A műveleti erősítők áramszabályozójának felépítésének egyszerűsítése érdekében a PF-t (8) a következőképpen alakítjuk át:
(8")
Az első tag a (8")-ban az izodróm és az aperiodikus kapcsolatok szorzata, a második az aperiodikus kapcsolat, a harmadik az inerciális differenciáló láncszem. Az Elektronika kurzusból megtudhatja, hogyan kell ezeket a kapcsolatokat műveleti erősítőkön összeállítani.
10. ábra - Áramszabályzó a műveleti erősítőkön
Az áramkör, mint látható, három párhuzamos ágból áll, amelyeket a műveleti erősítőn lévő invertáló összeadó kimenetei zárnak le, így a kimeneti jel u 2
inverz lesz a bemenethez képest u 1
. Ha szükséges a jóváhagyás u 1
És u 2
Egy további invertert kell telepíteni az összeadó kimenetére. Ezt a technikát az áramkör középső ágában alkalmaztuk, mivel az aperiodikus kapcsolat invertáló műveleti erősítőre épül. A felső ág felelős a PF-ért 
. Az izodróm és aperiodikus kapcsolatok szorzata úgy történik, hogy azok áramköreit sorba kötik invertáló műveleti erősítőkön, és mivel mindegyik link invertálja a jelet, nem szükséges a felső ág be- és kimenetének egyeztetése. Az alsó ág, amely az inerciális dinamikus kapcsolatot valósítja meg, nem invertálja a bemeneti jelet.
Számítsuk ki az áramkör paramétereit. Ismeretes, hogy
Miután megkérdezte R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 Ohm, R 13 = 300 Ohm, R 14 = 50 Ohm, ezt kapjuk VAL VEL 1 =
=
= 240 µF, VAL VEL 2 =VAL VEL 3 =
=
= 10 µF, VAL VEL 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 Ohm, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 Ohm, R 7 = 110 Ohm, R 15 =
=
= 
= 310 Ohm.
2.3AmLahx - program aszimptotikus paraméterek létrehozására és vezérlők szintetizálására a kívánt paraméterek módszerével
2.3.1 Általános információk a programról
Az AmLAHX programot MatLab6.0 vagy magasabb környezetben való futtatásra tervezték, és a következő képességeket biztosítja a felhasználó számára:
GUI felülettel rendelkezik;
átviteli függvények formájában meghatározott dinamikus objektumok aszimptotikus LFC-it készít;
interaktívan felépíti egy nyílt hurkú rendszer kívánt LFC-jét meghatározott minőségi kritériumok szerint, beleértve azt is, hogy a program lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy a vezérlőobjektum LFC típusától függően válasszon párosító szakaszokat (lejtőket);
automatikus kivonást biztosít a vezérlőobjektum LFC nyílt hurkú rendszerének LFC-jéből, és így megszerkeszti a vezérlő LFC-jét, visszaadja az aszimptoták konjugált frekvenciáit és meredekségeit, amivel meglehetősen egyszerűvé teszi az átviteli függvény felírását. a vezérlő LFC-je (a későbbi verziókban a program ezt automatikusan megteszi);
Az összes LFC-t ábrázoljuk, jelezve az aszimptoták meredekségét, a felhasználó külön-külön meghatározhatja az egyes LFC-k színét, valamint a grafikonokon a feliratok formátumát (vastagság, magasság).
2.3.2 Program parancssor
A program futtatásához szükséges teljes parancssor:
yy=amlahx( sz,odú, zászló, param),
Ahol szÉs den- a vezérlőobjektum PF-jének számlálója és nevezője, szÉs den MatLab formátumban írt vektoroknak kell lenniük (lásd lentebb a példát);
zászló- üzemmód (1 (alapértelmezett) vagy 2);
param- 6 elemből (számokból) álló vektor, 1, 2 és 3 elem az OU, RS és CU LFC-inek vastagsága, 4, 5 és 6 ezeknek az LFC-knek a színei (alapértelmezés szerint a vastagság az összes LFC értéke 1, a színek rendre piros, kék és zöld).
AmLAHX paraméterek nélkül demo módban működik, ebben az esetben
sz= ,den = ,zászló= 2.
A VEZÉRLŐRENDSZEREK JELLEMZŐ ESZKÖZEI
Szabályozók
Fontos funkció modern rendszerek Az automatizálás a koordinátáinak szabályozása, vagyis a szükséges értékük szükséges pontosságú fenntartása. Ezt a funkciót számos különböző elem felhasználásával valósítják meg, amelyek között a szabályozók kiemelkedően fontosak.
Szabályozó elvégzi a vezérlőjel transzformációját a vezérlőrendszer működési feltételei által megkívánt matematikai műveleteknek megfelelően. Jellemzően szükséges műveletek a következő jeltranszformációk: arányos, arányos-integrál, arányos-integrál-differenciál.
Az analóg szabályozó alapja egy műveleti erősítő - egy egyenáramú erősítő, amely visszacsatolás hiányában nagy nyereséggel rendelkezik. A legszélesebb körben az integrált műveleti erősítőket használják. A műveleti erősítő egy többfokozatú szerkezet, amelyben meg lehet különböztetni a bemeneti differenciálerősítőt ( DU) inverz és közvetlen bemenettel, feszültségerősítővel ( ENSZ), nagy erősítéssel és teljesítményerősítővel ( ÉSZ), biztosítva a műveleti erősítő szükséges terhelhetőségét. A műveleti erősítő működési diagramja az ábrán látható. 4.1. A műveleti erősítő egychipes, kis méretű kialakítása biztosítja a paraméterek nagy stabilitását, ami lehetővé teszi a nagy egyenáramú nyereség elérését. A diagramból származtatott pontok Kl, K2, KZ Külső korrekciós áramkörök csatlakoztatására tervezték, amelyek csökkentik az erősítést magas frekvenciákon, és visszacsatolással növelik az erősítő stabilitását. Korrekciós áramkörök nélkül, kellően magas frekvenciákon, amikor a halmozott fáziskésés 180°, a visszacsatolás előjele megváltozik, és nagy erősítéssel a műveleti erősítő öngerjeszti és önrezgő üzemmódba lép. ábrán. 4.1 a következő jelöléseket használjuk: U p- erősítő tápfeszültség; U ui- bemeneti vezérlőfeszültség az erősítő inverz bemenetén keresztül; U csomag- bemeneti vezérlőfeszültség az erősítő közvetlen bemenetén keresztül; U ki- erősítő kimeneti feszültsége. A fenti feszültségek mindegyike a bipoláris tápegység közös vezetékéhez viszonyítva van mérve.
A műveleti erősítő bekötési áramköreit az ábra mutatja. 4.2. A műveleti erősítő differenciálfokozatának két vezérlőbemenete van: közvetlen potenciállal U csomagés fordított a potenciállal U ui(4.2. ábra, A).
 |
Az erősítő kimeneti feszültségét az erősítés és az erősítő bemenetek potenciálkülönbségének szorzata határozza meg, azaz
U ki = k уо (U fel - U уу) = k уо U у,
Ahol k uo- a műveleti erősítő differenciálerősítése; U y- az erősítő differenciális bemeneti feszültsége, azaz a közvetlen és az inverz bemenetek közötti feszültség. Integrált műveleti erősítők differenciált nyeresége visszacsatolás hiányában.
A bemeneti feszültségekhez viszonyítva U vhpÉs U whi a kimeneti feszültséget a különbség határozza meg
U ki = k fel U in - k ui U be,
hol vannak a közvetlen bemeneti nyereség k csomagés inverz bemenettel k ui az erősítő kapcsoló áramköre határozza meg. ábrán látható közvetlen bemeneti kapcsolóáramkörhöz. 4.3, b, az erősítést a képlet határozza meg
,
ábrán látható inverz bemeneti kapcsolóáramkörhöz. 4.3, V, - a képlet szerint
Különféle szabályozó áramkörök felépítéséhez általában inverz bemenettel rendelkező műveleti erősítő áramkört használnak. A szabályozóknak általában több bemenettel kell rendelkezniük. A bemeneti jelek az 1. pontba kerülnek (4.2. ábra, V) egyedi bemeneti ellenállásokon keresztül. A szabályozók szükséges átviteli funkcióit a visszacsatoló áramkör komplex aktív-kapacitív ellenállása biztosítja Z osés a bemeneti áramkörökben Z be. A szabályozó átviteli funkciója bármelyik bemenethez képest a kimeneti feszültség inverziójának figyelembevétele nélkül
. (4.1)
Az átviteli funkció típusától függően a műveleti erősítő egyik vagy másik funkciószabályozónak tekinthető. A jövőben a szabályozók megvalósításához csak az inverz bemeneten alapuló kapcsolóáramköröket vesszük figyelembe.
Arányos vezérlő (P-vezérlő) - Ez a szűk visszacsatolású műveleti erősítő az ábrán látható. 4.3, A. Az átviteli funkciója
W(p) = k P, (4.2)
Ahol k P- a P-szabályozó erősítési együtthatója.
Amint az átviteli függvényből (4.2) következik, a műveleti erősítő sávszélességén belül a P-szabályozó logaritmikus amplitúdó frekvenciaválasza (LAFC) párhuzamos a frekvenciatengellyel w, és a fázis nulla (4.3. ábra, b).
