Para simplificar o processo de construção de um regulador de corrente em amplificadores operacionais, transformamos seu PF (8) da seguinte forma:
(8")
O primeiro termo em (8") é o produto dos links isodrômicos e aperiódicos, o segundo é o link aperiódico, o terceiro é o link diferenciador inercial. Do curso de Eletrônica você sabe como montar esses links em amplificadores operacionais.
Figura 10 – Regulador de corrente em amplificadores operacionais
O circuito, como pode ser visto, consiste em três ramos paralelos, que são fechados pelas saídas do somador inversor do amplificador operacional, portanto o sinal de saída você 2
será invertido em relação à entrada você 1
. Se a aprovação for necessária você 1
E você 2
Será necessário instalar um inversor adicional na saída do somador. Esta técnica foi aplicada no ramo intermediário do circuito, uma vez que o enlace aperiódico é construído sobre um amplificador operacional inversor. O ramo superior é responsável pela PF 
. O produto dos enlaces isodrômicos e aperiódicos é feito conectando seus circuitos em série em amplificadores operacionais inversores, e como cada enlace inverte o sinal, não é necessária a correspondência entre a entrada e a saída do ramo superior. O ramo inferior, que implementa o link dinâmico inercial, não inverte o sinal de entrada.
Vamos calcular os parâmetros do circuito. Sabe-se que
Tendo perguntado R 1 =R 3 =R 5 =R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 Ohm, R 13 = 300 Ohm, R 14 = 50 Ohm, conseguimos isso COM 1 =
=
= 240 µF, COM 2 =COM 3 =
=
= 10 µF, COM 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380Ohm, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 Ohm, R 7 = 110 Ohm, R 15 =
=
= 
= 310Ohm.
2.3AmLahx - um programa para construir parâmetros assintóticos e sintetizar controladores usando o método dos parâmetros desejados
2.3.1 Informações gerais sobre o programa
O programa AmLAHX foi projetado para ser executado no ambiente MatLab6.0 ou superior e fornece ao usuário os seguintes recursos:
possui uma interface GUI;
constrói LFCs assintóticos de objetos dinâmicos especificados na forma de funções de transferência;
constrói interativamente o LFC desejado de um sistema de malha aberta de acordo com critérios de qualidade especificados, inclusive, o programa permite ao usuário selecionar seções correspondentes (suas inclinações) dependendo do tipo de LFC do objeto de controle;
fornece subtração automática do LFC do sistema de malha aberta do LFC do objeto de controle e, assim, construindo o LFC do controlador, retorna as frequências conjugadas e inclinações das assíntotas, o que torna bastante fácil escrever sua função de transferência usando o LFC do controlador (nas versões posteriores o programa fará isso automaticamente);
Todos os LFCs são plotados indicando as inclinações das assíntotas; o usuário pode determinar as cores de cada LFC separadamente, bem como o formato das inscrições nos gráficos (espessura, altura).
2.3.2 Linha de comando do programa
A linha de comando completa para executar o programa é:
aa=amlahx( número,covil, bandeira, parâmetro),
Onde número E covil- numerador e denominador do PF do objeto de controle, respectivamente, número E covil devem ser vetores escritos em formato MatLab (ver exemplo abaixo);
bandeira- modo de operação (1 (padrão) ou 2);
parâmetro- um vetor de 6 elementos (números), 1, 2 e 3 elementos, respectivamente, são a espessura dos LFCs da OU, RS e CU, 4, 5 e 6 são as cores desses LFCs (por padrão, a espessura de todos os LFCs é 1, as cores são vermelho, azul e verde, respectivamente).
AmLAHX sem parâmetros funciona em modo de demonstração, neste caso
número= ,covil = ,bandeira= 2.
DISPOSITIVOS TÍPICOS DE SISTEMAS DE CONTROLE
Reguladores
Função importante sistemas modernos automação é a regulação de suas coordenadas, ou seja, manter os valores exigidos com a precisão necessária. Esta função é implementada através de um grande número de elementos diferentes, entre os quais os reguladores são de suma importância.
Regulador realiza a transformação do sinal de controle correspondente às operações matemáticas exigidas pelas condições de operação do sistema de controle. As operações típicas necessárias incluem as seguintes transformações de sinal: proporcional, integral proporcional, integral proporcional-diferencial.
A base do regulador analógico é um amplificador operacional - um amplificador de corrente contínua, que, na ausência de feedback, possui alto ganho. Amplificadores operacionais integrados são mais amplamente utilizados. Um amplificador operacional é uma estrutura de múltiplos estágios na qual se pode distinguir um amplificador diferencial de entrada ( DU) com entradas inversas e diretas, amplificador de tensão ( UN), implementando alto ganho e um amplificador de potência ( MENTE), fornecendo a capacidade de carga necessária do amplificador operacional. O diagrama funcional do amplificador operacional é mostrado na Fig. 4.1. O design de chip único e pequeno porte do amplificador operacional garante alta estabilidade dos parâmetros, o que possibilita a obtenção de um alto ganho DC. Pontos derivados do diagrama Kl, K2, KZ projetado para conectar circuitos de correção externos que reduzem o ganho em altas frequências e aumentam a estabilidade do amplificador com feedback. Sem circuitos de correção, em frequências suficientemente altas, quando o atraso de fase acumulado é de 180°, o sinal do feedback muda e, com um grande ganho, o amplificador operacional se autoexcita e entra no modo de autooscilação. Na Fig. 4.1 são utilizadas as seguintes notações: Acima- tensão de alimentação do amplificador; Você, você- tensão de controle de entrada através da entrada inversa do amplificador; Você faz as malas- tensão de controle de entrada via entrada direta do amplificador; Você está fora- tensão de saída do amplificador. Todas as tensões acima são medidas em relação ao fio comum de uma fonte de alimentação bipolar.
Os circuitos de conexão do amplificador operacional são mostrados na Fig. 4.2. O estágio diferencial do amplificador operacional possui duas entradas de controle: direto com potencial Você faz as malas e inverso com potencial Você, você(Fig. 4.2, A).
 |
A tensão de saída do amplificador é determinada pelo produto do ganho e da diferença de potencial das entradas do amplificador, ou seja
U out = k уо (U up - U уу) = k уо U у,
Onde você- ganho diferencial do amplificador operacional; Você- tensão diferencial de entrada do amplificador, ou seja, a tensão entre as entradas direta e inversa. Ganho diferencial de amplificadores operacionais integrados na ausência de feedback.
Em relação às tensões de entrada Você vhp E Você que a tensão de saída é determinada pela diferença
U out = k up U in - k ui U in,
onde estão os ganhos diretos de entrada pacote k e por entrada inversa ok, você determinado pelo circuito de comutação do amplificador. Para o circuito de comutação de entrada direta mostrado na Fig. 4.3, b, o ganho é determinado pela fórmula
,
e para o circuito de comutação de entrada inversa mostrado na Fig. 4.3, V, - de acordo com a fórmula
Para construir vários circuitos reguladores, geralmente é usado um circuito amplificador operacional com entrada inversa. Normalmente, os reguladores devem ter múltiplas entradas. Os sinais de entrada são fornecidos ao ponto 1 (Fig. 4.2, V) através de resistências de entrada individuais. As funções de transferência necessárias dos reguladores são obtidas devido a resistências capacitivas ativas complexas no circuito de feedback Z os e em circuitos de entrada Z em. Função de transferência do regulador em relação a qualquer uma das entradas sem levar em conta a inversão da tensão de saída
. (4.1)
Dependendo do tipo de função de transferência, o amplificador operacional pode ser considerado como um ou outro regulador funcional. Futuramente, para implementar reguladores, consideraremos apenas circuitos de comutação baseados na entrada inversa.
Controlador proporcional (controlador P) - Este é o amplificador operacional de feedback apertado mostrado na Fig. 4.3, A. Sua função de transferência
W(p) = kP, (4.2)
Onde k P- coeficiente de ganho do regulador P.
