیم کنید. در این مورد، تقویت کننده عملیاتی (مدارهای اتصال آن می تواند هر کدام باشد) بدون در نظر گرفتن نوع می تواند همان بهره را داشته باشد.

عملیات بازخورد

اکنون باید نگاهی دقیق‌تر به یک نکته کلیدی بیندازیم - بازخورد چگونه کار می‌کند. فرض کنید مقداری ولتاژ در ورودی وجود دارد. برای سادگی محاسبات، مقدار آن را برابر با 1 V در نظر می گیریم. همچنین فرض می کنیم که R1=10 کیلو اهم، R2=100 کیلو اهم.

اکنون فرض می کنیم که شرایط پیش بینی نشده ای ایجاد شده است که به دلیل آن ولتاژ در خروجی آبشار روی 0 ولت تنظیم شده است. در مرحله بعد، تصویر جالبی مشاهده می شود - دو مقاومت به صورت جفت شروع به کار می کنند و با هم یک تقسیم کننده ولتاژ ایجاد می کنند. در خروجی مرحله معکوس، در سطح 0.91 V حفظ می شود. در این حالت، op-amp اجازه می دهد تا عدم تطابق بین ورودی ها ثبت شود و ولتاژ در خروجی کاهش می یابد. بنابراین، طراحی یک مدار تقویت کننده عملیاتی که عملکرد تقویت کننده سیگنال را از یک سنسور، برای مثال، اجرا می کند، بسیار ساده است.

و این تغییر تا زمانی که خروجی به مقدار پایدار 10 ولت برسد ادامه خواهد داشت. در این لحظه است که پتانسیل ها در ورودی های تقویت کننده عملیاتی برابر می شود. و همان پتانسیل زمین خواهند بود. از طرف دیگر، اگر ولتاژ خروجی دستگاه همچنان کاهش یابد و کمتر از 10- ولت باشد، پتانسیل در ورودی کمتر از زمین می شود. نتیجه این است که ولتاژ در خروجی شروع به افزایش می کند.

این مدار یک اشکال بزرگ دارد - امپدانس ورودی بسیار کوچک است، به خصوص برای تقویت کننده های با بهره ولتاژ بالا، اگر مدار بازخورد بسته باشد. و طرحی که بیشتر مورد بحث قرار گرفت عاری از همه این کاستی ها است.

تقویت کننده غیر معکوس

شکل مدار یک تقویت کننده عملیاتی غیر معکوس را نشان می دهد. پس از تجزیه و تحلیل آن، می توان چندین نتیجه گرفت:

1. مقدار ولتاژ UA برابر با ولتاژ ورودی است.
2. ولتاژ UA از تقسیم کننده حذف می شود که برابر است با نسبت حاصلضرب ولتاژ خروجی و R1 به مجموع مقاومت های R1 و R2.
3. در موردی که مقدار UA برابر با ولتاژ ورودی است، بهره برابر با نسبت ولتاژ خروجی به ورودی است (یا می توانید یک را به نسبت مقاومت های R2 و R1 اضافه کنید).

این طرح تقویت کننده غیر معکوس نامیده می شود، دارای امپدانس ورودی تقریبا بی نهایت است. به عنوان مثال، برای تقویت کننده های عملیاتی سری 411، مقدار آن 1012 اهم، حداقل است. و برای تقویت کننده های عملیاتی مبتنی بر ترانزیستورهای نیمه هادی دوقطبی، به عنوان یک قاعده، بیش از 108 اهم. اما امپدانس خروجی آبشار، و همچنین در مدار مورد بحث قبلی، بسیار کوچک است - کسری از اهم. و این باید هنگام محاسبه مدارها با استفاده از تقویت کننده های عملیاتی در نظر گرفته شود.

مدار تقویت کننده AC

هر دو مداری که قبلاً در مقاله مورد بحث قرار گرفت، روی کار می‌کنند اما اگر اتصال بین منبع سیگنال ورودی و تقویت‌کننده جریان متناوب باشد، باید برای جریان در ورودی دستگاه، زمین را فراهم کنید. علاوه بر این، باید به این واقعیت توجه کنید که مقدار فعلی از نظر اندازه بسیار کوچک است.

