Za poenostavitev postopka konstruiranja tokovnega regulatorja na operacijskih ojačevalnikih transformiramo njegov PF (8) na naslednji način:
(8")
Prvi člen v (8") je zmnožek izodromne in aperiodične vezi, drugi je aperiodični člen, tretji je inercialni diferencialni člen. Pri predmetu Elektronika veš, kako te člene sestaviti na operacijskih ojačevalnikih.
Slika 10 - Tokovni regulator na operacijskih ojačevalnikih
Vezje je, kot je razvidno, sestavljeno iz treh vzporednih vej, ki jih zapirajo izhodi na invertni seštevalnik na operacijskem ojačevalniku, zato je izhodni signal u 2
bo obrnjen glede na vnos u 1
. Če je potrebna odobritev u 1
in u 2
Na izhodu seštevalnika bo potrebno vgraditi dodaten pretvornik. Ta tehnika je bila uporabljena v srednji veji vezja, saj je aperiodična povezava zgrajena na invertiranem operacijskem ojačevalniku. Zgornja veja je odgovorna za PF 
. Produkt izodromnih in aperiodičnih povezav je narejen tako, da se njuna vezja zaporedno povežejo na obračalnih operacijskih ojačevalnikih, in ker vsaka povezava obrne signal, ujemanje vhoda in izhoda zgornje veje ni potrebno. Spodnja veja, ki izvaja inercialno dinamično povezavo, ne invertira vhodnega signala.
Izračunajmo parametre vezja. Znano je, da
Ob vprašanju R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 ohmov, R 13 = 300 ohmov, R 14 = 50 Ohmov, to dobimo Z 1 =
=
= 240 µF, Z 2 =Z 3 =
=
= 10 µF, Z 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 ohmov, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 ohmov, R 7 = 110 ohmov, R 15 =
=
= 
= 310 ohmov.
2.3AmLahx - program za konstruiranje asimptotičnih parametrov in sintezo krmilnikov z uporabo metode želenih parametrov
2.3.1 Splošne informacije o programu
Program AmLAHX je zasnovan za delovanje v okolju MatLab6.0 ali novejšem in uporabniku nudi naslednje zmožnosti:
ima vmesnik GUI;
konstruira asimptotične LFC dinamičnih objektov, podanih v obliki prenosnih funkcij;
interaktivno gradi želeni LFC odprtozančnega sistema v skladu z določenimi merili kakovosti, vključno s tem, da program uporabniku omogoča izbiro parnih odsekov (njihovih naklonov) glede na vrsto LFC krmilnega objekta;
zagotavlja samodejno odštevanje od LFC odprtozančnega sistema LFC krmilnega objekta in tako konstruira LFC krmilnika, vrne konjugirane frekvence in naklone asimptot, zaradi česar je zelo enostavno zapisati njegovo prenosno funkcijo z uporabo LFC krmilnika (v naslednjih različicah bo program to naredil samodejno);
Vsi LFC so izrisani z nagibi asimptot, uporabnik lahko določi barve vsakega LFC posebej, kot tudi format napisov na grafih (debelina, višina).
2.3.2 Programska ukazna vrstica
Celotna ukazna vrstica za zagon programa je:
yy=amlahx( št,brlog, zastava, param),
Kje št in brlog- števec in imenovalec PF kontrolnega objekta, št in brlog vektorji morajo biti napisani v formatu MatLab (glejte primer spodaj);
zastava- način delovanja (1 (privzeto) ali 2);
param- vektor 6 elementov (števil), 1, 2 in 3 elementi so debelina LFC OU, RS in CU, 4, 5 in 6 so barve teh LFC (privzeto je debelina vseh LFC je 1, barve so rdeča, modra in zelena) .
AmLAHX brez parametrov deluje v demo načinu, v tem primeru
št= ,brlog = ,zastava= 2.
TIPIČNE NAPRAVE NADZORNIH SISTEMOV
Regulatorji
Pomembna funkcija sodobni sistemi avtomatizacija je regulacija njegovih koordinat, to je vzdrževanje njihovih zahtevanih vrednosti s potrebno natančnostjo. Ta funkcija se izvaja z uporabo velikega števila različnih elementov, med katerimi so najpomembnejši regulatorji.
Regulator izvaja transformacijo krmilnega signala, ki ustreza matematičnim operacijam, ki jih zahtevajo pogoji delovanja krmilnega sistema. Tipične zahtevane operacije vključujejo naslednje transformacije signalov: proporcionalno, proporcionalno-integralno, proporcionalno-integralno-diferencialno.