Como segue da função de transferência (4.2), dentro da largura de banda do amplificador operacional, a resposta de frequência de amplitude logarítmica (LAFC) do regulador P é paralela ao eixo de frequência c, e a fase é zero (Fig. 4.3, b).
Controlador integral (regulador I)é obtido incluindo um capacitor no circuito de realimentação, como mostrado na Fig. 4.4, A, ao integrar o sinal de entrada e a função de transferência do controlador
 |
, (4.3)
Onde T e = R em C os- constante de integração.
Como segue em (4.3), a mudança de fase do sinal de saída é igual a - p/ 2, o LFC tem uma inclinação de -20 dB/dec e a resposta de frequência de fase logarítmica (LPFR) é paralela ao eixo de frequência c(Fig. 4.4, b).
Controlador integral proporcional (controlador PI ) é obtido pela conexão paralela de reguladores P e I, ou seja
A função de transferência (4.4) pode ser obtida em um amplificador operacional incluindo reatância ativa-capacitiva em seu feedback Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), como mostrado na Fig. 4,5, A.
Então, de acordo com (4.1)
,
Onde T 1 = R os C os; T I = R em C os; k P = R os / R in.
As características de frequência logarítmica do controlador PI são mostradas na Fig. 4,5, b.
Controlador diferencial proporcional (controlador PD)é obtido pela conexão paralela de um regulador P e um regulador D diferencial, ou seja
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
A função de transferência (4.5) é obtida conectando um capacitor ao resistor de entrada do amplificador operacional, conforme mostrado na Fig. 4.6, A. Então, levando em consideração (4.1), temos
Onde T 1 = R em C em; k P = R os / R in.
 |
As características de frequência logarítmica do controlador PD são mostradas na Fig. 4.6, b.
Controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID). Este regulador é obtido pela conexão paralela de três reguladores - regulador P, regulador I e regulador D. Sua função de transferência tem a forma
. (4.6)
A função de transferência (4.6) pode sempre ser implementada pela conexão paralela de um controlador PD e um controlador I, que possuem, respectivamente, funções de transferência (4.5) e (4.3). Neste caso, o circuito controlador PID pode ser implementado utilizando três amplificadores operacionais. O primeiro amplificador implementa a função de um regulador PD (Fig. 4.6, A), o segundo amplificador é a função do regulador I (Fig. 4.4, A), terceiro amplificador (Fig. 4.3, A) é a função de somar os sinais de saída do primeiro e do segundo amplificadores.
Se os parâmetros k P, T eu E T D impor uma restrição
então a função de transferência (4.6) pode ser escrita como
, (4.7)
Onde k P = (T 1 +T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
Um controlador PID com função de transferência (4.7) é uma conexão sequencial de um controlador PD e um controlador PI e pode ser implementado em um único amplificador operacional com resistência no circuito de feedback
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
e resistência no circuito de entrada
.
Neste caso, as constantes de tempo do controlador T 1 = R em C em, T 2 =R os C os, T 0 =R em C os.
 |
O circuito controlador PID para um amplificador é mostrado na Fig. 4.7, A, e suas características de frequência logarítmica na Fig. 4.7, b.
Os circuitos considerados do controlador PD e do controlador PID possuem capacitores nos circuitos de entrada do amplificador, que para interferência de alta frequência representam uma resistência próxima de zero. Para aumentar a estabilidade dos reguladores, você pode conectar um resistor adicional com uma resistência pequena (pelo menos uma ordem de grandeza menor que a capacitância do capacitor) em série com o capacitor.
Os reguladores, sua operação e implementações técnicas são discutidos com mais detalhes em /1/.
Perguntas de autoteste
1. Qual a função dos reguladores do sistema de automação?
2. Quais transformações típicas do sinal de controle são realizadas pelos reguladores de sistemas de automação?
3. Qual é a base para a construção da maioria dos reguladores analógicos modernos?
4. Quais são as principais propriedades dos amplificadores operacionais?
5. Quais são as coordenadas de entrada de um amplificador operacional típico?
6. Qual é a coordenada de saída de um amplificador operacional típico?
7. Quais são os componentes incluídos no circuito funcional de um amplificador operacional?
8. Cite circuitos típicos para conexão de amplificadores operacionais.
9. Qual circuito amplificador operacional típico é normalmente usado para implementar reguladores?
10. Dê a função de transferência do amplificador operacional para o circuito de entrada inversora.
11. Qual elemento contém um controlador proporcional no circuito de realimentação de um amplificador operacional?
12. Qual elemento contém um controlador proporcional no circuito de entrada de um amplificador operacional?
13. Dê a função de transferência de um controlador proporcional.
14. Quais são as características de frequência de amplitude e frequência de fase de um controlador proporcional?
15. Qual elemento contém um regulador integral no circuito de realimentação de um amplificador operacional?
16. Qual elemento contém um regulador integral no circuito de entrada de um amplificador operacional?
17. Dê a função de transferência do regulador integral.
18. Qual é a inclinação da resposta de frequência de amplitude logarítmica de um regulador integral?
19. Qual é a resposta de frequência de fase de um regulador integral?
20. Quais elementos contém o circuito de realimentação de um amplificador operacional?
21. Qual elemento contém o circuito de entrada do amplificador operacional do regulador integral proporcional?
22. Forneça a função de transferência de um controlador integral proporcional.
23. Qual elemento contém o circuito de realimentação do amplificador operacional do regulador diferencial proporcional?
24. Dê a função de transferência de um controlador diferencial proporcional.
25. Sob quais restrições nos parâmetros de um controlador proporcional-integral-derivativo ele é implementado em um único amplificador operacional?
26. Quais elementos contém o circuito de entrada de um controlador proporcional-integral-derivativo baseado em um único amplificador operacional?
27. Quais elementos contém o circuito de realimentação de um controlador proporcional-integral-derivativo baseado em um único amplificador operacional?
Controladores de intensidade
Uma unidade mestre típica em sistemas de controle de acionamento elétrico e outros sistemas de automação é integrador ou controlador de intensidade(ZI). A tarefa do SI é formar uma mudança suave no sinal mestre ao passar de um nível para outro, ou seja, criar uma subida e descida linear do sinal na taxa necessária. No estado estacionário, a tensão na saída do gerador de intensidade é igual à tensão na sua entrada.
Na Fig. A Figura 4.8 mostra um diagrama de blocos de um SI de integração única, composto por três amplificadores operacionais. Todos os amplificadores são conectados de acordo com um circuito com entrada inversora. Primeiro amplificador U1, operando sem feedback, mas com limitação de tensão de saída você 1, tem uma característica retangular, que é mostrada sem levar em conta a inversão da tensão de saída na Fig. 4,9, A. Segundo amplificador operacional U2 funciona como um integrador com uma taxa constante de integração
(4.8)
A taxa de integração pode ser ajustada alterando Rin2. Terceiro amplificador U3 gera tensão de feedback negativo
. (4.9)
Quando uma tensão de referência é aplicada à entrada Você z a tensão de saída aumenta linearmente de acordo com (4.8). Em um momento no tempo t=tp, Quando Você з = - você os, a integração para e a tensão de saída, conforme segue em (4.9), atinge o valor 
, permanece inalterado ainda mais. Ao remover a tensão de ajuste da entrada ( Você z = 0) ocorre o processo de redução linear da tensão de saída para zero (Fig. 4.9, b).
A taxa de variação da tensão de saída deste dispositivo de proteção, conforme segue em (4.8), pode mudar alterando o valor da tensão você 1, por exemplo, selecionando diodos zener no circuito de realimentação do amplificador U1 com tensão de estabilização igual ao valor requerido você 1, ou alterando o valor do produto R in2 C oc2.