در مواردی که سیگنال های AC تقویت می شوند، لازم است بهره سیگنال DC را به واحد کاهش دهیم. این به ویژه برای مواردی که افزایش ولتاژ بسیار زیاد است صادق است. به لطف این، می توان تأثیر ولتاژ برشی را که به ورودی دستگاه هدایت می شود، به میزان قابل توجهی کاهش داد.

مثال دوم مداری برای کار با ولتاژ متناوب

در این مدار در سطح -3 دسی بل می توانید مطابقت با فرکانس 17 هرتز را مشاهده کنید. روی آن، امپدانس خازن در سطح دو کیلو اهم است. بنابراین، خازن باید به اندازه کافی بزرگ باشد.

برای ساخت آمپلی فایر AC، باید از یک نوع مدار آپ امپ غیر معکوس استفاده کنید. و باید بهره ولتاژ نسبتا زیادی داشته باشد. اما ممکن است خازن خیلی بزرگ باشد، بنابراین بهتر است از آن استفاده نکنید. درست است، شما باید تنش برشی مناسب را انتخاب کنید و مقدار آن را برابر با صفر کنید. یا می توانید از یک تقسیم کننده T شکل استفاده کنید و مقادیر مقاومت هر دو مقاومت را در مدار افزایش دهید.

استفاده از کدام طرح ارجح است؟

اکثر طراحان تقویت کننده های غیر معکوس را ترجیح می دهند زیرا امپدانس ورودی بسیار بالایی دارند. و از مدارهای نوع معکوس غفلت می کنند. اما دومی دارای یک مزیت بزرگ است - برای خود تقویت کننده عملیاتی که "قلب" آن است، خواستار نیست.

علاوه بر این، ویژگی های آن، در واقع، بسیار بهتر است. و با کمک زمین خیالی می توانید به راحتی همه سیگنال ها را با هم ترکیب کنید و هیچ تاثیری روی یکدیگر نخواهند داشت. مدار تقویت کننده DC مبتنی بر تقویت کننده عملیاتی نیز می تواند در طراحی ها استفاده شود. همه چیز به نیازها بستگی دارد.

و آخرین مورد این است که کل مدار مورد بحث در اینجا به خروجی پایدار یک آپمپ دیگر متصل شود. در این مورد، مقدار امپدانس ورودی نقش مهمی ایفا نمی کند - حداقل 1 کیلو اهم، حداقل 10، حداقل بی نهایت. در این حالت، اولین آبشار همیشه عملکرد خود را در رابطه با آبشار بعدی انجام می دهد.

مدار تکرار کننده

یک تکرار کننده مبتنی بر تقویت کننده عملیاتی مشابه امیتر ساخته شده بر روی یک ترانزیستور دوقطبی عمل می کند. و عملکردهای مشابهی را انجام می دهد. در اصل، این یک تقویت کننده غیر معکوس است که در آن مقاومت مقاومت اول بی نهایت بزرگ است و مقاومت مقاومت دوم صفر است. در این صورت سود برابر با وحدت است.

انواع خاصی از تقویت کننده های عملیاتی وجود دارد که در فناوری فقط برای مدارهای تکرار کننده استفاده می شود. آنها ویژگی های بسیار بهتری دارند - به عنوان یک قاعده، عملکرد بالا. به عنوان مثال می توان به تقویت کننده های عملیاتی مانند OPA633، LM310، TL068 اشاره کرد. دومی دارای بدنه ای مانند ترانزیستور و همچنین سه پایانه است. اغلب چنین تقویت کننده هایی به سادگی بافر نامیده می شوند. واقعیت این است که آنها دارای خواص عایق هستند (امپدانس ورودی بسیار بالا و خروجی بسیار کم). تقریباً از همین اصل برای ساخت یک مدار تقویت کننده جریان بر اساس تقویت کننده عملیاتی استفاده می شود.