Integrált vezérlő (I-szabályozó)ábrán látható módon egy kondenzátor beépítésével kapjuk a visszacsatoló hurokba. 4.4, A, miközben integrálja a bemeneti jelet és a vezérlő átviteli funkcióját
 |
, (4.3)
Ahol T és = R C os-ban- az integráció állandója.
Amint a (4.3) pontból következik, a kimeneti jel fáziseltolása egyenlő - p/ 2, az LFC meredeksége -20 dB/dec, és a logaritmikus fázisfrekvencia-válasz (LPFR) párhuzamos a frekvencia tengellyel w(4.4. ábra, b).
Arányos-integrált vezérlő (PI vezérlő ) P- és I-szabályozók párhuzamos kapcsolásával kapjuk, azaz
Az átviteli függvény (4.4) egyetlen műveleti erősítőn érhető el, ha a visszacsatolásába aktív-kapacitív reaktanciát is beépítünk Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p)ábrán látható módon. 4,5, A.
Ezután a (4.1) pontnak megfelelően
,
Ahol T 1 = R os C os; T I = R C os-ban; k P = R os / R in.
A PI szabályozó logaritmikus frekvenciakarakterisztikája a 2. ábrán látható. 4,5, b.
Arányos differenciálszabályzó (PD vezérlő) egy P-szabályozó és egy differenciális D-szabályozó párhuzamos kapcsolásával kapjuk, azaz
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
Az átviteli függvényt (4.5) úgy kapjuk meg, hogy a műveleti erősítő bemeneti ellenállására kondenzátort csatlakoztatunk, amint az ábra mutatja. 4,6, A. Ekkor a (4.1) figyelembe vételével megvan
Ahol T 1 = R in C in; k P = R os / R in.
 |
A PD vezérlő logaritmikus frekvenciakarakterisztikáját az ábra mutatja. 4,6, b.
Arányos-integrál-derivatív szabályozó (PID-szabályozó). Ezt a szabályozót három szabályozó - P-szabályozó, I-szabályozó és D-szabályozó - párhuzamos csatlakoztatásával kapják. Átviteli funkciójának van formája
. (4.6)
Az átviteli funkció (4.6) mindig megvalósítható a (4.5) és (4.3) átviteli funkcióval rendelkező PD vezérlő és I vezérlő párhuzamos kapcsolásával. Ebben az esetben a PID szabályozó áramkör három műveleti erősítővel valósítható meg. Az első erősítő egy PD szabályozó funkcióját valósítja meg (4.6. ábra, A), a második erősítő az I-szabályozó funkciója (4.4. ábra, A), harmadik erősítő (4.3. ábra, A) az első és a második erősítő kimeneti jeleinek összegzésének függvénye.
Ha a paraméterek k P, T IÉs T D korlátozást szabni
akkor az átviteli függvény (4.6) úgy írható fel
, (4.7)
Ahol k P = (T 1 + T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
Az átviteli funkcióval rendelkező PID-szabályozó (4.7) egy PD-szabályozó és egy PI-szabályozó szekvenciális kapcsolata, és egyetlen műveleti erősítőn valósítható meg ellenállással a visszacsatoló áramkörben
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
és ellenállás a bemeneti áramkörben
.
Ebben az esetben a vezérlő időállandója T 1 = R in C in, T 2 =R os C os, T 0 =R C os-ban.
 |
A PID vezérlő áramkör egy erősítőhöz az ábrán látható. 4,7, Aábrán látható logaritmikus frekvenciakarakterisztikája. 4,7, b.
A PD szabályozó és a PID szabályozó vizsgált áramkörei az erősítő bemeneti áramköreiben kondenzátorokat tartalmaznak, amelyek a nagyfrekvenciás interferencia esetén nullához közeli ellenállást jelentenek. A szabályozók stabilitásának növelése érdekében a kondenzátorral sorba kapcsolhat egy további ellenállást, amelynek kis ellenállása van (legalább egy nagyságrenddel kisebb, mint a kondenzátor kapacitása).
A szabályozókról, azok működéséről és műszaki megvalósításairól részletesebben a /1/.
Önellenőrző kérdések
1. Milyen funkciót látnak el az automatizálási rendszer szabályozói?
2. Milyen jellemző transzformációkat hajtanak végre a vezérlőjelen az automatizálási rendszerek szabályozói?
3. Mi az alapja a legtöbb modern analóg szabályozó felépítésének?
4. Melyek a műveleti erősítők főbb tulajdonságai?
5. Milyen bemeneti koordinátái vannak egy tipikus műveleti erősítőnek?
6. Mi egy tipikus műveleti erősítő kimeneti koordinátája?
7. Milyen összetevőket tartalmaz egy műveleti erősítő funkcionális áramköre?
8. Nevezze meg a műveleti erősítők csatlakoztatásának tipikus áramköreit!
9. Milyen tipikus műveleti erősítő áramkört használnak általában a szabályozók megvalósítására?
10. Adja meg a műveleti erősítő átviteli függvényét az invertáló bemeneti áramkörhöz!
11. Melyik elem tartalmaz arányos szabályozót a műveleti erősítő visszacsatoló áramkörében?
12. Melyik elem tartalmaz arányos vezérlőt a műveleti erősítő bemeneti áramkörében?
13. Adja meg egy arányos szabályozó átviteli függvényét!
14. Milyen amplitúdófrekvenciás és fázisfrekvenciás jellemzői vannak egy arányos szabályozónak?
15. Melyik elem tartalmaz integrált szabályozót a műveleti erősítő visszacsatoló áramkörében?
16. Melyik elem tartalmaz integrált szabályozót a műveleti erősítő bemeneti áramkörében?
17. Adja meg az integrál szabályozó átviteli függvényét!
18. Mekkora az integrál szabályozó logaritmikus amplitúdó frekvenciaválaszának meredeksége?
19. Mekkora az integrált szabályozó fázisfrekvencia-válasza?
20. Milyen elemeket tartalmaz egy műveleti erősítő visszacsatoló áramköre?
21. Melyik elem tartalmazza az arányos-integrális szabályozó műveleti erősítőjének bemeneti áramkörét?
22. Adja meg egy arányos-integrál vezérlő átviteli függvényét!
23. Melyik elem tartalmazza az arányos differenciálszabályzó műveleti erősítőjének visszacsatoló áramkörét?
24. Adja meg egy arányos-differenciális vezérlő átviteli függvényét!
25. Az arányos-integrál-derivált vezérlő paramétereinek milyen korlátozása mellett valósul meg egyetlen műveleti erősítőn?
26. Milyen elemeket tartalmaz az egyetlen műveleti erősítőn alapuló arányos-integrál-derivált vezérlő bemeneti áramköre?
27. Milyen elemeket tartalmaz az arányos-integrál-derivált vezérlő egyetlen műveleti erősítőn alapuló visszacsatoló áramköre?
Intenzitás szabályozók
Az elektromos hajtásvezérlő rendszerek és más automatizálási rendszerek tipikus főegysége az integrátor vagy intenzitás szabályozó(ZI). Az SI feladata, hogy az egyik szintről a másikra haladva zökkenőmentes változást hozzon létre a master jelben, vagyis a jel lineáris emelkedését és esését hozza létre a kívánt sebességgel. Állandósult állapotban az intenzitásgenerátor kimenetén a feszültség megegyezik a bemeneti feszültséggel.
ábrán. A 4.8. ábra három műveleti erősítőből álló, egy integrált SI blokkvázlatát mutatja. Minden erősítő egy invertáló bemenettel rendelkező áramkör szerint van csatlakoztatva. Első erősítő U1, visszacsatolás nélkül, de kimeneti feszültség korlátozással működik U 1,ábrán téglalap alakú karakterisztikája van, amelyet a kimeneti feszültség inverziójának figyelembevétele nélkül mutatunk be. 4,9, A. Második műveleti erősítő U2állandó integrációs sebességű integrátorként működik
(4.8)
Az integráció mértéke változtatással állítható Rin2. Harmadik erősítő U3 negatív visszacsatoló feszültséget generál
. (4.9)
Amikor referenciafeszültséget kapcsolunk a bemenetre U z a kimeneti feszültség lineárisan növekszik a (4.8) szerint. Az idő egy pillanatában t=t p, Amikor U з = - U os, Az integráció leáll, és a kimeneti feszültség a (4.9) szerint eléri az értéket 
, továbbra is változatlan marad. Amikor eltávolítja a beállítási feszültséget a bemenetről ( U z = 0) a kimeneti feszültség lineáris nullára csökkenésének folyamata megy végbe (4.9. ábra, b).
Ennek a védőeszköznek a kimeneti feszültségének változási sebessége, amint az a (4.8) pontból következik, a feszültségérték megváltoztatásával változhat. U 1 például zener-diódák kiválasztásával az erősítő visszacsatoló áramkörében U1 a szükséges értékkel megegyező stabilizációs feszültséggel U 1, vagy a termék értékének megváltoztatásával R in2 C oc2.