Na Fig. 4.10, AÉ mostrado outro circuito de SI de integração única, feito com base em um transistor bipolar conectado de acordo com um circuito com base comum. Este circuito usa as propriedades de um transistor ( T) como um amplificador de corrente. Recarga de capacitor ( COM) sempre ocorre em uma corrente de coletor constante eu para, determinado pela corrente do emissor fornecida eu e. Neste caso, a taxa de variação da tensão ao longo do tempo você está fora na saída do ZI | duout/dt| = eu para/C. Características do controle ZI você está fora = = f(t) mostrado na Fig. 4.10, b. A taxa de mudança do sinal de saída pode ser ajustada alterando a tensão Você e, na proporção em que a corrente muda eu e e, consequentemente, o atual eu para, ou alterando a capacitância do capacitor. Em estado estacionário, o capacitor está sempre carregado com tensão você está dentro. A ponte retificadora garante um sentido constante da corrente do coletor do transistor, independente do sinal da tensão você está dentro. ZI são discutidos em detalhes em /1, 7/.
Perguntas de autoteste
1. Para que finalidade os controladores de intensidade são utilizados em circuitos de automação?
2. Quais são as coordenadas de entrada e saída do gerador de intensidade?
3. Qual é o ganho estático do gerador de intensidade?
4. Como a tensão na saída dos geradores de intensidade de integração única deve mudar com mudanças escalonadas na tensão de entrada?
5. Com base em quais amplificadores são construídos os controladores de intensidade integradores?
6. Quantos amplificadores operacionais, conectados através da entrada inversa, são necessários para implementar um controlador de intensidade integrador único?
7. Indique a finalidade de cada um dos três amplificadores operacionais em um típico circuito controlador de intensidade de integração única feito em microcircuitos.
8. Quais parâmetros afetam a taxa de variação da tensão de saída de um gerador de intensidade de integração única em três amplificadores operacionais?
9. Como é obtida uma mudança linear na tensão através do capacitor no circuito de um controlador de intensidade de transistor de integração única?
10. Quais parâmetros afetam a taxa de variação da tensão de saída de um controlador de intensidade de transistor de integração única?
Elementos correspondentes
Os elementos funcionais nos sistemas de controle podem ser heterogêneos em tipo de sinal, tipo de corrente, resistência e potência e outros indicadores. Portanto, ao conectar elementos, surge a tarefa de coordenar suas características. Este problema é resolvido combinando elementos. Este grupo de elementos inclui detectores de fase que correspondem ao tipo de corrente, conversores digital-analógico e analógico-digital que correspondem ao tipo de sinal, seguidores de emissor, resistências de entrada e saída correspondentes, amplificadores de potência, separadores galvânicos e outros elementos . A função de coordenação também pode ser desempenhada por elementos normalmente destinados a outros fins. Por exemplo, o amplificador operacional discutido na seção 4.1 acaba sendo um seguidor de emissor em relação a uma entrada não inversora quando a tensão de saída está conectada à entrada invertida.
Para separação galvânica, por exemplo, pode ser utilizado um sensor de tensão de transformador. Tais elementos e similares são óbvios ou conhecidos e não serão considerados.
Vamos considerar elementos de correspondência padrão mais complexos.
Detector de fase(PD) recebeu vários outros nomes na literatura científica e técnica: amplificador sensível a fase, retificador sensível a fase, discriminador de fase, desmodulador.
O objetivo do FD é converter a tensão CA de entrada Você está Tensão de saída CC Você está fora, cuja polaridade e amplitude dependem da fase da tensão de entrada j. Assim, o PD possui duas coordenadas de entrada: a amplitude da tensão de entrada você em m e fase de tensão de entrada j e uma coordenada de saída: o valor médio da tensão de saída Você está fora. Existem dois modos de operação PD: modo amplitude, quando a fase da tensão de entrada permanece constante, assumindo um dos dois valores 0 ou p, você em m=var e Você está fora = f(você em m); modo de fase quando Você está= const, j=var e Você está fora = f(j).
No modo de amplitude, o PD é usado como um conversor de um sinal de incompatibilidade CA em um sinal de controle em servoacionamentos CC, como um conversor do sinal de saída de um tacogerador CA e assim por diante. No modo de fase, PD é usado em sistemas de controle nos quais a variável controlada e de controle é uma fase que varia suavemente.
O detector de fase, via de regra, não tem a função de amplificação de tensão.
Portanto, o ganho PD está próximo da unidade. Na Fig. A Figura 4.11 mostra o circuito equivalente calculado de uma PD de onda completa. O circuito corresponde a um circuito de retificação de zero, no qual as válvulas são substituídas por interruptores funcionais K1 E K2. Resistência de carga Rn, no qual a tensão de saída é alocada, conecta os pontos médios A, 0 chaves e fontes de controle EMF e você. A resistência interna da fonte EMF de controle é introduzida em cada circuito R e. O estado das chaves é controlado pelo EMF de referência e op de acordo com o algoritmo: para e op > 0 K1 incluído, ou seja,
 |
função de comutação e k1= 1,uma K2 desativado, ou seja, sua função de comutação e k2 = 0. Para e op< 0 e k1 = 0, A e k2= 1. Este algoritmo pode ser representado pelas fórmulas
y para 1 = (1+sinal e op) /2; y para 2 = (1- sinal e op) /2 . (4.10)
Obviamente, com fechado K1 fem de saída e fora entre pontos A, 0 igual a ei, e quando fechado K2 e fora = - e y, aquilo é
e fora = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Substituindo (4.10) em (4.11) dá
e out = e y sinal e op . (4.12)
O diagrama de mudanças no EMF de saída correspondente aos algoritmos (4.11) e (4.12) é mostrado na Figura 4.12.
e op = E op m sinwt E e y = E y m sin(wt - j),
Onde E op m,E e eu- valores de amplitude do EMF de referência e EMF de controle; cé a frequência angular do EMF de referência e do EMF de controle, então o valor médio do EMF de saída retificado
. (4.13)
Porque E e m = k p U em m, tensão média de saída 
, então levando em consideração (4.13)
, (4.14)
Onde k p- coeficiente de transferência da tensão de entrada para o EMF de controle. É determinado pelas características de um diagrama de circuito PD específico.
Para j= const = 0 ou j= const = p existe um modo de amplitude de operação do PD, para o qual a característica de controle é direta:
U fora = k FD U dentro,
onde, levando em consideração (4.14), o ganho PD no modo amplitude
.
No j= 0 valores de tensão de saída Você está fora são positivos e quando j = p os valores da tensão de saída são negativos.
Para Você está= const e j= var existe um modo de fase do PD, para o qual a característica de controle tem a forma
U out = k "FD cosj = k "FD sinj",
Onde j " = p/2 - j, e o coeficiente de transmissão PD no modo fase levando em consideração (4.14)
;
Em pequeno j" característica de controle
A operação dos PDs, suas características e diagramas de circuitos são discutidos em /1/.
Conversores Digital para Analógico(DAC). O conversor combina a parte digital do sistema de controle com a analógica. A coordenada de entrada do DAC é um número binário de vários bits A n = a n -1…a eu…a 1 a 0, e a coordenada de saída é a tensão Você está fora, gerado com base na tensão de referência Você está bem(Fig. 4.13).
Os circuitos DAC são construídos com base em uma matriz de resistores, com a ajuda da qual as correntes ou tensões são somadas de forma que a tensão de saída seja proporcional ao número de entrada. O DAC consiste em três partes principais: uma matriz de resistores, interruptores eletrônicos controlados pelo número de entrada e um amplificador somador que gera a tensão de saída. Na Fig. A Figura 4.14 mostra um circuito simples de um DAC irreversível. Cada dígito do número binário de entrada Um corresponde à resistência
R eu = R 0/2 eu, (4.15)
Onde R0- resistência de baixa ordem.
Resistor R eu conecta-se a uma fonte de alimentação com uma tensão de referência Você está bem via chave eletrônica K eu, que está fechado às um eu=1 e aberto em um eu= 0. Obviamente, dependendo do valor um eu resistência do circuito de entrada para eu- a categoria levando em consideração (4.15) será determinada pela expressão
R eu = R 0 /(2 eu uma eu). (4.16)
Então para e eu= 0, ou seja, o circuito está quebrado, e para um eu=1 circuito está ligado e tem resistência R 0 /2 eu .