حالت فعال

در اصل، این یک حالت عملیاتی است که در آن خروجی ها و ورودی های تقویت کننده عملیاتی بیش از حد بارگذاری نمی شوند. اگر سیگنال بسیار بزرگی به ورودی مدار اعمال شود، در خروجی به سادگی با توجه به سطح ولتاژ کلکتور یا امیتر شروع به قطع می کند. اما هنگامی که ولتاژ خروجی در سطح قطع ثابت است، ولتاژ در ورودی های op-amp تغییر نمی کند. در این مورد، محدوده نمی تواند بیشتر از ولتاژ تغذیه باشد

بیشتر مدارهای آپ امپ به گونه ای طراحی می شوند که این نوسان 2 ولت کمتر از ولتاژ تغذیه باشد اما همه اینها به مدار تقویت کننده آپ امپ خاص مورد استفاده بستگی دارد. همان محدودیت در پایداری مبتنی بر تقویت کننده عملیاتی وجود دارد.

فرض کنید افت ولتاژ خاصی در منبعی با بار شناور وجود دارد. اگر جریان در جهت عادی حرکت کند، ممکن است با باری مواجه شوید که در نگاه اول عجیب به نظر می رسد. به عنوان مثال، چندین باتری با پلاریزه معکوس. از این طرح می توان برای به دست آوردن جریان شارژ مستقیم استفاده کرد.

برخی اقدامات احتیاطی

یک تقویت کننده ولتاژ ساده مبتنی بر تقویت کننده عملیاتی (هر مداری را می توان انتخاب کرد) می تواند به معنای واقعی کلمه "روی زانو" ساخته شود. اما باید برخی از ویژگی ها را در نظر بگیرید. ضروری است که مطمئن شوید که بازخورد در مدار منفی است. این همچنین نشان می دهد که اشتباه گرفتن ورودی های غیر معکوس و معکوس آمپلی فایر غیر قابل قبول است. علاوه بر این، یک حلقه بازخورد برای جریان مستقیم باید وجود داشته باشد. در غیر این صورت، op-amp به سرعت به حالت اشباع می رود.

اکثر آپ امپ ها دارای ولتاژ دیفرانسیل ورودی بسیار کمی هستند. در این حالت، حداکثر اختلاف بین ورودی های غیر معکوس و معکوس می تواند برای هر اتصال منبع تغذیه به 5 ولت محدود شود. اگر این شرایط نادیده گرفته شود، مقادیر نسبتاً زیادی جریان در ورودی ظاهر می شود که منجر به خراب شدن تمام مشخصات مدار می شود.

بدترین چیز در این مورد، تخریب فیزیکی خود تقویت کننده عملیاتی است. در نتیجه، مدار تقویت کننده عملیاتی به طور کامل از کار می افتد.

باید در نظر گرفته شود

و البته، ما باید در مورد قوانینی صحبت کنیم که باید برای اطمینان از عملکرد پایدار و طولانی مدت تقویت کننده عملیاتی رعایت شود.

مهمترین چیز این است که آپ امپ دارای بهره ولتاژ بسیار بالایی است. و اگر ولتاژ بین ورودی ها کسری از میلی ولت تغییر کند، مقدار آن در خروجی می تواند به طور قابل توجهی تغییر کند. بنابراین، مهم است که بدانید: خروجی یک تقویت کننده عملیاتی سعی می کند اطمینان حاصل کند که اختلاف ولتاژ بین ورودی ها نزدیک (در حالت ایده آل برابر) به صفر است.

قانون دوم این است که مصرف فعلی تقویت کننده عملیاتی بسیار کم و به معنای واقعی کلمه نانو آمپر است. اگر ترانزیستورهای اثر میدانی در ورودی ها نصب شده باشند، آنگاه بر حسب پیکوآمپر محاسبه می شود. از این می توان نتیجه گرفت که ورودی ها جریان مصرف نمی کنند، صرف نظر از اینکه از کدام تقویت کننده عملیاتی استفاده می شود، مدار - اصل کار یکسان می ماند.