ábrán. 4.10, A Az ábrán egy egy integráló SI egy másik áramköre látható, amely egy közös bázisú áramkör szerint csatlakoztatott bipoláris tranzisztor alapján készült. Ez az áramkör egy tranzisztor tulajdonságait használja ( T) áramerősítőként. Kondenzátor újratöltés ( VAL VEL) mindig állandó kollektoráram mellett fordul elő én arra, amelyet az adott emitteráram határozza meg én e. Ebben az esetben a feszültség időbeli változásának mértéke ki a ZI | kimenetén duout/dt| = én arra/C. A ZI szabályozás jellemzői ki = = f(t)ábrán látható. 4.10, b. A kimenő jel változási sebessége a feszültség változtatásával állítható U e, ennek arányában változik az áram én eés ennek megfelelően az áram én arra, vagy a kondenzátor kapacitásának megváltoztatása. Állandósult állapotban a kondenzátor mindig feszültségre van töltve benne vagy. Az egyenirányító híd biztosítja a tranzisztoros kollektoráram állandó irányát, függetlenül a feszültség előjelétől benne vagy. A ZI-t részletesen az /1, 7/ tartalmazza.
Önellenőrző kérdések
1. Milyen célra használják az intenzitásszabályozókat az automatizálási áramkörökben?
2. Melyek az intenzitásgenerátor bemeneti és kimeneti koordinátái?
3. Mekkora az intenzitásgenerátor statikus nyeresége?
4. Hogyan változzon a feszültség az egyszeres integráló intenzitású generátorok kimenetén a bemeneti feszültség lépcsőzetes változásaival?
5. Milyen erősítők alapján épülnek az integráló intenzitásszabályozók?
6. Hány, inverz bemeneten keresztül csatlakoztatott műveleti erősítőre van szükség egy egyszeri integráló intenzitásgenerátor megvalósításához?
7. Jelölje meg mindhárom műveleti erősítő rendeltetését egy tipikus, mikroáramkörökön készült, egy integráló intenzitásszabályozó áramkörben.
8. Milyen paraméterek befolyásolják egy integrált intenzitású generátor kimeneti feszültségének változását három műveleti erősítőn?
9. Hogyan érhető el a kondenzátoron lévő feszültség lineáris változása egy integrált tranzisztoros intenzitásszabályozó áramkörében?
10. Milyen paraméterek befolyásolják egy integrált tranzisztoros intenzitásszabályozó kimeneti feszültségének változási sebességét?
Egyező elemek
A vezérlőrendszereken belüli funkcionális elemek heterogének lehetnek a jel típusa, az áram típusa, az ellenállás és a teljesítmény, valamint egyéb mutatók tekintetében. Ezért az elemek összekapcsolásakor felmerül a jellemzőik összehangolásának feladata. Ezt a problémát az elemek illesztése oldja meg. Az elemek ebbe a csoportjába tartoznak az áram típusának megfelelő fázisérzékelők, a jel típusának megfelelő digitális-analóg és analóg-digitális átalakítók, emitter követők, megfelelő bemeneti és kimeneti ellenállások, teljesítményerősítők, galvánleválasztók és egyéb elemek. . A koordinációs funkciót általában más célokra szánt elemek is elláthatják. Például a 4.1. szakaszban tárgyalt műveleti erősítő emitter követőnek bizonyul egy nem invertáló bemenethez képest, ha a kimeneti feszültséget az invertált bemenetre csatlakoztatjuk.
A galvanikus leválasztáshoz például transzformátor feszültségérzékelőt lehet használni. Az ilyen és hasonló elemek nyilvánvalóak vagy ismertek, és nem veszik figyelembe.
Tekintsünk bonyolultabb szabványos illesztési elemeket.
Fázisdetektor A (PD) számos más elnevezést kapott a tudományos és műszaki irodalomban: fázisérzékeny erősítő, fázisérzékeny egyenirányító, fázisdiszkriminátor, demodulátor.
Az FD célja a bemeneti váltakozó feszültség konvertálása U be V DC kimeneti feszültség U ki, melynek polaritása és amplitúdója a bemeneti feszültség fázisától függ j. Így a PD-nek két bemeneti koordinátája van: a bemeneti feszültség amplitúdója U in més bemeneti feszültség fázis jés egy kimeneti koordináta: a kimeneti feszültség átlagos értéke U ki. A PD működésnek két módja van: amplitúdó üzemmód, amikor a bemeneti feszültség fázisa állandó marad, két érték közül az egyiket 0 ill. p, U in m= var és U ki = f(U m-ben); fázis mód mikor U be= állandó, j= var és U ki = f(j).
Amplitúdó üzemmódban a PD-t az AC mismatch jel vezérlőjellé konvertálójaként használják egyenáramú szervohajtásokban, AC tachogenerátor kimeneti jelének átalakítójaként stb. Fázis üzemmódban a PD-t olyan vezérlőrendszerekben használják, amelyekben a szabályozott és a vezérlő változó egy egyenletesen változó fázis.
A fázisérzékelőnek általában nincs feszültségerősítő funkciója.
Ezért a PD-erősítés közel van az egységhez. ábrán. A 4.11. ábra egy teljes hullámú PD számított egyenértékű áramkörét mutatja. Az áramkör egy nulla egyenirányító áramkörnek felel meg, amelyben a szelepeket funkcionális kapcsolók helyettesítik K1És K2. Terhelési ellenállás Rn, amelyen a kimeneti feszültséget lefoglalják, összeköti a felezőpontokat A, 0 az EMF-vezérlés kulcsai és forrásai e y. A vezérlő EMF-forrás belső ellenállása minden áramkörbe be van vezetve R y. A billentyűk állapotát a referencia EMF szabályozza e op az algoritmus szerint: e op > 0 esetén K1 tartalmazza, vagyis azt
 |
kapcsolási funkció y k1= 1,a K2 letiltva, vagyis a kapcsolási funkciója y k2 = 0. Mert e op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Ez az algoritmus a képletekkel ábrázolható
y-tól 1-ig = (1+jel e op) /2; y-tól 2-ig = (1- e op előjel) /2 . (4.10)
Nyilván zárt állapotban K1 kimenet emf e ki pontok között A, 0 egyenlő e y,és ha zárva van K2 e ki = - e y, vagyis
e ki = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
A (4.10)-et (4.11) behelyettesítve azt kapjuk
e ki = e y jel e op . (4.12)
A kimeneti EMF változásainak diagramja a (4.11) és (4.12) algoritmusoknak megfelelően a 4.12. ábrán látható.
e op = E op m sinwtÉs e y = E y m sin(wt - j),
Ahol E op m,E y m- a referencia EMF és a vezérlő EMF amplitúdóértékei; w a referencia EMF és a vezérlő EMF szögfrekvenciája, majd az egyenirányított kimeneti EMF átlagértéke
. (4.13)
Mert E y m = k p U m-ben, átlagos kimeneti feszültség 
, akkor figyelembe véve (4.13)
, (4.14)
Ahol k p- átviteli együttható a bemeneti feszültségről a vezérlő EMF-re. Egy adott PD kapcsolási rajz jellemzői határozzák meg.
Mert j= const = 0 vagy j= const = p van egy amplitúdós üzemmódja a PD-nek, amelyre a szabályozási karakterisztika egyértelmű:
U ki = k FD U be,
ahol (4.14) figyelembe véve a PD erősítést az amplitúdó módban
.
Nál nél j= 0 kimeneti feszültség érték U ki pozitívak, és mikor j = p a kimeneti feszültség értéke negatív.
Mert U be= const és j= var van a PD fázismódja, amelyre a szabályozási karakterisztika alakja van
U out = k " FD cosj = k "FD sinj",
Ahol j " = p/2 - j, és a PD átviteli együttható fázis üzemmódban, figyelembe véve (4.14)
;
Kicsiben j" szabályozási jellemző
A PD-k működését, jellemzőit és kapcsolási rajzait az /1/ tartalmazza.
Digitális-analóg átalakítók(DAC). Az átalakító a vezérlőrendszer digitális részét az analóghoz illeszti. A DAC bemeneti koordinátája egy bináris többbites szám A n = a n -1 …a i …a 1 a 0, és a kimeneti koordináta feszültség U ki, amelyet a referenciafeszültség alapján állítanak elő U op(4.13. ábra).
A DAC áramkörök egy ellenállásmátrix alapján épülnek fel, melynek segítségével áramokat vagy feszültségeket összegeznek úgy, hogy a kimeneti feszültség arányos legyen a bemeneti számmal. A DAC három fő részből áll: egy ellenállásmátrixból, a bemeneti számmal vezérelt elektronikus kapcsolókból és egy összegző erősítőből, amely a kimeneti feszültséget generálja. ábrán. A 4.14. ábra egy irreverzibilis DAC egyszerű áramkörét mutatja. A bevitt bináris szám minden számjegye An ellenállásnak felel meg
R i = R 0/2 i, (4.15)
Ahol R0- alacsony rendű ellenállás.
Ellenállás R i referencia feszültségű tápegységhez csatlakozik U op elektronikus kulcson keresztül K i, amely zárva van a i=1 és nyitva: a i= 0. Nyilván az értéktől függően a i bemeneti áramkör ellenállása for én- a (4.15) figyelembe vételi kategóriát a kifejezés határozza meg
R i = R 0 /(2 i a i). (4.16)
Aztán azért és én= 0, vagyis az áramkör megszakadt, és for a i=1 áramkör be van kapcsolva és ellenállással rendelkezik R 0 /2 i .