No diagrama da Fig. 4.14 amplificador operacional você soma as correntes de entrada e sua tensão de saída, levando em consideração a notação e expressão do circuito (4.16)
Expressão (4.17) do formulário Você sai = f(A n)- Esta é a característica de controle do DAC. Tem uma forma escalonada com uma tensão discreta correspondente à unidade menos significativa,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Magnitude ΔU 0é ao mesmo tempo o coeficiente de transferência médio do DAC k DAC.
Conversor analógico para digital(ADC) resolve o problema inverso - converte uma tensão de entrada contínua em um número, por exemplo, binário. Cada número binário multi-bit de saída Um eu corresponde à faixa de alterações de tensão de entrada:
, (4.18)
Onde você ei = ΔU 0 eu- valor de referência da tensão de saída correspondente ao número binário de saída Um eu; ΔU 0- discrição da tensão de saída, correspondente à unidade do dígito menos significativo do número de saída.
No n-bit ADC, o número total de níveis de tensão de entrada de referência diferentes de zero que diferem entre si por ΔU 0, igual ao número decimal de saída máximo N = 2 n - 1. Já que cada nível Você e eu, conforme (4.18), carrega informações sobre o número, então na operação do ADC podemos distinguir as principais operações: comparação das tensões de entrada e referência, determinação do número do nível, geração do número de saída em um determinado código . O ganho médio do ADC é definido como o recíproco do ganho DAC correspondente:
kADC = 1 / ΔU 0.
Então a equação para a característica de controle ADC pode ser escrita como
A característica de controle ADC tem uma forma escalonada.
Os circuitos de implementação do ADC podem ser divididos em dois tipos principais: ação paralela e ação sequencial.
A principal vantagem de um ADC paralelo é o seu alto desempenho. A conversão da tensão de entrada analógica em um número decimal de vários dígitos ocorre em apenas dois ciclos de clock dos elementos do circuito digital. A principal desvantagem de tais ADCs é o grande número de comparadores analógicos e flip-flops no circuito, igual a 2 n - 1, o que torna os ADCs paralelos de vários bits proibitivamente caros.
Custos de hardware significativamente mais baixos são necessários em um ADC serial. Na Fig. A Figura 4.15 mostra um circuito ADC de rastreamento que pertence ao grupo de circuitos sequenciais. O diagrama usa símbolos não mencionados anteriormente: GTI- gerador de pulso de relógio, RS- contador reverso, PARA- comparador, R- registro de saída. Designações de elementos lógicos E,OU NÃO geralmente aceito.
Comparação Você está E Você e realizado em um comparador analógico combinado com duas saídas: “mais que” (>) e “menos que” (<). ЕслиVocê em - você e >ΔU 0/2, então um único sinal aparece na saída >, e o elemento E 1 conduz pulsos de clock para a entrada somadora (+1) do contador crescente/descendente Sr. O número de produção está crescendo RS, e aumenta de acordo Uh, DAC gerado. Se Você em - você e < ΔU 0 /2 , então um único sinal aparece na saída< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент E 2 passe para a entrada de subtração (-1) do contador RS E Você e diminui. Quando a condição | Você em - você e | = ΔU 0 /2 em ambas as saídas PARA zero sinais e elementos são destacados E 1 E E 2 estão bloqueados para pulsos de clock. O contador para de contar e o número que permanece inalterado em sua saída aparece na saída do registrador R. A permissão para escrever um número em um registrador é dada por um sinal de elemento único OU-NÃO, incluído em duas saídas PARA. Considerando este esquema em relação a Você está E Uh, pode-se estabelecer que o ADC é um sistema de controle fechado ao longo da coordenada de saída com um controlador PARA ação de retransmissão. O sistema monitora a mudança na tensão de entrada com uma precisão de estado estacionário de ± Você 0/2 e gera um número correspondente à saída digital Você entra. Um ADC de rastreamento pode converter rapidamente apenas uma mudança bastante lenta na tensão de entrada.
A principal desvantagem do ADC considerado é o seu baixo desempenho. No caso mais desfavorável, quando a tensão máxima na entrada é definida abruptamente, para produzir o valor de saída correspondente em um código digital será necessário 2 n - 1 batidas Alguns circuitos DAC e ADC e sua operação são discutidos em /1/.
Perguntas de autoteste
1. Por que os elementos correspondentes são usados em sistemas de automação?
2. Que transformação é realizada por um detector de fase?
3. Em quais modos o detector de fase pode operar?
4. Quais são as coordenadas de entrada do detector de fase?
5. Qual é a coordenada de saída de um detector de fase?
6. Qual é o modo de operação de amplitude de um detector de fase?
7. Qual é o modo de operação de fase de um detector de fase?
8. Para que servem os detectores de fase em sistemas de automação?
9. Forneça a fórmula para as características de controle de um detector de fase operando no modo amplitude.
10. Que conversão é realizada por um conversor digital para analógico?
11. Quais são as coordenadas de entrada e saída de um conversor digital para analógico?
12. Quais são as partes principais de um circuito conversor digital para analógico?
13. Forneça fórmulas para calcular as características de controle de um conversor digital para analógico e seu coeficiente médio de transmissão.
14. Que tipo de característica de controle um conversor digital para analógico possui?
15. Que conversão é realizada por um conversor analógico-digital?
16. Quais são as coordenadas de entrada e saída de um conversor analógico-digital?
17. Forneça fórmulas para calcular as características de controle de um conversor analógico-digital e seu coeficiente médio de transmissão.
18. Que tipos de conversores analógico-digitais existem?
19. Quais são as principais vantagens e desvantagens dos conversores analógico-digitais paralelos?
20. Quais são as principais vantagens e desvantagens dos conversores seriais analógico-digitais?
21. Por que um conversor digital para analógico é usado em um circuito de rastreamento de conversor analógico para digital?
22. Qual é o erro máximo de conversão absoluta em estado estacionário de um conversor analógico-digital de rastreamento?
SENSORES
Perguntas de autoteste
1. Quais são as coordenadas de entrada e saída do sensor de ângulo de rotação?
2. Quais são as coordenadas de entrada e saída do sensor de ângulo de desalinhamento?
3. Em quais sistemas podem ser usados sensores de ângulo e sensores de erro?
4. Quantos enrolamentos e onde está o sincronismo de contato trifásico?
5. Quais são as coordenadas de entrada e saída do selsyn?
6. Em quais modos o selsyn pode operar?
7. Qual é o modo de amplitude de operação de um sincronizador?
8. Qual é o modo de operação de fase de um selsyn?
9. Forneça uma fórmula para calcular as características de controle de um sincronizador no modo de operação de amplitude.
10. Forneça uma fórmula para calcular as características de controle de um sincronizador no modo de operação de fase.
11. Que fatores determinam os erros estáticos de um sincronizador que distorcem suas características de controle?
12. O que causa o erro de velocidade do sensor de ângulo rotativo baseado no selsyn?
13. Em que modo o sensor selsyn e o receptor selsyn operam no circuito do sensor de ângulo de incompatibilidade se o valor da amplitude do EMF do rotor do receptor selsyn e a fase deste EMF forem usados como suas coordenadas de saída?
14. Forneça uma fórmula para calcular as características de controle de um sensor de incompatibilidade baseado em dois sincronizadores operando em modo transformador.
15. Quais são as principais desvantagens dos sensores de ângulo rotativo baseados em selsyn?
16. Com que finalidade são utilizadas engrenagens redutoras de medição na entrada dos sensores de ângulo de rotação?
17. Com que finalidade são utilizadas engrenagens de medição elevadoras na entrada dos sensores de ângulo de rotação?
18. Como o erro de medição do ângulo muda ao usar engrenagens de medição redutoras?
19. Quando é apropriado usar sensores angulares discretos?
20. Quais são os principais elementos presentes no projeto de um sensor digital de ângulo de rotação baseado em um disco de código?
21. Por que a característica de controle de um sensor de ângulo de rotação digital baseado em um disco de código tem um caráter escalonado?
22. Forneça uma fórmula para calcular o intervalo discreto de um sensor digital de ângulo de rotação com base em um disco de código.