اما نباید فکر کنید که op-amp واقعاً دائماً ولتاژ ورودی ها را تغییر می دهد. از نظر فیزیکی، انجام این امر تقریباً غیرممکن است، زیرا هیچ مطابقت با قانون دوم وجود نخواهد داشت. به لطف تقویت کننده عملیاتی، وضعیت همه ورودی ها ارزیابی می شود. با استفاده از یک مدار بازخورد خارجی، ولتاژ از خروجی به ورودی منتقل می شود. نتیجه این است که اختلاف ولتاژ بین ورودی های تقویت کننده عملیاتی صفر است.

مفهوم بازخورد

این یک مفهوم رایج است و در حال حاضر به معنای گسترده در تمام زمینه های فناوری استفاده می شود. هر سیستم کنترلی دارای بازخوردی است که سیگنال خروجی و مقدار تنظیم شده (مرجع) را با هم مقایسه می کند. بسته به مقدار فعلی، تنظیم در جهت مورد نظر رخ می دهد. علاوه بر این، سیستم کنترل می تواند هر چیزی باشد، حتی یک ماشین در حال رانندگی در جاده.

راننده ترمز را فشار می دهد و بازخورد در اینجا آغاز کاهش سرعت است. با ترسیم قیاس با چنین مثال ساده ای می توانید بازخورد را در مدارهای الکترونیکی بهتر درک کنید. و بازخورد منفی این است که وقتی پدال ترمز را فشار می دهید، ماشین شتاب می گیرد.

در الکترونیک، بازخورد فرآیندی است که طی آن یک سیگنال از خروجی به ورودی منتقل می شود. در این حالت، سیگنال ورودی نیز سرکوب می شود. از یک طرف، این ایده چندان منطقی نیست، زیرا ممکن است از بیرون به نظر برسد که سود به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. به هر حال، بنیانگذاران توسعه بازخورد در الکترونیک چنین بازخوردی را دریافت کردند. اما ارزش درک دقیق تر تأثیر آن بر تقویت کننده های عملیاتی را دارد - مدارهای عملی را در نظر بگیرید. و مشخص خواهد شد که در واقع بهره را کمی کاهش می دهد، اما به شما امکان می دهد تا پارامترهای دیگر را کمی بهبود بخشید:

1. ویژگی های فرکانس را صاف کنید (آنها را به سطح مورد نیاز می رساند).
2. به شما امکان می دهد رفتار تقویت کننده را پیش بینی کنید.
3. قادر به حذف غیرخطی و اعوجاج سیگنال است.

هرچه بازخورد عمیق‌تر باشد (ما در مورد منفی صحبت می‌کنیم)، ویژگی‌های حلقه باز تأثیر کمتری بر تقویت‌کننده دارند. نتیجه این است که تمام پارامترهای آن فقط به ویژگی های مدار بستگی دارد.

شایان ذکر است که تمام تقویت کننده های عملیاتی در یک حالت با بازخورد بسیار عمیق کار می کنند. و بهره ولتاژ (با حلقه باز آن) حتی می تواند به چندین میلیون برسد. بنابراین، مدار تقویت کننده تقویت کننده عملیاتی از نظر انطباق با تمام پارامترهای مربوط به منبع تغذیه و سطح سیگنال ورودی بسیار خواستار است.

کنترل کننده عدم تطابق را محاسبه می کند و آن را مطابق با یک عملیات ریاضی خاص به یک عمل کنترلی تبدیل می کند. VSAU عمدتا از انواع زیر از کنترل کننده ها استفاده می کند: تناسبی (P)، انتگرال (I)، تناسبی-انتگرال (PI)، متناسب-انتگرال- مشتق (PID). بسته به نوع سیگنال های تبدیل شده، تنظیم کننده های آنالوگ و دیجیتال متمایز می شوند. تنظیم کننده های آنالوگ (AR) بر اساس تقویت کننده های عملیاتی اجرا می شوند، دیجیتال - بر اساس دستگاه های محاسباتی تخصصی یا ریزپردازنده ها. کنترل کننده های آنالوگ فقط سیگنال های آنالوگ را تبدیل می کنند که تابع پیوسته زمان هستند. هنگام عبور از AP، هر مقدار لحظه ای یک سیگنال پیوسته تبدیل می شود.