ábra diagramján. 4.14 műveleti erősítő Uösszegzi a bemeneti áramokat és annak kimeneti feszültségét, figyelembe véve az áramkör jelölését és kifejezését (4.16)
Az űrlap (4.17) kifejezése U ki = f(A n)- Ez a DAC vezérlési jellemzője. Lépcsőzetes alakja van, feszültség-diszkrétsége a legkevésbé jelentős mértékegységnek felel meg,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Nagyságrend ΔU 0 ugyanakkor a DAC átlagos átviteli együtthatója k DAC.
Analóg-digitális átalakító(ADC) megoldja az inverz problémát – a folyamatos bemeneti feszültséget számmá, például binárissá alakítja. Minden kimenet többbites bináris szám A i megfelel a bemeneti feszültség változási tartományának:
, (4.18)
Ahol U ei = ΔU 0 i- a kimeneti feszültség referenciaértéke, amely megfelel a kimeneti bináris számnak A i; ΔU 0- a kimeneti feszültség diszkrétsége, amely megfelel a kimeneti szám legkisebb jelentőségű számjegyének mértékegységének.
Nál nél n-bit ADC, a nullától eltérő referencia bemeneti feszültségszintek száma, amelyek különböznek egymástól ΔU 0, egyenlő a maximális kimeneti decimális számmal N=2 n-1. Mivel minden szinten U e i, (4.18) szerint a számról hordoz információt, majd az ADC működésében megkülönböztethetjük a főbb műveleteket: a bemeneti és referenciafeszültségek összehasonlítása, a szintszám meghatározása, a kimeneti szám előállítása adott kódban . Az átlagos ADC-erősítést a megfelelő DAC-erősítés reciprokaként határozzuk meg:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Ekkor az ADC vezérlési karakterisztika egyenlete a következőképpen írható fel
Az ADC vezérlési karakterisztika lépcsős formával rendelkezik.
Az ADC implementációs áramkörök két fő típusra oszthatók: párhuzamos és szekvenciális működésre.
A párhuzamos ADC fő előnye a nagy teljesítmény. Az analóg bemeneti feszültség átalakítása decimális többjegyű számmá a digitális áramköri elemek mindössze két óraciklusa alatt történik. Az ilyen ADC-k fő hátránya az analóg komparátorok és flip-flopok nagy száma az áramkörben, egyenlő 2 n - 1, ami rendkívül drágává teszi a többbites párhuzamos ADC-ket.
A soros ADC-nél lényegesen alacsonyabb hardverköltségekre van szükség. ábrán. A 4.15. ábra egy nyomkövető ADC áramkört mutat be, amely a szekvenciális áramkörök csoportjába tartozik. A diagram korábban nem említett szimbólumokat használ: GTI- óra impulzus generátor, SR- fordított számláló, NAK NEK- összehasonlító, R- kimeneti regiszter. Logikai elemek megnevezése ÉS,VAGY NEMáltalánosan elfogadott.
Összehasonlítás U beÉs U e kombinált analóg komparátoron hajtják végre két kimenettel: „több mint” (>) és „kevesebb, mint” (<). ЕслиU in - U e >ΔU 0/ 2, akkor egyetlen jel jelenik meg a kimeneten >, és az elem És 1órajel impulzusokat vezet a fel/le számláló összegző bemenetére (+1). SR. A kibocsátási szám növekszik SR, és ennek megfelelően növekszik Ööö, generált DAC. Ha U in - U e < ΔU 0 /2 , akkor egyetlen jel jelenik meg a kimeneten< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент ÉS 2át a számláló kivonás bemenetére (-1). SRÉs U e csökken. Amikor a feltétel | U in - U e | = ΔU 0 /2 mindkét kimeneten NAK NEK nulla jelek és elemek kiemelve És 1És ÉS 2 le vannak zárva az óraimpulzusokhoz. A számláló leállítja a számlálást, és a kimenetén változatlan szám megjelenik a regiszter kimenetén R. Egy szám regiszterbe írásához egyetlen elem jele adja meg az engedélyt VAGY-NEM, két kimeneten található NAK NEK. Figyelembe véve ezt a sémát kapcsolatban U beÉs Ööö, megállapítható, hogy az ADC a kimeneti koordináta mentén vezérlővel zárt vezérlőrendszer NAK NEK relé akció. A rendszer ± állandósult pontossággal figyeli a bemeneti feszültség változását U 0 /2és a digitális kimenetnek megfelelő számot ad ki U be. A nyomkövető ADC csak a bemeneti feszültség meglehetősen lassú változását tudja gyorsan átalakítani.
A figyelembe vett ADC fő hátránya a gyenge teljesítmény. A legkedvezőtlenebb esetben, amikor a maximális feszültséget a bemeneten hirtelen beállítják, a megfelelő kimeneti értéket digitális kódban kell előállítani. 2 n - 1 veri Néhány DAC és ADC áramkört és működésüket a /1/ tartalmazza.
Önellenőrző kérdések
1. Miért használnak megfelelő elemeket az automatizálási rendszerekben?
2. Milyen transzformációt hajt végre a fázisdetektor?
3. Milyen üzemmódokban működhet a fázisérzékelő?
4. Melyek a fázisdetektor bemeneti koordinátái?
5. Mi a fázisdetektor kimeneti koordinátája?
6. Mi a fázisdetektor amplitúdós üzemmódja?
7. Mi a fázisérzékelő fázisüzemmódja?
8. Mire használhatók a fázisérzékelők az automatizálási rendszerekben?
9. Adja meg az amplitúdó üzemmódban működő fázisdetektor szabályozási jellemzőinek képletét!
10. Milyen átalakítást hajt végre egy digitális-analóg átalakító?
11. Melyek a digitális-analóg konverter bemeneti és kimeneti koordinátái?
12. Melyek a digitális-analóg átalakító áramkör fő részei?
13. Adjon meg képleteket egy digitális-analóg átalakító szabályozási jellemzőinek és átlagos átviteli együtthatójának kiszámításához!
14. Milyen típusú szabályozási karakterisztikával rendelkezik egy digitális-analóg átalakító?
15. Milyen átalakítást hajt végre egy analóg-digitális átalakító?
16. Milyen bemeneti és kimeneti koordinátái vannak egy analóg-digitális átalakítónak?
17. Adjon képleteket egy analóg-digitális átalakító szabályozási jellemzőinek és átlagos átviteli együtthatójának kiszámításához!
18. Milyen típusú analóg-digitális átalakítók léteznek?
19. Melyek a párhuzamos analóg-digitális átalakítók fő előnyei és hátrányai?
20. Melyek a soros analóg-digitális átalakítók fő előnyei és hátrányai?
21. Miért használnak digitális-analóg átalakítót egy analóg-digitális átalakító nyomkövető áramkörében?
22. Mekkora a maximális állandósult állapotú abszolút átalakítási hibája egy követő analóg-digitális átalakítónak?
ÉRZÉKELŐK
Önellenőrző kérdések
1. Melyek az elfordulási szögérzékelő bemeneti és kimeneti koordinátái?
2. Melyek az eltolási szögérzékelő bemeneti és kimeneti koordinátái?
3. Milyen rendszerekben használhatók szögérzékelők és hibaérzékelők?
4. Hány tekercs és hol van a háromfázisú érintkező szinkron?
5. Melyek a selsyn bemeneti és kimeneti koordinátái?
6. Milyen üzemmódokban működhet a selsyn?
7. Milyen amplitúdójú üzemmódban működik egy szinkronizáló?
8. Mi a selsyn fázismódja?
9. Adjon meg egy képletet egy szinkronizáló vezérlési jellemzőinek kiszámításához amplitúdós üzemmódban!
10. Adjon meg egy képletet egy szinkronizáló vezérlési jellemzőinek kiszámításához fázis üzemmódban!
11. Milyen tényezők határozzák meg a szinkronizáló statikus hibáit, amelyek torzítják a vezérlési jellemzőit?
12. Mi okozza a forgásszög-érzékelő fordulatszám-hibáját a selsyn alapján?
13. Milyen üzemmódban működik a selsyn érzékelő és a selsyn vevő a mismatch szögérzékelő áramkörben, ha a selsyn vevő forgórészének EMF amplitúdóját és ennek az EMF fázisát használjuk kimeneti koordinátául?
14. Adjon meg egy képletet egy mismatch érzékelő szabályozási jellemzőinek kiszámításához két transzformátoros üzemmódban működő szinkronizáló alapján!
15. Melyek a selsyn alapú forgásszögérzékelők fő hátrányai?
16. Milyen célra használnak redukciós mérő fogaskerekeket az elfordulási szögérzékelők bemenetén?
17. Milyen célra használnak fellépő mérőműszereket az elfordulási szögérzékelők bemenetén?
18. Hogyan változik a szögmérési hiba redukciós mérőfogaskerekek használatakor?
19. Mikor célszerű diszkrét szögérzékelőket használni?
20. Melyek a főbb elemek a kódlemezre épülő digitális forgásszög-érzékelő tervezésében?
21. Miért van egy kódtárcsán alapuló digitális forgásszög-érzékelő vezérlési karakterisztikája lépcsőzetes karakter?
22. Adjon meg egy képletet a digitális elfordulási szögérzékelő diszkrét intervallumának kiszámításához kódlemez alapján!