23. Forneça uma fórmula para calcular o erro absoluto de um sensor digital de ângulo de rotação baseado em um disco de código.
24. Através de quais medidas de projeto a capacidade de bits de um sensor digital de ângulo de rotação baseado em um disco de código pode ser aumentada?
Sensores de velocidade angular
Tacogerador DCé uma máquina elétrica de corrente contínua com excitação independente ou ímãs permanentes (Fig. 5.6). Coordenada de entrada TG - velocidade angular c, voltagem de saída Você está fora, alocado para a resistência da carga.
E tg = kФw = eu(R tg + R n),
Coeficiente de transferência TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- constante construtiva; F- fluxo de excitação magnética; R tg- resistência do enrolamento da armadura e contato das escovas.
 |
O coeficiente de transferência do TG, a rigor, não permanece constante quando a velocidade muda devido à não linearidade da resistência de contato da escova e da reação da armadura. Portanto, uma certa não linearidade é observada na característica de controle em zonas de baixa e alta velocidade (Fig. 5.6, b). A não linearidade na zona de baixa velocidade é reduzida pelo uso de escovas metalizadas com baixa queda de tensão. A não linearidade da característica devido à reação da armadura é reduzida limitando a velocidade de cima e aumentando a resistência da carga. Ao realizar estas atividades, as características de controle do TG podem ser consideradas quase simples.
28. Reguladores Suim.
1. Reguladores analógicos da classe “entrada-saída” baseados em amplificadores operacionais
Independentemente da finalidade tecnológica dos reguladores, todos eles estão divididos em 2 grandes classes:
Controladores paramétricos da classe “entrada/saída” (controladores P-, PI-, PID-, etc.);
Reguladores estaduais da ACS (aperiódicos, modais, etc.).
A primeira classe de reguladores nos diagramas funcionais do sistema de controle ES é designada como função de transição.
1. Controlador proporcional (controlador P).
O diagrama esquemático do regulador é mostrado na Fig. 4.19.
Assumiremos que na entrada do controlador existe um sinal de erro de controle X dentro e X em = X h- X os. Além disso, em vez de dois resistores R Z e R um sistema operacional é usado - R entrada
você fora( t)=PARA registro X em( t).
2. Regulador integral (regulador I).
O diagrama esquemático do regulador é mostrado na Fig. 4.22.
Arroz. 4.22. Diagrama esquemático de um regulador integrado
Função de transferência do controlador
Onde T T E = R VX COM 0 .
Características de temporização do regulador:
você fora( t)=você fora (0)+ 1/ ( R VX COM 0)X em( t)t.
P 
processo transitório no controlador em condições iniciais zero ( você a saída (0)=0) terá o formato mostrado na Fig. 4.23.
O diagrama funcional do regulador integrado é mostrado na Fig. 4.24.
3. Regulador diferencial (regulador D).
O diagrama esquemático do regulador é mostrado na Fig. 4,25.
Função de transferência do controlador
Onde T D é a constante de tempo do integrador, T D = R 0 COM VH.
Características de temporização do regulador:
você fora( t)=T D (t),
Onde (t) é a função delta de Dirac.
O processo transitório no regulador terá a forma mostrada na Fig. 4.26.
COM 
Deve-se notar que a largura de banda de frequência limitada dos próprios amplificadores operacionais não permite a realização de diferenciação pura (ideal). Além disso, devido à baixa imunidade a ruído dos reguladores diferenciais, desenvolveu-se a prática de usar links diferenciadores reais e os diagramas de circuito de tais reguladores são um pouco diferentes daqueles mostrados na Fig. 4,25.
O diagrama funcional do regulador diferencial é mostrado na Fig. 4.27.
4. Controlador integral proporcional (controlador PI).
O diagrama esquemático do regulador é mostrado na Fig. 4.28.
Função de transferência do controlador
Onde K REG - coeficiente de transmissão do regulador, K REGISTRO = R 0 /R VX;
T E é a constante de tempo do integrador, T E = R VX COM 0 .
Características de temporização do regulador:
você fora( t)=você fora (0) + ( K REGISTRO + t/ ( R VX COM 0))X em( t).
O processo transitório no controlador em condições iniciais zero terá a forma mostrada na Fig. 4.29.
A função de transferência de um controlador integral proporcional é frequentemente apresentada não como uma soma de dois termos, mas como uma chamada ligação isodrômica
, (4.53)
Onde T IZ é a constante de tempo do link isodrômico, T DE = R 0 C 0 ,
T E o tempo de integração do controlador é constante, T E = R VX C 0 .
O controlador PI incluído na estrutura ACS fornece compensação para uma grande constante de tempo do objeto de controle (ver Seção 8.1).
Controlador diferencial proporcional (controlador PD) O diagrama esquemático do regulador é mostrado na Fig. 4.31.
Onde K K REGISTRO = R 0 /R VX;
T D é a constante de tempo do integrador, T D = R 0 COM VH.
Características de temporização do regulador:
você fora( t)= K REGISTRO X em( t) +T D (t),
Onde (t) é a função delta de Dirac.
P 
O processo transitório no controlador PD terá a forma mostrada na Fig. 4.32, o diagrama funcional do regulador é mostrado na Fig. 4.33.
Arroz. 4.32. Processo transitório no controlador PD
6. Controlador proporcional-integral-derivativo (PID)
regulador)
O diagrama esquemático do regulador é mostrado na Fig. 4,34.
Função de transferência do controlador
Onde K REG - coeficiente de transmissão do regulador, K REGISTRO = R 0 /R VX+ C VX/ COM 0 ;
T E o tempo de integração é constante, T E = R VX COM 0 ;
T D - constante de tempo de diferenciação, T D = R 0 COM VH.
Características de temporização do regulador:
você fora( t)=você fora (0) + K REGISTRO X em( t) + (1/T E P) X em( t) + T D (t),
Onde (t) é a função delta de Dirac.
O processo transitório no regulador terá a forma mostrada na Fig. 4.35, o diagrama funcional é mostrado na Fig. 4,36.
Por analogia com um controlador PI, o MM de um controlador PID é frequentemente representado como um link isodrômico de segunda ordem
, (4.56)
Onde T IZ,1 , T IZ,2 - constantes de tempo do link isodrômico; T IZ,1 = R 0 COM 0 ,T IZ,2 = =R entrada COM entrada
O controlador PID fornece compensação para duas grandes constantes de tempo do objeto de controle, garantindo a intensidade dos processos dinâmicos no ACS.
O artigo discutirá um amplificador operacional padrão e também fornecerá exemplos de vários modos de operação deste dispositivo. Hoje, nenhum dispositivo de controle pode funcionar sem amplificadores. Estes são dispositivos verdadeiramente universais que permitem executar várias funções com um sinal. Você aprenderá mais sobre como esse dispositivo funciona e o que exatamente ele permite que você faça.
Amplificadores inversores
O circuito do amplificador inversor do amplificador operacional é bastante simples, você pode ver na imagem. É baseado em um amplificador operacional (seus circuitos de conexão são discutidos neste artigo). Além disso, aqui:
- Há uma queda de tensão no resistor R1; seu valor é o mesmo que o de entrada.
- Há também R2 no resistor - é igual ao de saída.
Neste caso, a relação entre a tensão de saída e a resistência R2 é igual em valor à razão entre a tensão de entrada e R1, mas com sinal oposto. Conhecendo os valores de resistência e tensão, é possível calcular o ganho. Para fazer isso, você precisa dividir a tensão de saída pela tensão de entrada. Neste caso, o amplificador operacional (seus circuitos de conexão podem ser quaisquer) pode ter o mesmo ganho independente do tipo.
Operação de feedback
Agora precisamos examinar mais de perto um ponto-chave: como funciona o feedback. Digamos que haja alguma tensão na entrada. Para simplificar os cálculos, tomemos seu valor igual a 1 V. Suponhamos também que R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.