برای پیاده سازی AR، یک تقویت کننده عملیاتی (op-amp) مطابق مدار تقویت کننده جمع با بازخورد منفی متصل می شود. نوع رگولاتور و عملکرد انتقال آن توسط مدار اتصال مقاومت ها و خازن ها در مدارهای ورودی و در فیدبک آپ امپ تعیین می شود.

هنگام تجزیه و تحلیل تنظیم کننده ها، از دو فرض اصلی استفاده خواهیم کرد که درجه بالادقت برای یک op-amp با بازخورد منفی در حالت عملیاتی خطی برآورده می شود:

ولتاژ ورودی دیفرانسیل Uورودی op-amp برابر با صفر است.

ورودی های معکوس و غیر معکوس op-amp جریان مصرف نمی کنند، یعنی. جریان های ورودی (شکل 2.2). از آنجایی که ورودی غیر معکوس به گذرگاه "صفر" متصل است، بنابراین، طبق فرض اول، پتانسیل φa ورودی معکوس نیز صفر است.

برنج. 2.2.نمودار عملکردی یک کنترل کننده تناسبی

با حرکت به سمت افزایش متغیرها در رابطه (2.1) و با استفاده از تبدیل لاپلاس، تابع انتقال تنظیم کننده P را به دست می آوریم:

جایی که - سود متناسب

بنابراین، در تنظیم کننده P، یک تقویت متناسب (ضرب در یک ثابت) سیگنال خطا انجام می شود. تونژاد

ضریب می تواند بزرگتر یا کمتر از یک باشد. در شکل 2.3 وابستگی را نشان می دهد تودر = f(t)تنظیم کننده P هنگامی که سیگنال خطا تغییر می کند تونژاد

یک رگولاتور انتگرال (I-regulator) با اتصال یک خازن آپ امپ C به آپ امپ در مدار فیدبک اجرا می شود (شکل 2.4). عملکرد انتقال کنترلر I

که در آن ثابت ادغام، s.

برنج. 2.4. نمودار عملکردی یک رگولاتور یکپارچه

کنترلر I سیگنال خطا را یکپارچه می کند تونژاد

یک کنترلر انتگرال متناسب (کنترل کننده PI) با گنجاندن یک مقاومت ROU و یک خازن C OU در حلقه بازخورد اجرا می شود (شکل 2.6).

برنج. 2.6.نمودار عملکردی کنترلر PI

عملکرد انتقال کنترلر PI

مجموع توابع انتقال کنترل کننده های تناسبی و انتگرال است. از آنجایی که کنترل کننده PI دارای ویژگی های کنترل کننده های P و I است، به طور همزمان تقویت متناسب و یکپارچه سازی سیگنال خطا را انجام می دهد. تونژاد

یک کنترل کننده مشتق متناسب-انتگرال (کنترل کننده PID) در ساده ترین حالت با اتصال خازن های C 3 و C OS در کنترل کننده PI به موازات مقاومت های R3 و R OC اجرا می شود (شکل 2.8).

برنج. 2.8.نمودار عملکردی کنترلر PID

عملکرد انتقال کنترلر PID

سود متناسب کنترل کننده PID کجاست. - ثابت تمایز؛ - ثابت ادغام؛ ; .

تابع انتقال کنترل کننده PID مجموع توابع انتقال کنترل کننده های تناسبی، انتگرال و دیفرانسیل است. کنترل کننده PID همزمان تقویت متناسب، تمایز و یکپارچه سازی سیگنال خطا را انجام می دهد. تونژاد

17 سوال سنسورهای مختصات AEP

بلوک دیاگرام سنسور. AED (درایو الکتریکی خودکار) از سنسورها برای دریافت سیگنال های بازخورد در مختصات کنترل شده استفاده می کند. سنسوردستگاهی است که با برهمکنش با آن و تبدیل واکنش به این برهمکنش به سیگنال الکتریکی، وضعیت مختصات کنترل شده AED را اطلاع می دهد.