23. Adjon meg egy képletet a digitális elfordulási szögérzékelő abszolút hibájának kiszámításához kódlemez alapján!
24. Milyen tervezési intézkedésekkel növelhető a kódlemez alapú digitális forgásszög-érzékelő bitkapacitása?
Szögsebesség érzékelők
DC tachogenerátor egyenáramú elektromos gép független gerjesztéssel vagy állandó mágnesekkel (5.6. ábra). Bemeneti koordináta TG - szögsebesség w, kimeneti feszültség U ki, a terhelési ellenálláshoz hozzárendelve.
E tg = kФw = I(R tg + R n),
Átviteli együttható TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- konstruktív állandó; F- mágneses gerjesztési fluxus; R tg- az armatúra tekercselés és a kefe érintkezésének ellenállása.
 |
A TG átviteli együtthatója szigorúan véve nem marad állandó, amikor a sebesség változik a kefe érintkezési ellenállásának és az armatúra reakciójának nemlinearitása miatt. Ezért kis és nagy sebességű zónákban bizonyos nemlinearitás figyelhető meg a szabályozási karakterisztikában (5.6. ábra, b). Az alacsony fordulatszámú zónában a nemlinearitás csökkenthető fémezett kefék használatával, alacsony feszültségeséssel. Az armatúra reakcióból adódó karakterisztika nemlinearitása a sebesség felülről történő korlátozásával és a terhelési ellenállás növelésével csökkenthető. Ezen tevékenységek végzésekor a TG szabályozási jellemzői szinte egyértelműnek tekinthetők.
28. Suim szabályozók.
1. Műveleti erősítőkön alapuló „input-output” osztályú analóg szabályozók
A szabályozók technológiai céljától függetlenül mindegyik 2 nagy osztályba sorolható:
„Input/output” osztályú paraméteres vezérlők (P-, PI-, PID- stb. vezérlők);
ACS állapotszabályozók (periodikus, modális stb.).
Az ES vezérlőrendszer működési diagramjain a szabályozók első osztálya átmeneti függvényként van jelölve.
1. Arányos vezérlő (P-vezérlő).
A szabályozó sematikus diagramja az ábrán látható. 4.19.
Feltételezzük, hogy a vezérlő bemenetén vezérlési hibajel van x ben, és x in = x h - x os. Ráadásul két ellenállás helyett R Z és R egy operációs rendszert használnak - R bemenet
U ki( t)=NAK NEK reg x ban ben( t).
2. Integrált szabályozó (I-szabályozó).
A szabályozó sematikus diagramja az ábrán látható. 4.22.
Rizs. 4.22. Egy integrált szabályozó sematikus diagramja
Vezérlő átviteli funkció
Ahol T TÉs = R VX VAL VEL 0 .
A szabályozó időzítési jellemzői:
U ki( t)=U ki (0)+ 1/ ( R VX VAL VEL 0)x ban ben( t)t.
P 
tranziens folyamat a vezérlőben nulla kezdeti feltételek mellett ( U A kimenet (0)=0) az ábrán látható formában lesz. 4.23.
Az integrált szabályozó működési diagramja az ábrán látható. 4.24.
3. Differenciálszabályzó (D-szabályzó).
A szabályozó sematikus diagramja az ábrán látható. 4.25.
Vezérlő átviteli funkció
Ahol T D az integrátor időállandója, T D = R 0 VAL VEL VH.
A szabályozó időzítési jellemzői:
U ki( t)=T D (t),
Ahol (t) a Dirac delta függvény.
A tranziens folyamat a szabályozóban az ábrán látható formában lesz. 4.26.
VAL VEL 
Megjegyzendő, hogy maguk a műveleti erősítők korlátozott frekvencia sávszélessége nem teszi lehetővé a tiszta (ideális) differenciálás megvalósítását. Ezen túlmenően, a differenciálszabályzók alacsony zajtűrése miatt kialakult a valódi differenciáló kapcsolatok használatának gyakorlata, és az ilyen szabályozók kapcsolási rajzai némileg eltérnek az 1. ábrán láthatóktól. 4.25.
A differenciálszabályzó működési diagramja az ábrán látható. 4.27.
4. Arányos-integrált vezérlő (PI vezérlő).
A szabályozó sematikus diagramja az ábrán látható. 4.28.
Vezérlő átviteli funkció
Ahol K REG - szabályozó átviteli együtthatója, K REG = R 0 /R VX;
TÉs az integrátor időállandója, TÉs = R VX VAL VEL 0 .
A szabályozó időzítési jellemzői:
U ki( t)=U ki (0) + ( K REG + t/ ( R VX VAL VEL 0))x ban ben( t).
A tranziens folyamat a vezérlőben nulla kezdeti feltételek mellett az ábrán látható formában lesz. 4.29.
Az arányos-integrális vezérlő átviteli függvényét gyakran nem két tag összegeként, hanem úgynevezett izodróm kapcsolatként mutatják be.
, (4.53)
Ahol T IZ az izodróm kapcsolat időállandója, T FROM = R 0 C 0 ,
TÉs a vezérlő integrációs ideje állandó, TÉs = R VX C 0 .
Az ACS struktúrában található PI vezérlő kompenzálja a vezérlőobjektum egy nagy időállandóját (lásd 8.1. szakasz).
Arányos differenciálszabályzó (PD vezérlő) A szabályozó sematikus diagramja az ábrán látható. 4.31.
Ahol K K REG = R 0 /R VX;
T D az integrátor időállandója, T D = R 0 VAL VEL VH.
A szabályozó időzítési jellemzői:
U ki( t)= K REG x ban ben( t) +T D (t),
Ahol (t) a Dirac delta függvény.
P 
A PD vezérlőben a tranziens folyamat az ábrán látható formában lesz. A 4.32. ábrán a szabályozó működési diagramja látható. 4.33.
Rizs. 4.32. Átmeneti folyamat a PD vezérlőben
6. Arányos-integrál-derivatív vezérlő (PID)
szabályozó)
A szabályozó sematikus diagramja az ábrán látható. 4.34.
Vezérlő átviteli funkció
Ahol K REG - szabályozó átviteli együtthatója, K REG = R 0 /R VX + C VX / VAL VEL 0 ;
TÉs az integrációs idő állandó, TÉs = R VX VAL VEL 0 ;
T D - differenciálási időállandó, T D = R 0 VAL VEL VH.
A szabályozó időzítési jellemzői:
U ki( t)=U ki (0) + K REG x ban ben( t) + (1/TÉS P) x ban ben( t) + T D (t),
Ahol (t) a Dirac delta függvény.
A tranziens folyamat a szabályozóban az ábrán látható formában lesz. A 4.35. ábrán a funkcionális diagram látható. 4.36.
A PI-szabályozóhoz hasonlóan a PID-szabályozó MM-jét gyakran másodrendű izodróm kapcsolatként ábrázolják.
, (4.56)
Ahol T IZ,1 , T IZ,2 - az izodróm kapcsolat időállandói; T IZ,1 = R 0 VAL VEL 0 ,T IZ,2 = =R bemenet VAL VEL bemenet
A PID-szabályozó a vezérlőobjektum két nagy időállandójának kompenzációját biztosítja, biztosítva a dinamikus folyamatok intenzitását az ACS-ben.
A cikk egy szabványos műveleti erősítőt tárgyal, és példákat mutat be az eszköz különféle üzemmódjaira. Ma már egyetlen vezérlőkészülék sem nélkülözheti erősítőket. Ezek valóban univerzális eszközök, amelyek lehetővé teszik különféle funkciók végrehajtását jellel. Megtudhatja, hogyan működik ez az eszköz, és pontosan mit tesz lehetővé ez az eszköz.
Invertáló erősítők
Az op-amp invertáló erősítő áramköre elég egyszerű, a képen is látszik. Műveleti erősítőn alapul (a csatlakozási áramköreit ebben a cikkben tárgyaljuk). Ráadásul itt:
- Feszültségesés van az R1 ellenálláson, értéke megegyezik a bemeneti ellenállással.
- R2 is van az ellenálláson - ez ugyanaz, mint a kimeneti.
Ebben az esetben a kimeneti feszültség és az R2 ellenállás aránya megegyezik a bemeneti feszültség R1-hez viszonyított arányával, de az ellenkező előjellel. Az ellenállás és a feszültség értékeinek ismeretében kiszámíthatja az erősítést. Ehhez el kell osztani a kimeneti feszültséget a bemeneti feszültséggel. Ebben az esetben a műveleti erősítő (csatlakozó áramkörei tetszőlegesek lehetnek) típustól függetlenül azonos erősítésű lehet.
Visszacsatolási művelet
Most közelebbről meg kell vizsgálnunk egy kulcsfontosságú pontot – a visszajelzés működését. Tegyük fel, hogy van valami feszültség a bemeneten. A számítások egyszerűsítése érdekében vegyük 1 V értékét. Tegyük fel azt is, hogy R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.
Most tegyük fel, hogy valamilyen váratlan helyzet állt elő, amelynek következtében a kaszkád kimenetén a feszültség 0 V-ra van állítva. Ezután egy érdekes kép figyelhető meg - két ellenállás párban kezd működni, együtt feszültségosztót hoznak létre. Az invertáló fokozat kimenetén 0,91 V szinten tartják a feszültséget. Ebben az esetben az op-amp lehetővé teszi a bemenetek közötti eltérés rögzítését, és a feszültség csökken a kimeneten. Ezért nagyon egyszerű olyan műveleti erősítő áramkört tervezni, amely például egy érzékelőből származó jelerősítő funkcióját valósítja meg.