Agora vamos supor que surgiu alguma situação imprevista, devido à qual a tensão na saída da cascata é fixada em 0 V. A seguir, observa-se um quadro interessante - duas resistências começam a funcionar em pares, juntas criam um divisor de tensão. Na saída do estágio inversor, ele é mantido em um nível de 0,91 V. Nesse caso, o amplificador operacional permite que a incompatibilidade entre as entradas seja registrada e a tensão diminua na saída. Portanto, é muito simples projetar um circuito amplificador operacional que implemente a função de amplificador de sinal de um sensor, por exemplo.
E essa mudança continuará até que a saída atinja um valor estável de 10 V. É nesse momento que os potenciais nas entradas do amplificador operacional serão iguais. E eles serão iguais ao potencial da Terra. Por outro lado, se a tensão na saída do dispositivo continuar diminuindo e for inferior a -10 V, o potencial na entrada ficará menor que o do terra. A consequência disso é que a tensão na saída começa a aumentar.
Este circuito tem uma grande desvantagem - a impedância de entrada é muito pequena, especialmente para amplificadores com alto ganho de tensão, se o circuito de feedback estiver fechado. E o design discutido a seguir é desprovido de todas essas deficiências.
Amplificador não inversor
A figura mostra o circuito de um amplificador operacional não inversor. Depois de analisá-lo, podemos tirar várias conclusões:
- O valor da tensão UA é igual à tensão de entrada.
- A tensão UA é retirada do divisor, que é igual à razão entre o produto da tensão de saída e R1 pela soma das resistências R1 e R2.
- No caso em que UA é igual em valor à tensão de entrada, o ganho é igual à razão entre a tensão de saída e a entrada (ou você pode adicionar um à razão das resistências R2 e R1).
Este projeto é chamado de amplificador não inversor; possui uma impedância de entrada quase infinita. Por exemplo, para amplificadores operacionais da série 411, seu valor é 1012 Ohms, o mínimo. E para amplificadores operacionais baseados em transistores semicondutores bipolares, via de regra, acima de 108 Ohms. Mas a impedância de saída da cascata, assim como no circuito discutido anteriormente, é muito pequena - frações de ohm. E isso deve ser levado em consideração no cálculo de circuitos utilizando amplificadores operacionais.
Circuito Amplificador AC
Ambos os circuitos discutidos anteriormente no artigo funcionam em Mas se a conexão entre a fonte do sinal de entrada e o amplificador for de corrente alternada, será necessário fornecer aterramento para a corrente na entrada do dispositivo. Além disso, é preciso atentar para o fato de que o valor da corrente é extremamente pequeno.
No caso em que os sinais AC são amplificados, é necessário reduzir o ganho do sinal DC para a unidade. Isto é especialmente verdadeiro para casos onde o ganho de tensão é muito grande. Graças a isso, é possível reduzir significativamente a influência da tensão de cisalhamento que é aplicada na entrada do dispositivo.
Segundo exemplo de circuito para trabalhar com tensão alternada
Neste circuito, no nível de -3 dB você pode ver a correspondência com uma frequência de 17 Hz. Nele, a impedância do capacitor está no nível de dois quilo-ohms. Portanto, o capacitor deve ser grande o suficiente.
Para construir um amplificador CA, você precisa usar um tipo de circuito de amplificador operacional não inversor. E deve ter um ganho de tensão bastante grande. Mas o capacitor pode ser muito grande, por isso é melhor não usá-lo. É verdade que você terá que escolher a tensão de cisalhamento correta, igualando seu valor a zero. Ou você pode usar um divisor em forma de T e aumentar os valores de resistência de ambos os resistores do circuito.
Qual esquema é preferível usar?
A maioria dos projetistas prefere amplificadores não inversores porque possuem impedância de entrada muito alta. E eles negligenciam os circuitos do tipo inversor. Mas este último tem uma enorme vantagem - não exige muito do amplificador operacional em si, que é o seu “coração”.
Além disso, as suas características são, de facto, muito melhores. E com a ajuda do aterramento imaginário, você pode facilmente combinar todos os sinais, e eles não terão qualquer influência um sobre o outro. Um circuito amplificador DC baseado em um amplificador operacional também pode ser usado em projetos. Tudo depende das necessidades.
E a última coisa acontece se todo o circuito discutido aqui estiver conectado à saída estável de outro amplificador operacional. Neste caso, o valor da impedância de entrada não desempenha um papel significativo - pelo menos 1 kOhm, pelo menos 10, pelo menos infinito. Neste caso, a primeira cascata desempenha sempre a sua função em relação à seguinte.
Circuito repetidor
Um repetidor baseado em um amplificador operacional opera de forma semelhante a um emissor construído em um transistor bipolar. E executa funções semelhantes. Essencialmente, este é um amplificador não inversor no qual a resistência do primeiro resistor é infinitamente grande e a resistência do segundo é zero. Neste caso, o ganho é igual à unidade.
Existem tipos especiais de amplificadores operacionais que são usados em tecnologia apenas para circuitos repetidores. Eles têm características muito melhores - via de regra, alto desempenho. Os exemplos incluem amplificadores operacionais como OPA633, LM310, TL068. Este último possui um corpo semelhante a um transistor, além de três terminais. Muitas vezes, esses amplificadores são simplesmente chamados de buffers. O fato é que eles possuem propriedades de um isolante (impedância de entrada muito alta e saída extremamente baixa). Aproximadamente o mesmo princípio é usado para construir um circuito amplificador de corrente baseado em um amplificador operacional.
Modo ativo
Essencialmente, este é um modo operacional em que as saídas e entradas do amplificador operacional não estão sobrecarregadas. Se um sinal muito grande for aplicado à entrada do circuito, na saída ele simplesmente começará a cortar de acordo com o nível de tensão do coletor ou emissor. Mas quando a tensão de saída é fixada no nível de corte, a tensão nas entradas do amplificador operacional não muda. Neste caso, a faixa não pode ser maior que a tensão de alimentação
A maioria dos circuitos de amplificador operacional são projetados para que essa oscilação seja 2 V menor que a tensão de alimentação, mas tudo depende do circuito amplificador de amplificador operacional específico usado. Existe a mesma limitação de estabilidade baseada em um amplificador operacional.
Digamos que haja uma certa queda de tensão em uma fonte com carga flutuante. Se a corrente se mover na direção normal, você poderá encontrar uma carga que parece estranha à primeira vista. Por exemplo, várias baterias com polarização reversa. Este design pode ser usado para obter uma corrente de carga direta.
Algumas precauções
Um amplificador de tensão simples baseado em um amplificador operacional (qualquer circuito pode ser escolhido) pode ser feito literalmente “no joelho”. Mas você precisará levar em consideração alguns recursos. É imperativo certificar-se de que o feedback no circuito seja negativo. Isto também sugere que é inaceitável confundir as entradas não inversoras e inversoras do amplificador. Além disso, um circuito de feedback para corrente contínua deve estar presente. Caso contrário, o amplificador operacional entrará rapidamente em saturação.
A maioria dos amplificadores operacionais tem uma tensão diferencial de entrada muito pequena. Neste caso, a diferença máxima entre as entradas não inversoras e inversoras pode ser limitada a 5 V para qualquer conexão da fonte de alimentação. Se esta condição for negligenciada, valores de corrente bastante grandes aparecerão na entrada, o que levará à deterioração de todas as características do circuito.
A pior coisa sobre isso é a destruição física do próprio amplificador operacional. Como resultado, o circuito do amplificador operacional para de funcionar completamente.
Deve ser considerado
E, claro, precisamos falar sobre as regras que devem ser seguidas para garantir o funcionamento estável e duradouro do amplificador operacional.
O mais importante é que o amplificador operacional tenha um ganho de tensão muito alto. E se a tensão entre as entradas mudar em uma fração de milivolts, seu valor na saída pode mudar significativamente. Portanto, é importante saber: a saída de um amplificador operacional tenta garantir que a diferença de tensão entre as entradas seja próxima (idealmente igual) de zero.