در AED مختصات الکتریکی و مکانیکی کنترل می شود: جریان، ولتاژ، EMF، گشتاور، سرعت، جابجایی و غیره. برای اندازه گیری آنها از حسگرهای مناسب استفاده می شود.

سنسور مختصات AED را می توان به صورت ساختاری به عنوان اتصال سریال مبدل اندازه گیری (MT) و دستگاه تطبیق (CU) نشان داد (شکل 2.9). مبدل اندازه گیری مختصات را تبدیل می کند ایکسدر سیگنال ولتاژ الکتریکی و(یا فعلی من)، متناسب ایکس . دستگاه تطبیق سیگنال خروجی را تبدیل می کند و IP به سیگنال بازخورد توسیستم عامل , که در اندازه و شکل اسلحه های خودکششی را راضی می کند.

برنج. 2.9.بلوک دیاگرام سنسور مختصات AEP

سنسورهای فعلیسنسورهای جریان (CT) برای به دست آوردن اطلاعات در مورد قدرت و جهت جریان موتور طراحی شده اند. آنها مشمول شرایط زیر هستند:

خطی بودن ویژگی های کنترل در محدوده 0.1I nom تا 5 I nom کمتر از 0.9.

در دسترس بودن عایق گالوانیکی مدار قدرت و سیستم کنترل.

عملکرد بالا.

ترانسفورماتورهای جریان، سیم پیچ های اضافی (جبرانی) چوک های صاف کننده، عناصر هال و شنت ها به عنوان مبدل های اندازه گیری در DT استفاده می شوند.

سنسورهای جریان مبتنی بر شنت به طور گسترده ای برای اندازه گیری جریان موتور استفاده می شوند. شانتیک مقاومت چهار ترمینال با مقاومت کاملاً فعال است آر sh (شنت غیر القایی)، مدار قدرت به پایانه های جریان و مدار اندازه گیری به پایانه های پتانسیل وصل می شود.

طبق قانون اهم، افت ولتاژ در مقاومت فعال و = R w من.

برای کاهش اثر شنت بر عبور جریان در مدار موتور، مقاومت آن باید حداقل باشد. افت ولتاژ اسمی در سراسر شنت معمولاً 75 میلی ولت است، بنابراین باید به مقادیر مورد نیاز (3.0 ... 3.5 ولت) تقویت شود. از آنجایی که شنت یک اتصال بالقوه با مدار قدرت دارد، سنسور جریان باید دارای یک دستگاه جداسازی گالوانیکی باشد. دستگاه های ترانسفورماتور و اپتوالکترونیک به عنوان چنین وسایلی مورد استفاده قرار می گیرند. بلوک دیاگرام یک سنسور جریان بر اساس یک شنت در شکل نشان داده شده است. 2.13.

برنج. 2.13.بلوک دیاگرام سنسور جریان مبتنی بر شنت

در حال حاضر، سنسورهای فعلی بر اساس عناصر سالن،که از مواد نیمه هادی به شکل صفحه یا فیلم نازک ساخته شده اند (شکل 2.14). هنگامی که یک جریان الکتریکی I X از صفحه ای که عمود بر میدان مغناطیسی با القاء قرار دارد عبور می کند که در،هال emf در صفحه القا می شود هایکس:

که در آن یک ضریب بسته به خواص مواد و ابعاد صفحه است.

سنسورهای ولتاژ که درتقسیم کننده های ولتاژ مقاومتی به عنوان مبدل اندازه گیری ولتاژ در یک درایو الکتریکی استفاده می شود (شکل 2.16).

برنج. 2.16.نمودار عملکرد سنسور ولتاژ

ولتاژ خروجی تقسیم کننده

سنسورهای EMFبا الزامات کم برای محدوده کنترل سرعت (تا 50)، بازخورد EMF به عنوان بازخورد اصلی در درایو الکتریکی استفاده می شود.

برنج. 2.17.نمودار عملکرد سنسور EMF آرمیچر

سنسورهای سرعتبرای به دست آوردن یک سیگنال الکتریکی متناسب با سرعت زاویه ای روتور موتور، از تاکوژنراتورها و سنسورهای سرعت پالس استفاده می شود. تاکوژنراتورها در سیستم های کنترل اتوماتیک آنالوگ، پالس - در سیستم های دیجیتال استفاده می شوند.