És ez a változás addig tart, amíg a kimenet el nem éri a 10 V stabil értéket. Ebben a pillanatban a műveleti erősítő bemenetein a potenciálok egyenlőek lesznek. És ugyanazok lesznek, mint a Föld potenciálja. Másrészt, ha a készülék kimenetén a feszültség tovább csökken, és kisebb, mint -10 V, a bemeneti potenciál kisebb lesz, mint a földé. Ennek az a következménye, hogy a kimeneti feszültség növekedni kezd.
Ennek az áramkörnek van egy nagy hátránya - a bemeneti impedancia nagyon kicsi, különösen a nagy feszültségerősítő erősítőknél, ha a visszacsatoló áramkör zárva van. A tovább tárgyalt kialakítás pedig mindezen hiányosságoktól mentes.
Nem invertáló erősítő
Az ábrán egy nem invertáló műveleti erősítő áramköre látható. Az elemzés után több következtetést vonhatunk le:
- Az UA feszültségérték megegyezik a bemeneti feszültséggel.
- Az UA feszültséget eltávolítják az osztóból, amely megegyezik a kimeneti feszültség és R1 szorzatának az R1 és R2 ellenállások összegéhez viszonyított arányával.
- Abban az esetben, ha az UA értéke egyenlő a bemeneti feszültséggel, az erősítés megegyezik a kimeneti feszültség és a bemeneti feszültség arányával (vagy hozzáadhat egyet az R2 és R1 ellenállások arányához).
Ezt a kialakítást nem invertáló erősítőnek nevezik; szinte végtelen bemeneti impedanciája van. Például a 411-es sorozatú műveleti erősítőknél az értéke 1012 Ohm, a minimum. És a bipoláris félvezető tranzisztorokon alapuló műveleti erősítőkhöz általában 108 Ohm felett. De a kaszkád kimeneti impedanciája, valamint a korábban tárgyalt áramkörben nagyon kicsi - az ohm töredékei. És ezt figyelembe kell venni a műveleti erősítőket használó áramkörök kiszámításakor.
AC erősítő áramkör
A cikkben korábban tárgyalt mindkét áramkör működik De ha a bemeneti jelforrás és az erősítő közötti kapcsolat váltakozó áramú, akkor az eszköz bemenetén lévő áramot földelni kell. Sőt, figyelni kell arra a tényre, hogy az aktuális érték rendkívül kicsi.
Az AC jelek erősítése esetén a DC jel erősítését egységnyire kell csökkenteni. Ez különösen igaz azokra az esetekre, amikor a feszültségerősítés nagyon nagy. Ennek köszönhetően jelentősen csökkenthető a készülék bemenetére vezérelt nyírófeszültség hatása.
Második példa a váltakozó feszültséggel működő áramkörre
Ebben az áramkörben -3 dB szinten láthatja a megfelelést a 17 Hz-es frekvenciának. Rajta a kondenzátor impedanciája két kiloohm szinten van. Ezért a kondenzátornak elég nagynak kell lennie.
AC erősítő építéséhez nem invertáló típusú műveleti erősítő áramkört kell használnia. És elég nagy feszültségerősítéssel kell rendelkeznie. De a kondenzátor túl nagy lehet, ezért jobb, ha nem használja. Igaz, ki kell választania a megfelelő nyírófeszültséget, és ennek értékét nullával kell egyenlővé tenni. Vagy használhat T-alakú osztót, és növelheti az áramkör mindkét ellenállásának ellenállását.
Melyik sémát érdemes használni?
A legtöbb tervező a nem invertáló erősítőket részesíti előnyben, mert nagyon nagy bemeneti impedanciájuk van. És figyelmen kívül hagyják az invertáló típusú áramköröket. De az utóbbinak hatalmas előnye van - nem igényes magára a műveleti erősítőre, amely a „szíve”.
Ráadásul a tulajdonságai valójában sokkal jobbak. A képzeletbeli földelés segítségével pedig könnyedén kombinálhatod az összes jelet, és ezek semmilyen hatással nem lesznek egymásra. Műveleti erősítőn alapuló egyenáramú erősítő áramkör is használható a tervezésben. Minden az igényektől függ.
És az utolsó dolog az, ha az itt tárgyalt teljes áramkör egy másik op-amp stabil kimenetére van csatlakoztatva. Ebben az esetben a bemeneti impedancia értéke nem játszik jelentős szerepet - legalább 1 kOhm, legalább 10, legalább a végtelen. Ebben az esetben az első kaszkád mindig a következőhöz képest látja el funkcióját.
Ismétlő áramkör
A műveleti erősítő alapú átjátszó a bipoláris tranzisztorra épített emitterhez hasonlóan működik. És hasonló funkciókat lát el. Lényegében ez egy nem invertáló erősítő, amelyben az első ellenállás ellenállása végtelenül nagy, a másodiké pedig nulla. Ebben az esetben a nyereség egyenlő az egységgel.
Vannak speciális típusú műveleti erősítők, amelyeket a technológia csak átjátszó áramkörökhöz használ. Sokkal jobb tulajdonságokkal rendelkeznek - általában nagy teljesítményűek. Ilyenek például az olyan műveleti erősítők, mint az OPA633, LM310, TL068. Ez utóbbinak van egy tranzisztorhoz hasonló teste, valamint három terminálja. Nagyon gyakran az ilyen erősítőket egyszerűen puffereknek nevezik. A helyzet az, hogy szigetelő tulajdonságokkal rendelkeznek (nagyon magas bemeneti impedancia és rendkívül alacsony kimenet). Körülbelül ugyanezt az elvet alkalmazzák egy műveleti erősítőn alapuló áramerősítő áramkör felépítéséhez.
Aktív mód
Lényegében ez egy olyan üzemmód, amelyben a műveleti erősítő kimenetei és bemenetei nincsenek túlterhelve. Ha nagyon nagy jelet adnak az áramkör bemenetére, akkor a kimeneten egyszerűen vágni kezd a kollektor vagy az emitter feszültségszintjének megfelelően. De ha a kimeneti feszültséget a levágási szinten rögzítik, az op-amp bemeneteinek feszültsége nem változik. Ebben az esetben a hatótávolság nem lehet nagyobb, mint a tápfeszültség
A legtöbb műveleti erősítő áramkört úgy tervezték, hogy ez a kilengés 2 V-tal kisebb, mint a tápfeszültség, de minden a használt műveleti erősítő áramkörétől függ. A műveleti erősítőn alapuló stabilitásra ugyanaz a korlátozás vonatkozik.
Tegyük fel, hogy van egy bizonyos feszültségesés egy lebegő terhelésű forrásban. Ha az áram normál irányban mozog, első pillantásra furcsának tűnő terhelésbe ütközhet. Például több fordított polaritású elem. Ezzel a kialakítással lehet egyenáramot tölteni.
Néhány óvintézkedés
Egy egyszerű műveleti erősítőn alapuló feszültségerősítő (bármilyen áramkör választható) szó szerint „térdre” készíthető. De figyelembe kell vennie néhány funkciót. Feltétlenül meg kell győződni arról, hogy az áramkörben a visszacsatolás negatív. Ez is arra utal, hogy elfogadhatatlan az erősítő nem invertáló és invertáló bemeneteinek összemosása. Ezenkívül egy visszacsatoló huroknak egyenáramhoz kell lennie. Ellenkező esetben az op-amp gyorsan telítődni fog.
A legtöbb műveleti erősítőnek nagyon kicsi a bemeneti differenciálfeszültsége. Ebben az esetben a nem invertáló és az invertáló bemenetek közötti maximális különbség 5 V-ra korlátozható az áramforrás bármely csatlakoztatása esetén. Ha ezt a feltételt figyelmen kívül hagyják, meglehetősen nagy áramértékek jelennek meg a bemeneten, ami az áramkör összes jellemzőjének romlásához vezet.
A legrosszabb ebben az, hogy a műveleti erősítő fizikailag megsemmisül. Ennek eredményeként a műveleti erősítő áramköre teljesen leáll.
Meg kellene fontolni
És természetesen beszélnünk kell azokról a szabályokról, amelyeket be kell tartani a műveleti erősítő stabil és tartós működése érdekében.
A legfontosabb dolog az, hogy az op-amp nagyon nagy feszültségerősítéssel rendelkezik. Ha pedig a bemenetek közötti feszültség a millivolt töredékével változik, akkor annak értéke a kimeneten jelentősen megváltozhat. Ezért fontos tudni: a műveleti erősítő kimenete igyekszik gondoskodni arról, hogy a bemenetek közötti feszültségkülönbség nullához közeli (ideális esetben egyenlő) legyen.
A második szabály az, hogy a műveleti erősítő áramfelvétele rendkívül kicsi, szó szerint nanoamper. Ha térhatású tranzisztorok vannak beépítve a bemenetekre, akkor pikoamperben számítják. Ebből arra következtethetünk, hogy a bemenetek nem fogyasztanak áramot, függetlenül attól, hogy melyik műveleti erősítőt használják, az áramkör - a működési elv ugyanaz marad.