A segunda regra é que o consumo de corrente do amplificador operacional seja extremamente pequeno, literalmente nanoamperes. Se transistores de efeito de campo estiverem instalados nas entradas, ele será calculado em picoamperes. Disto podemos concluir que as entradas não consomem corrente, independente de qual amplificador operacional seja utilizado, o circuito - o princípio de funcionamento permanece o mesmo.
Mas você não deve pensar que o amplificador operacional muda constantemente a tensão nas entradas. Fisicamente, isso é quase impossível de realizar, pois não haveria correspondência com a segunda regra. Graças ao amplificador operacional, o estado de todas as entradas é avaliado. Usando um circuito de feedback externo, a tensão é transferida da saída para a entrada. O resultado é que a diferença de tensão entre as entradas do amplificador operacional é zero.
Conceito de feedback
Este é um conceito comum e já utilizado em sentido amplo em todas as áreas da tecnologia. Qualquer sistema de controle possui feedback que compara o sinal de saída e o valor definido (referência). Dependendo de qual é o valor atual, ocorre um ajuste na direção desejada. Além disso, o sistema de controle pode ser qualquer coisa, até mesmo um carro circulando na estrada.
O motorista pisa no freio e o feedback aqui é o início da desaceleração. Fazendo uma analogia com um exemplo tão simples, você pode entender melhor o feedback em circuitos eletrônicos. E o feedback negativo é se quando você pressiona o pedal do freio o carro acelera.
Na eletrônica, feedback é o processo durante o qual um sinal é transferido da saída para a entrada. Neste caso, o sinal na entrada também é suprimido. Por um lado, esta não é uma ideia muito razoável, porque do lado de fora pode parecer que o ganho será significativamente reduzido. A propósito, os fundadores do desenvolvimento do feedback em eletrônica receberam esse feedback. Mas vale a pena entender com mais detalhes sua influência nos amplificadores operacionais - considere circuitos práticos. E ficará claro que na verdade reduz ligeiramente o ganho, mas permite melhorar ligeiramente outros parâmetros:
- Suavize as características de frequência (leva-as ao nível requerido).
- Permite prever o comportamento do amplificador.
- Capaz de eliminar a não linearidade e a distorção do sinal.
Quanto mais profundo o feedback (estamos falando de negativo), menor influência as características de malha aberta têm no amplificador. O resultado é que todos os seus parâmetros dependem apenas das propriedades do circuito.
Vale atentar para o fato de que todos os amplificadores operacionais operam em modo com feedback muito profundo. E o ganho de tensão (com seu circuito aberto) pode até chegar a vários milhões. Portanto, o circuito amplificador amplificador operacional é extremamente exigente em termos de conformidade com todos os parâmetros relativos à fonte de alimentação e nível do sinal de entrada.
O controlador calcula a incompatibilidade e a converte em uma ação de controle de acordo com uma determinada operação matemática. O VSAU usa principalmente os seguintes tipos de controladores: proporcional (P), integral (I), proporcional-integral (PI), proporcional-integral-derivativo (PID). Dependendo do tipo de sinais convertidos, os reguladores analógicos e digitais são diferenciados. Reguladores analógicos (AR) são implementados com base em amplificadores operacionais, digitais - baseado em dispositivos de computação especializados ou microprocessadores. Os controladores analógicos convertem apenas sinais analógicos que são funções contínuas do tempo. Ao passar pelo AP, cada valor instantâneo de um sinal contínuo é convertido.
Para implementar AR, um amplificador operacional (op-amp) é conectado de acordo com um circuito amplificador somador com feedback negativo. O tipo de regulador e sua função de transferência são determinados pelo circuito de conexão de resistores e capacitores nos circuitos de entrada e na realimentação do amplificador operacional.
Ao analisar os reguladores, usaremos duas suposições principais, que alto grau a precisão é atendida para um amplificador operacional com feedback negativo em um modo de operação linear:
Tensão de entrada diferencial você a entrada do amplificador operacional é igual a zero;
As entradas inversoras e não inversoras do amplificador operacional não consomem corrente, ou seja, correntes de entrada (Fig. 2.2). Como a entrada não inversora está conectada ao barramento “zero”, então, de acordo com a primeira suposição, o potencial φa da entrada inversora também é zero.
Arroz. 2.2. Diagrama funcional de um controlador proporcional
Passando para o incremento das variáveis na equação (2.1) e utilizando a transformada de Laplace, obtemos a função de transferência do regulador P:
Onde - Ganho proporcional.
Assim, no regulador P, é realizada uma amplificação proporcional (multiplicando por uma constante) do sinal de erro você corrida
O coeficiente pode ser maior ou menor que um. Na Fig. 2.3 mostra a dependência você no =f(t) Regulador P quando o sinal de erro muda você corrida
Um regulador integral (regulador I) é implementado conectando um capacitor de amplificador operacional C ao amplificador operacional no circuito de feedback (Fig. 2.4). Função de transferência do controlador I
onde está a constante de integração, s.
Arroz. 2.4. Diagrama funcional de um regulador integrado
O controlador I integra o sinal de erro você corrida
Um controlador integral proporcional (controlador PI) é implementado incluindo um resistor R OU e um capacitor C OU no circuito de feedback (Fig. 2.6).
Arroz. 2.6. Diagrama funcional do controlador PI
Função de transferência do controlador PI
é a soma das funções de transferência dos controladores proporcionais e integrais. Como o controlador PI possui as propriedades dos controladores P e I, ele realiza simultaneamente amplificação proporcional e integração do sinal de erro você corrida
Um controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID) é implementado no caso mais simples conectando os capacitores C 3 e C OS no controlador PI em paralelo com os resistores R 3 e R OC (Fig. 2.8).
Arroz. 2.8. Diagrama funcional do controlador PID
Função de transferência do controlador PID
onde está o ganho proporcional do controlador PID; - constante de diferenciação; - constante de integração; ; .
A função de transferência do controlador PID é a soma das funções de transferência dos controladores proporcionais, integrais e diferenciais. O controlador PID realiza amplificação, diferenciação e integração proporcional simultânea do sinal de erro você corrida
17 Pergunta Sensores de coordenadas AEP.
Diagrama de blocos do sensor. O DEA (acionamento elétrico automatizado) utiliza sensores para receber sinais de feedback em coordenadas controladas. Sensoré um dispositivo que informa sobre o estado da coordenada controlada do DEA, interagindo com ele e convertendo a reação a essa interação em um sinal elétrico.
Controladas no DEA estão as coordenadas elétricas e mecânicas: corrente, tensão, EMF, torque, velocidade, deslocamento, etc. Para medi-los, são utilizados sensores apropriados.
O sensor de coordenadas AED pode ser representado estruturalmente como uma conexão serial de um transdutor de medição (MT) e um dispositivo correspondente (CU) (Fig. 2.9). O transdutor de medição converte a coordenada X em sinal de tensão elétrica E(ou atual eu), proporcional X . O dispositivo correspondente converte o sinal de saída E IP em sinal de feedback você SO , que em tamanho e formato satisfaz as armas de autopropulsão.
Arroz. 2.9. Diagrama de blocos do sensor de coordenadas AEP
Sensores atuais. Sensores de corrente (CT) são projetados para obter informações sobre a intensidade e direção da corrente do motor. Eles estão sujeitos aos seguintes requisitos:
Linearidade das características de controle na faixa de 0,1I nom a 5 I nom não inferior a 0,9;
Disponibilidade de isolamento galvânico do circuito de potência e sistema de controle;
Alta performance.
Transformadores de corrente, enrolamentos adicionais (compensação) de bobinas de suavização, elementos Hall e shunts são usados como transdutores de medição em DT.
Sensores de corrente baseados em shunts são amplamente utilizados para medir a corrente do motor. Derivaçãoé um resistor de quatro terminais com resistência puramente ativa R sh (shunt não indutivo), o circuito de potência é conectado aos terminais de corrente e o circuito de medição é conectado aos terminais de potencial.
De acordo com a lei de Ohm, a queda de tensão na resistência ativa e=R c eu.