سنسورهای سرعت مشمول الزامات سختگیرانه برای خطی بودن ویژگی های کنترل، پایداری ولتاژ خروجی و سطح ریپل آن هستند، زیرا آنها پارامترهای استاتیکی و دینامیکی درایو را به طور کلی تعیین می کنند.

تاکوژنراتورهای DC با آهنرباهای دائمی در درایوهای الکتریکی رایج شده اند. برای کاهش سطح ضربان معکوس، تاکوژنراتورها در موتور الکتریکی تعبیه شده است.

در سنسورهای سرعت پالسی، مبدل‌های جابه‌جایی پالسی به عنوان مبدل اندازه‌گیری اولیه استفاده می‌شوند که در آن تعداد پالس‌ها متناسب با زاویه چرخش شفت است.

سنسورهای موقعیت که دردر حال حاضر از مبدل های القایی و فوتوالکترونیک در محرک های الکتریکی برای اندازه گیری حرکت قطعات متحرک ماشین ها و مکانیزم ها استفاده می شود.

ترانسفورماتورهای القایی شامل ترانسفورماتورهای دوار، سلسین و اینداکتوسین هستند. اینداکتوسین ها می توانند دایره ای یا خطی باشند.

ترانسفورماتورهای دوار (VT)ریزماشین های الکتریکی جریان متناوب نامیده می شوند که زاویه چرخش α را به یک ولتاژ سینوسی متناسب با این زاویه تبدیل می کنند. در یک سیستم کنترل اتوماتیک، ترانسفورماتورهای دوار به عنوان مترهای عدم تطابق استفاده می شوند که انحراف سیستم را از یک موقعیت مشخص مشخص ثبت می کنند.

یک ترانسفورماتور دوار دارای دو سیم پیچ توزیع شده تک فاز یکسان روی استاتور و روتور است که 90 درجه به یکدیگر جابجا شده اند. ولتاژ سیم پیچ روتور با استفاده از حلقه های لغزنده و برس ها یا با استفاده از ترانسفورماتورهای حلقه حذف می شود.

اصل عملکرد VT در حالت سینوسی مبتنی بر وابستگی ولتاژ القا شده در سیم پیچ روتور توسط شار مغناطیسی ضربانی استاتور به موقعیت زاویه ای محورهای استاتور و سیم پیچ های روتور است.

سلسینیک میکروماشین الکتریکی جریان متناوب با دو سیم پیچ تحریک و هماهنگ سازی است. بسته به تعداد فازهای سیم پیچ تحریک، سنکروهای تک فاز و سه فاز متمایز می شوند. سیم پیچ هماهنگ سازی همیشه سه فاز است. در اسلحه های خودکششی، سنکروهای غیر تماسی با ترانسفورماتور حلقوی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

سیم پیچ همگام سازی یک همگام ساز بدون تماس با یک ترانسفورماتور حلقه در شکاف های استاتور قرار دارد ، سیم پیچ تحریک در شکاف ها یا روی قطب های برجسته روتور همگام ساز قرار دارد. ویژگی ترانسفورماتور حلقه این است که سیم پیچ اولیه آن روی استاتور و سیم پیچ ثانویه روی روتور قرار دارد. سیم پیچ ها به شکل حلقه هایی هستند که در یک سیستم مغناطیسی متشکل از هسته های مغناطیسی حلقه ای استاتور و روتور قرار می گیرند که توسط یک مدار مغناطیسی داخلی روی روتور و توسط یک مدار خارجی روی استاتور متصل می شوند. در اسلحه های خودکششی از سنکروها در حالت چرخش دامنه و فاز استفاده می شود.

نمودار مدار برای روشن کردن سیم پیچ های synsyn در حالت دامنه در شکل نشان داده شده است. 2.19. مختصات ورودی همگام ساز در این حالت زاویه چرخش روتور τ است. خط مرکزی سیم پیچ فاز به عنوان نقطه مرجع در نظر گرفته می شود آ.