De nem szabad arra gondolni, hogy az op-amp valóban folyamatosan változtatja a feszültséget a bemeneteken. Fizikailag ezt szinte lehetetlen megvalósítani, mivel a második szabállyal nem lenne összhangban. A műveleti erősítőnek köszönhetően minden bemenet állapota kiértékelésre kerül. Külső visszacsatoló áramkör segítségével a kimenetről feszültség kerül a bemenetre. Az eredmény az, hogy a műveleti erősítő bemenetei közötti feszültségkülönbség nulla.
Visszajelzés koncepció
Ez egy elterjedt fogalom, és már tág értelemben használják a technológia minden területén. Minden vezérlőrendszernek van visszacsatolása, amely összehasonlítja a kimeneti jelet a beállított értékkel (referencia). Attól függően, hogy mi az aktuális érték, a beállítás a kívánt irányba történik. Sőt, a vezérlőrendszer bármi lehet, akár egy úton haladó autó is.
A vezető lenyomja a féket, és a visszajelzés itt a lassítás kezdete. Ha egy ilyen egyszerű példával analógiát vonunk le, jobban megérthetjük az elektronikus áramkörök visszacsatolását. Negatív visszajelzés pedig az, ha a fékpedál lenyomásakor az autó felgyorsul.
Az elektronikában a visszacsatolás az a folyamat, amelynek során a jel a kimenetről a bemenetre kerül. Ebben az esetben a bemeneten lévő jel is elnyomódik. Ez egyrészt nem túl ésszerű ötlet, mert kívülről úgy tűnhet, hogy a nyereség jelentősen csökkenni fog. Egyébként az elektronikai visszacsatolás fejlesztésének megalapítói kaptak ilyen visszajelzéseket. De érdemes részletesebben megérteni a műveleti erősítőkre gyakorolt hatását - fontolja meg a gyakorlati áramköröket. És világossá válik, hogy valójában kissé csökkenti az erősítést, de lehetővé teszi más paraméterek enyhe javítását:
- Simítsa ki a frekvenciakarakterisztikát (a kívánt szintre hozza őket).
- Lehetővé teszi az erősítő viselkedésének előrejelzését.
- Képes a nemlinearitás és a jeltorzítás kiküszöbölésére.
Minél mélyebb a visszacsatolás (negatívról beszélünk), annál kevésbé befolyásolják a nyílt hurkú karakterisztikát az erősítőn. Az eredmény az, hogy minden paramétere csak attól függ, hogy az áramkör milyen tulajdonságokkal rendelkezik.
Érdemes odafigyelni arra, hogy minden műveleti erősítő nagyon mély visszacsatolású üzemmódban működik. A feszültségerősítés pedig (a nyílt hurkával) akár több milliót is elérhet. Ezért a műveleti erősítő erősítő áramköre rendkívül szigorú a tápellátás és a bemeneti jelszint összes paraméterének való megfelelés szempontjából.
A vezérlő kiszámítja az eltérést, és egy bizonyos matematikai műveletnek megfelelően vezérlőműveletté alakítja. A VSAU főként a következő típusú vezérlőket használja: arányos (P), integrál (I), arányos-integrál (PI), arányos-integrál-derivatív (PID). Az átalakított jelek típusától függően analóg és digitális szabályozókat különböztetnek meg. Analóg szabályozók (AR) műveleti erősítőkön alapulnak, digitális - speciális számítástechnikai eszközökön vagy mikroprocesszorokon alapulnak. Az analóg vezérlők csak olyan analóg jeleket alakítanak át, amelyek az idő folyamatos függvényei. Az AP-n való áthaladáskor a folyamatos jel minden pillanatnyi értéke átalakul.
Az AR megvalósításához egy műveleti erősítőt (op-amp) kell csatlakoztatni egy összegző erősítő áramkör szerint, negatív visszacsatolással. A szabályozó típusát és átviteli funkcióját az ellenállások és kondenzátorok csatlakoztatására szolgáló áramkör határozza meg a bemeneti áramkörökben és a műveleti erősítő visszacsatolásában.
A szabályozók elemzése során két fő feltételezéssel fogunk élni, amelyek magas fokozat A pontosság teljesül a negatív visszacsatolású műveleti erősítőnél lineáris üzemmódban:
Differenciális bemeneti feszültség U op-amp bemenet egyenlő nullával;
Az op-amp invertáló és nem invertáló bemenetei nem fogyasztanak áramot, pl. bemeneti áramok (2.2. ábra). Mivel a nem invertáló bemenet a „nulla” buszra van kötve, így az első feltevés szerint az invertáló bemenet φa potenciálja is nulla.
Rizs. 2.2. Egy arányos szabályozó működési diagramja
A (2.1) egyenletben a változók növekményére lépve és a Laplace-transzformáció segítségével megkapjuk a P-szabályozó átviteli függvényét:
Ahol - arányos nyereség.
Így a P-szabályozóban a hibajel arányos erősítését (állandóval szorozva) hajtják végre. u verseny
Az együttható egynél nagyobb vagy kisebb lehet. ábrán. 2.3 mutatja a függőséget u nál nél = f(t) P-szabályozó, ha a hibajel megváltozik u verseny
Egy integrált szabályozó (I-regulátor) úgy valósul meg, hogy egy C műveleti erősítő kondenzátort csatlakoztatunk a visszacsatoló áramkörben lévő műveleti erősítőhöz (2.4. ábra). Az I vezérlő átviteli funkciója
hol van az integráció állandója, s.
Rizs. 2.4. Integrált szabályozó működési diagramja
Az I vezérlő integrálja a hibajelet u verseny
Az arányos-integrált vezérlő (PI vezérlő) úgy valósul meg, hogy a visszacsatoló hurokba egy R OU ellenállást és egy C OU kondenzátort helyezünk be (2.6. ábra).
Rizs. 2.6. A PI szabályozó működési diagramja
A PI vezérlő átviteli funkciója
az arányos és integrál vezérlők átviteli függvényeinek összege. Mivel a PI vezérlő rendelkezik a P és I vezérlők tulajdonságaival, egyidejűleg végzi a hibajel arányos erősítését és integrálását u verseny
Az arányos-integrál-derivatív szabályozót (PID szabályzót) a legegyszerűbb esetben úgy valósítjuk meg, hogy a PI szabályozóban a C 3 és C OS kondenzátorokat párhuzamosan kapcsoljuk az R 3 és R OC ellenállásokkal (2.8. ábra).
Rizs. 2.8. A PID szabályozó működési diagramja
PID szabályozó átviteli funkciója
ahol a PID szabályozó arányos erősítése; - a differenciálódás állandója; - integrációs állandó; ; .
A PID szabályozó átviteli függvénye az arányos, integrál és differenciális szabályozók átviteli függvényeinek összege. A PID vezérlő a hibajel egyidejű arányos erősítését, differenciálását és integrálását végzi u verseny
17 Kérdés AEP koordináta érzékelők.
Az érzékelő blokkvázlata. Az AED (automatizált elektromos hajtás) érzékelőket használ a visszacsatoló jelek vezérlésére a szabályozott koordinátákon. Érzékelő egy olyan eszköz, amely az AED vezérelt koordinátájának állapotáról tájékoztat azáltal, hogy kölcsönhatásba lép vele, és az erre a kölcsönhatásra adott reakciót elektromos jellé alakítja.
Az AED-ben elektromos és mechanikai koordinátákat vezérelnek: áram, feszültség, EMF, nyomaték, fordulatszám, elmozdulás stb. Mérésükhöz megfelelő érzékelőket használnak.
Az AED koordináta-érzékelő szerkezetileg egy mérőátalakító (MT) és egy illesztőeszköz (CU) soros csatlakozásaként ábrázolható (2.9. ábra). A mérőátalakító átalakítja a koordinátát x elektromos feszültségjelben És(vagy aktuális én), arányos x . Az illesztő eszköz átalakítja a kimeneti jelet És IP visszacsatoló jelbe u OS , amely méretében és alakjában kielégíti az önjáró lövegeket.
Rizs. 2.9. Az AEP koordináta érzékelő blokkvázlata
Áramérzékelők. Az áramérzékelőket (CT) úgy tervezték, hogy információkat szerezzenek a motoráram erősségéről és irányáról. Az alábbi követelmények vonatkoznak rájuk:
A szabályozási jellemzők linearitása a 0,1 I nom és 5 I nom tartományban legalább 0,9;
Az áramkör és a vezérlőrendszer galvanikus leválasztásának rendelkezésre állása;
Nagy teljesítményű.
A DT-ben mérőátalakítóként áramváltókat, simítófojtók kiegészítő (kompenzációs) tekercseit, Hall elemeket és sönteket használnak.
A sönteken alapuló áramérzékelőket széles körben használják a motoráram mérésére. Shunt egy négypólusú, tisztán aktív ellenállású ellenállás R sh (nem induktív sönt), az áramkör az áramkapcsokra, a mérőáramkör pedig a potenciálkapcsokra csatlakozik.
Ohm törvénye szerint a feszültségesés az aktív ellenálláson és=R w én.