Para reduzir o efeito do shunt na passagem de corrente no circuito do motor, sua resistência deve ser mínima. A queda de tensão nominal no shunt é geralmente de 75 mV, portanto deve ser amplificada para os valores exigidos (3,0...3,5 V). Como o shunt possui uma conexão potencial com o circuito de potência, o sensor de corrente deve conter um dispositivo de isolamento galvânico. Dispositivos transformadores e optoeletrônicos são usados como tais dispositivos. O diagrama de blocos de um sensor de corrente baseado em um shunt é mostrado na Fig. 2.13.
Arroz. 2.13. Diagrama de blocos de um sensor de corrente baseado em shunt
Atualmente, os sensores atuais baseados em Elementos do salão, que são feitos de material semicondutor na forma de uma placa fina ou filme (Fig. 2.14). Quando uma corrente elétrica I X passa por uma placa localizada perpendicularmente a um campo magnético com indução EM, Hall fem é induzido na placa e X:
onde é um coeficiente que depende das propriedades do material e das dimensões da placa.
Sensores de tensão. EM Os divisores de tensão resistivos são usados como conversor de medição de tensão em um acionamento elétrico (Fig. 2.16).
Arroz. 2.16. Diagrama funcional de um sensor de tensão
Tensão de saída do divisor.
Sensores EMF. Com baixos requisitos para a faixa de controle de velocidade (até 50), o feedback EMF é usado como feedback principal no acionamento elétrico.
Arroz. 2.17. Diagrama funcional do sensor EMF da armadura
Sensores de velocidade. Para obter um sinal elétrico proporcional à velocidade angular do rotor do motor, são utilizados tacogeradores e sensores de velocidade de pulso. Os tacogeradores são utilizados em sistemas de controle automático analógico, os de pulso - nos digitais.
Os sensores de velocidade estão sujeitos a requisitos rigorosos quanto à linearidade das características de controle, à estabilidade da tensão de saída e ao nível de sua ondulação, uma vez que determinam os parâmetros estáticos e dinâmicos do inversor como um todo.
Os tacogeradores DC com ímãs permanentes tornaram-se difundidos em acionamentos elétricos. Para reduzir o nível de pulsações reversas, tacogeradores são integrados ao motor elétrico.
Nos sensores de velocidade pulsada, são utilizados transdutores de deslocamento pulsado como transdutor de medição primário, nos quais o número de pulsos é proporcional ao ângulo de rotação do eixo.
Sensores de posição. EM Atualmente, conversores de indução e fotoeletrônicos são utilizados em acionamentos elétricos para medir o movimento de partes móveis de máquinas e mecanismos.
Os transformadores de indução incluem transformadores rotativos, selsyns e inductosyns. As indutossinas podem ser circulares ou lineares.
Transformadores rotativos (VT) são chamadas micromáquinas elétricas de corrente alternada que convertem o ângulo de rotação α em uma tensão senoidal proporcional a este ângulo. Em um sistema de controle automático, transformadores rotativos são usados como medidores de incompatibilidade que registram o desvio do sistema de uma determinada posição especificada.
Um transformador rotativo possui dois enrolamentos distribuídos monofásicos idênticos no estator e no rotor, deslocados 90° entre si. A tensão do enrolamento do rotor é removida usando anéis coletores e escovas ou usando transformadores de anel.
O princípio de funcionamento do TP em modo senoidal é baseado na dependência da tensão induzida no enrolamento do rotor pelo fluxo magnético pulsante do estator na posição angular dos eixos do estator e dos enrolamentos do rotor.
Selsiné uma micromáquina elétrica de corrente alternada com dois enrolamentos: excitação e sincronização. Dependendo do número de fases do enrolamento de excitação, são diferenciados sincros monofásicos e trifásicos. O enrolamento de sincronização é sempre trifásico. Em canhões autopropulsados, sincronizadores sem contato com transformador de anel são amplamente utilizados.
O enrolamento de sincronização de um sincronizador sem contato com um transformador de anel está localizado nas ranhuras do estator, o enrolamento de excitação está nas ranhuras ou nos pólos pronunciados do rotor do sincronizador. A peculiaridade do transformador de anel é que seu enrolamento primário está localizado no estator e o enrolamento secundário está localizado no rotor. Os enrolamentos têm a forma de anéis colocados em um sistema magnético composto por núcleos magnéticos anulares do estator e do rotor, que são conectados no rotor por um circuito magnético interno e no estator por um externo. Em canhões autopropulsados, os sincronizadores são usados nos modos de amplitude e rotação de fase.
O diagrama do circuito para ligar os enrolamentos synsyn no modo amplitude é mostrado na Fig. 2.19. A coordenada de entrada do sincronizador neste modo é o ângulo de rotação do rotor τ. A linha central do enrolamento de fase é tomada como ponto de referência A.
Arroz. 2.19. Diagrama funcional para ligar os enrolamentos synsyn no modo de amplitude
O diagrama do circuito para ligar os enrolamentos synsyn no modo de mudança de fase é mostrado na Fig. 2.20. A coordenada de entrada do sincronizador neste modo é o ângulo de rotação τ, e a coordenada de saída é a fase φ do EMF de saída e em relação à tensão de alimentação alternada.
Arroz. 2.20. Diagrama funcional para ligar os enrolamentos synsyn no modo de rotação de fase
18 Pergunta Sistemas de controle de fase de pulso. Princípios de controle de tiristores.
Nos retificadores, os tiristores são usados como chaves controladas. Para abrir o tiristor, duas condições devem ser atendidas:
O potencial anódico deve exceder o potencial catódico;
Um pulso de abertura (controle) deve ser aplicado ao eletrodo de controle.
O momento em que uma tensão positiva aparece entre o ânodo e o cátodo do tiristor é denominado momento de abertura natural. O fornecimento do impulso de abertura pode ser retardado em relação ao momento de abertura natural por um ângulo de abertura. Como resultado, o início do fluxo de corrente através do tiristor que entra em operação é retardado e a tensão do retificador é regulada.
Para controlar os tiristores retificadores, é utilizado um sistema de controle de fase de pulso (PPCS), que executa as seguintes funções:
Determinar os momentos em que determinados tiristores específicos devem abrir; esses momentos são definidos por um sinal de controle que vem da saída do ACS para a entrada do SIFU;
Formação de pulsos de abertura transmitidos EU nos momentos certos aos eletrodos de controle dos tiristores e tendo a amplitude, potência e duração necessárias.
De acordo com o método de obtenção do deslocamento dos pulsos de abertura em relação ao ponto de abertura natural, distinguem-se os princípios de controle horizontal, vertical e integrador.
Com controle horizontal (Fig. 2.28), o controle de tensão alternada senoidal você y está fora de fase (horizontalmente) em relação à tensão você 1, alimentando o retificador. Em um momento no tempo ωt=α pulsos de desbloqueio retangulares são formados a partir da tensão de controle você GT . O controle horizontal praticamente não é utilizado em acionamentos elétricos, devido à faixa limitada de controle do ângulo α (cerca de 120°).
Com controle vertical (Fig. 2.29), o momento de fornecimento dos pulsos de abertura é determinado quando a tensão de controle é igual você y (formato constante) com uma tensão de referência variável (vertical). No momento da igualdade de tensão, pulsos retangulares são formados você gt.
Com controle integrador (Fig. 2.30), o momento de fornecimento dos pulsos de abertura é determinado quando a tensão alternada de controle é igual e em com tensão de referência constante você o p. No momento da igualdade de tensão, pulsos retangulares são formados você gt.
Arroz. 2.28. Princípio de controle horizontal
Arroz. 2.29. Princípio de controle vertical
Arroz. 14h30. Integrando o princípio de controle
De acordo com o método de contagem do ângulo de abertura a, os SIFUs são divididos em multicanal e canal único. Nos SIFUs multicanal, o ângulo a para cada tiristor do retificador é medido em seu próprio canal, nos monocanal - em um canal para todos os tiristores. Em acionamentos elétricos industriais, são utilizados predominantemente SIFUs multicanais com princípio de controle vertical.