برنج. 2.19.نمودار عملکردی روشن کردن سیم‌پیچ‌های synsyn در حالت دامنه

نمودار مدار برای روشن کردن سیم پیچ های synsyn در حالت تغییر فاز در شکل نشان داده شده است. 2.20. مختصات ورودی همگام ساز در این حالت زاویه چرخش τ و مختصات خروجی فاز φ EMF خروجی است. هدر رابطه با ولتاژ منبع تغذیه متناوب.

برنج. 2.20.نمودار عملکردی روشن کردن سیم‌پیچ‌های synsyn در حالت چرخش فاز

18 سوال سیستم های کنترل فاز پالس اصول کنترل تریستور

در یکسو کننده ها از تریستورها به عنوان کلیدهای کنترل شده استفاده می شود. برای باز کردن تریستور دو شرط باید رعایت شود:

پتانسیل آند باید از پتانسیل کاتد تجاوز کند.

یک پالس باز (کنترل) باید به الکترود کنترل اعمال شود.

لحظه ای که یک ولتاژ مثبت بین آند و کاتد تریستور ظاهر می شود نامیده می شود لحظه باز شدن طبیعی عرضه ضربه باز می تواند نسبت به لحظه باز شدن طبیعی توسط یک زاویه باز به تاخیر بیفتد. در نتیجه، شروع جریان جریان از طریق تریستور وارد عمل می شود و ولتاژ یکسو کننده تنظیم می شود.

برای کنترل تریستورهای یکسو کننده، از یک سیستم کنترل فاز پالس (PPCS) استفاده می شود که عملکردهای زیر را انجام می دهد:

تعیین لحظاتی که در آن تریستورهای خاص باید باز شوند. این لحظه های زمان توسط یک سیگنال کنترلی تنظیم می شوند که از خروجی ACS به ورودی SIFU می آید.

تشکیل پالس های باز منتقل می شود مندر زمان های مناسب به الکترودهای کنترل تریستورها و دارای دامنه، توان و مدت زمان مورد نیاز.

با توجه به روش به دست آوردن تغییر پالس های باز شدن نسبت به نقطه باز شدن طبیعی، اصول کنترل افقی، عمودی و یکپارچه متمایز می شود.

با کنترل افقی (شکل 2.28)، کنترل ولتاژ سینوسی متناوب تو y نسبت به ولتاژ خارج از فاز است (به صورت افقی). تو 1، تغذیه یکسو کننده. در یک لحظه از زمان ωt=αپالس های باز کردن قفل مستطیلی از ولتاژ کنترل تشکیل می شوند U GT . کنترل افقی عملاً در درایوهای الکتریکی استفاده نمی شود، که به دلیل محدوده محدود کنترل زاویه α (حدود 120 درجه) است.

با کنترل عمودی (شکل 2.29)، لحظه تامین پالس های باز شدن زمانی تعیین می شود که ولتاژ کنترل برابر باشد. تو y (به شکل ثابت) با ولتاژ مرجع متغیر (عمودی). در لحظه برابری ولتاژ، پالس های مستطیلی شکل می گیرند U gt.

با کنترل یکپارچه (شکل 2.30)، لحظه تامین پالس های باز شدن زمانی تعیین می شود که ولتاژ کنترل متناوب برابر باشد. و دربا ولتاژ مرجع ثابت U o p در لحظه برابری ولتاژ، پالس های مستطیلی شکل می گیرند U gt.

برنج. 2.28.اصل کنترل افقی

برنج. 2.29.اصل کنترل عمودی

برنج. 2.30.اصل کنترل یکپارچه

با توجه به روش شمارش زاویه باز شدن a، SIFU ها به چند کاناله و تک کاناله تقسیم می شوند. در SIFU های چند کاناله، زاویه a برای هر تریستور یکسو کننده در کانال خود، در کانال های تک کانال - در یک کانال برای همه تریستورها اندازه گیری می شود. در درایوهای الکتریکی صنعتی، SIFUهای چند کاناله با اصل کنترل عمودی عمدتاً استفاده می شوند.