A söntnek a motor áramkörében való áram áthaladására gyakorolt hatásának csökkentése érdekében ellenállásának minimálisnak kell lennie. A sönt névleges feszültségesése általában 75 mV, ezért a szükséges értékekre (3,0...3,5 V) fel kell erősíteni. Mivel a sönt potenciálkapcsolatban van az áramkörrel, az áramérzékelőnek tartalmaznia kell egy galvanikus leválasztó eszközt. Ilyen eszközként transzformátorokat és optoelektronikai eszközöket használnak. A söntre épülő áramérzékelő blokkvázlata a ábrán látható. 2.13.
Rizs. 2.13. Sönt alapú áramérzékelő blokkvázlata
Jelenleg az aktuális érzékelők alapján Csarnok elemek, amelyek félvezető anyagból készülnek vékony lemez vagy film formájában (2.14. ábra). Amikor egy I X elektromos áram áthalad egy mágneses térre merőlegesen elhelyezkedő lemezen indukcióval BAN BEN, Hall emf indukálódik a lemezben e X:
ahol az anyag tulajdonságaitól és a lemez méreteitől függő együttható.
Feszültségérzékelők. BAN BEN Az ellenállásos feszültségosztókat elektromos hajtásban feszültségmérő átalakítóként használják (2.16. ábra).
Rizs. 2.16. Feszültségérzékelő működési diagramja
Osztó kimeneti feszültsége.
EMF érzékelők. A fordulatszám-szabályozási tartomány alacsony követelményei mellett (50-ig) az EMF visszacsatolást használják fő visszacsatolásként az elektromos hajtásban.
Rizs. 2.17. Az armatúra EMF érzékelő működési diagramja
Sebesség érzékelők. A motor forgórészének szögsebességével arányos elektromos jel eléréséhez tachogenerátorokat és impulzussebesség-érzékelőket használnak. A tachogenerátorokat analóg automatikus vezérlőrendszerekben használják, az impulzusokat - a digitálisokban.
A fordulatszám-érzékelőkre szigorú követelmények vonatkoznak a vezérlési jellemzők linearitására, a kimeneti feszültség stabilitására és a hullámosság szintjére, mivel ezek határozzák meg a hajtás egészének statikus és dinamikus paramétereit.
Az állandó mágneses egyenáramú tachogenerátorok széles körben elterjedtek az elektromos hajtásokban. A fordított pulzáció csökkentésére tachogenerátorok vannak beépítve az elektromos motorba.
Az impulzusos fordulatszám-érzékelőkben elsődleges mérőátalakítóként impulzusos elmozdulás-átalakítókat használnak, amelyekben az impulzusok száma arányos a tengely elfordulási szögével.
Helyzetérzékelők. BAN BEN Jelenleg az elektromos hajtásokban indukciós és fotoelektronikai konvertereket használnak a gépek és mechanizmusok mozgó alkatrészeinek mozgásának mérésére.
Az indukciós transzformátorok közé tartoznak a forgó transzformátorok, a szelzinok és az induktozinok. Az induktozinok lehetnek körkörösek vagy lineárisak.
Forgó transzformátorok (VT) váltóáramú elektromos mikrogépeknek nevezzük, amelyek az α forgásszöget ezzel a szöggel arányos szinuszos feszültséggé alakítják. Az automatikus vezérlőrendszerben forgó transzformátorokat használnak eltérésmérőként, amelyek rögzítik a rendszer eltérését egy bizonyos meghatározott pozíciótól.
A forgó transzformátor két azonos egyfázisú elosztott tekercseléssel rendelkezik az állórészen és a forgórészen, egymáshoz képest 90°-kal eltolva. A rotor tekercselésének feszültségét csúszógyűrűk és kefék vagy gyűrűs transzformátorok segítségével távolítják el.
A VT működési elve szinuszos üzemmódban az állórész pulzáló mágneses fluxusa által a forgórész tekercsében indukált feszültségnek az állórész és a forgórész tekercseinek tengelyeinek szöghelyzetétől való függésén alapul.
Selsin egy váltakozó áramú elektromos mikrogép, két tekercseléssel: gerjesztéssel és szinkronizálással. A gerjesztő tekercs fázisainak számától függően egy- és háromfázisú szinkronokat különböztetnek meg. A szinkronizáló tekercs mindig háromfázisú. Az önjáró fegyverekben széles körben használják a gyűrűs transzformátorral ellátott érintésmentes szinkronokat.
A gyűrűs transzformátorral ellátott érintésmentes szinkronizáló szinkrontekercse az állórész réseiben, a gerjesztő tekercs a szinkronizáló forgórészének réseiben vagy kimondott pólusain található. A gyűrűs transzformátor sajátossága, hogy az elsődleges tekercs az állórészen, a szekunder tekercs pedig a forgórészen található. A tekercsek gyűrűk formájában vannak elhelyezve egy mágneses rendszerben, amely az állórész és a forgórész gyűrűs mágneses magjaiból áll, amelyeket a forgórészen belső, az állórészen pedig egy külső mágneses áramkör köt össze. Az önjáró fegyverekben a szinkronokat amplitúdó- és fázisforgatási módokban használják.
A szinzin tekercsek amplitúdó üzemmódban történő bekapcsolásának kapcsolási rajza az ábrán látható. 2.19. A szinkronizáló bemeneti koordinátája ebben az üzemmódban a forgórész τ elfordulási szöge. A fázistekercs középvonalát tekintjük referenciapontnak A.
Rizs. 2.19. A szinzin tekercsek bekapcsolásának funkcionális diagramja amplitúdó üzemmódban
A szinzin tekercsek fáziseltolásos üzemmódban történő bekapcsolásának kapcsolási rajza az ábrán látható. 2.20. A szinkronizáló bemeneti koordinátája ebben az üzemmódban a τ elforgatási szög, a kimeneti koordináta pedig a kimeneti EMF φ fázisa e ki a váltakozó tápfeszültséghez képest.
Rizs. 2.20. A szinzin tekercsek bekapcsolásának működési diagramja fázisforgató üzemmódban
18 Kérdés Impulzusfázisú vezérlőrendszerek. A tirisztoros szabályozás elvei.
Az egyenirányítókban a tirisztorokat vezérelt kapcsolóként használják. A tirisztor kinyitásához két feltételnek kell teljesülnie:
Az anódpotenciálnak meg kell haladnia a katódpotenciált;
A vezérlőelektródára nyitó (vezérlő) impulzust kell alkalmazni.
Abban a pillanatban, amikor pozitív feszültség jelenik meg a tirisztor anódja és katódja között, ezt nevezzük a természetes megnyílás pillanata. A nyitási impulzus beadása a természetes nyitás pillanatához képest nyitási szöggel késleltethető. Ennek eredményeként a tirisztoron áthaladó áram megkezdése késik, és az egyenirányító feszültsége szabályozva van.
Az egyenirányító tirisztorok vezérléséhez impulzus-fázisú vezérlőrendszert (PPCS) használnak, amely a következő funkciókat látja el:
Meghatározza azokat a pillanatokat, amikor bizonyos specifikus tirisztoroknak ki kell nyílniuk; ezeket az időpillanatokat egy vezérlőjel állítja be, amely az ACS kimenetéről érkezik a SIFU bemenetére;
Az átvitt nyitóimpulzusok kialakulása én a megfelelő időben a tirisztorok vezérlőelektródáira, a szükséges amplitúdóval, teljesítménnyel és időtartammal.
A nyitóimpulzusok természetes nyitási ponthoz viszonyított eltolásának elérésének módszere szerint vízszintes, függőleges és integráló szabályozási elveket különböztetnek meg.
Vízszintes szabályozásnál (2.28. ábra), a vezérlő váltakozó szinuszos feszültség u y fázison kívül van (vízszintesen) a feszültséghez képest u 1, táplálja az egyenirányítót. Az idő egy pillanatában ωt=α A vezérlőfeszültségből téglalap alakú nyitóimpulzusok jönnek létre U GT . A vízszintes vezérlést gyakorlatilag nem használják az elektromos hajtásokban, ami az α szögszabályozás korlátozott tartományának köszönhető (kb. 120°).
Függőleges szabályozásnál (2.29. ábra) a nyitóimpulzusok betáplálási pillanata akkor kerül meghatározásra, ha a vezérlőfeszültség egyenlő u y (állandó alakú) változó referenciafeszültséggel (függőleges). A feszültségegyenlőség pillanatában téglalap alakú impulzusok jönnek létre U gt.
Integráló vezérlésnél (2.30. ábra) a nyitóimpulzusok betáplálási pillanata akkor kerül meghatározásra, ha a váltakozó vezérlőfeszültség egyenlő és atállandó referenciafeszültséggel U o p. A feszültségegyenlőség pillanatában téglalap alakú impulzusok jönnek létre U gt.
Rizs. 2.28. A vízszintes szabályozás elve
Rizs. 2.29. A függőleges szabályozás elve
Rizs. 2.30. Integráló vezérlési elv
Az a nyitási szög számítási módszere szerint a SIFU-kat többcsatornásra és egycsatornásra osztják. A többcsatornás SIFU-kban az egyenirányító egyes tirisztorainak a szögét a saját csatornájában mérik, az egycsatornásoknál - az összes tirisztor egy csatornájában. Az ipari elektromos hajtásokban túlnyomórészt függőleges szabályozási elvű többcsatornás SIFU-kat alkalmaznak.