Osnova analognega regulatorja je operacijski ojačevalnik - ojačevalnik enosmernega toka, ki ima v odsotnosti povratne informacije visoko ojačenje. Najbolj razširjeni so integrirani operacijski ojačevalniki. Operacijski ojačevalnik je večstopenjska struktura, v kateri je mogoče razlikovati vhodni diferencialni ojačevalnik ( DU) z inverznimi in direktnimi vhodi, napetostni ojačevalnik ( ZN), z visokim ojačanjem in ojačevalnikom moči ( MIND), ki zagotavlja potrebno obremenitev operacijskega ojačevalnika. Funkcionalni diagram operacijskega ojačevalnika je prikazan na sl. 4.1. Majhna zasnova operacijskega ojačevalnika z enim čipom zagotavlja visoko stabilnost parametrov, kar omogoča visoko ojačenje enosmernega toka. Točke izpeljane iz diagrama Kl, K2, KZ zasnovan za povezovanje zunanjih korekcijskih vezij, ki zmanjšajo ojačanje pri visokih frekvencah in povečajo stabilnost ojačevalnika s povratno informacijo. Brez korekturnih vezij se pri dovolj visokih frekvencah, ko je akumulirani fazni zamik 180°, predznak povratne zveze spremeni in pri velikem ojačenju se operacijski ojačevalnik samovzburi in preide v način samonihanja. Na sl. 4.1 se uporabljajo naslednji zapisi: U str- napajalna napetost ojačevalnika; U ui- vhodna krmilna napetost preko inverznega vhoda ojačevalnika; U paket- vhodna krmilna napetost preko neposrednega vhoda ojačevalnika; Ti ven- izhodna napetost ojačevalnika. Vse zgornje napetosti so izmerjene glede na skupno žico bipolarnega napajalnika.
Priključna vezja operacijskega ojačevalnika so prikazana na sl. 4.2. Diferencialna stopnja operacijskega ojačevalnika ima dva krmilna vhoda: direktni s potencialom U paket in obratno s potencialom U ui(slika 4.2, A).
 |
Izhodna napetost ojačevalnika je določena s produktom ojačanja in potencialne razlike vhodov ojačevalnika, tj.
U ven = k уо (U gor - U уу) = k уо U у,
Kje k uo- diferencialno ojačanje operacijskega ojačevalnika; uj- diferencialna vhodna napetost ojačevalnika, to je napetost med direktnim in inverznim vhodom. Diferencialno ojačanje integriranih operacijskih ojačevalnikov v odsotnosti povratne zveze.
Glede na vhodne napetosti U vhp in U, ki izhodna napetost je določena z razliko
U ven = k gor U noter - k ui U noter,
kje so neposredni vhodni dobički k paket in z inverznim vnosom k ui ki ga določa stikalno vezje ojačevalnika. Za preklopno vezje neposrednega vhoda, prikazano na sl. 4.3, b, je dobiček določen s formulo
,
in za inverzno vhodno preklopno vezje, prikazano na sl. 4.3, V, - po formuli
Za izdelavo različnih regulatorskih vezij se običajno uporablja vezje operacijskega ojačevalnika z inverznim vhodom. Običajno morajo imeti regulatorji več vhodov. Vhodni signali se dovajajo v točko 1 (slika 4.2, V) prek posameznih vhodnih uporov. Zahtevane prenosne funkcije regulatorjev dobimo zaradi kompleksnih aktivno-kapacitivnih uporov v povratnem vezju Z os in v vhodnih vezjih Z noter. Prenosna funkcija regulatorja glede na kateri koli vhod brez upoštevanja inverzije izhodne napetosti
. (4.1)
Glede na vrsto prenosne funkcije lahko operacijski ojačevalnik štejemo za enega ali drugega funkcijskega regulatorja. V prihodnosti bomo za implementacijo regulatorjev upoštevali samo stikalna vezja, ki temeljijo na inverznem vhodu.
Proporcionalni regulator (P-regulator) - To je operacijski ojačevalnik s tesno povratno zvezo, prikazan na sl. 4.3, A. Njegova prenosna funkcija
W(p) = k P, (4.2)
Kje k P- koeficient ojačanja P-regulatorja.
Kot izhaja iz prenosne funkcije (4.2), je znotraj pasovne širine operacijskega ojačevalnika logaritemski amplitudni frekvenčni odziv (LAFC) P-regulatorja vzporeden s frekvenčno osjo. w, in faza je nič (slika 4.3, b).
Integralni regulator (I-regulator) dobimo z vključitvijo kondenzatorja v povratno zanko, kot je prikazano na sl. 4.4, A, medtem ko integrira vhodni signal in prenosno funkcijo krmilnika
 |
, (4.3)
Kje T in = R v C os- konstanta integracije.
Kot sledi iz (4.3), je fazni zamik izhodnega signala enak - str/ 2, ima LFC naklon -20 dB/dec, logaritemski fazni frekvenčni odziv (LPFR) pa je vzporeden s frekvenčno osjo w(slika 4.4, b).
Proporcionalno-integralni regulator (PI krmilnik ) dobimo z vzporedno vezavo P- in I-regulatorjev, tj
Prenosno funkcijo (4.4) je mogoče dobiti na enem operacijskem ojačevalniku z vključitvijo aktivno-kapacitivnega reaktanca v njegovo povratno zvezo Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), kot je prikazano na sl. 4,5, A.
Nato v skladu z (4.1)
,
Kje T 1 = R os C os; T I = R v C os; k P = R os / R in.
Logaritemske frekvenčne značilnosti PI regulatorja so prikazane na sl. 4,5, b.
Proporcionalni diferencialni krmilnik (PD krmilnik) dobimo z vzporedno vezavo P-regulatorja in diferenčnega D-regulatorja, tj
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
Prenosno funkcijo (4.5) dobimo s priključitvijo kondenzatorja na vhodni upor operacijskega ojačevalnika, kot je prikazano na sl. 4.6, A. Potem imamo ob upoštevanju (4.1).
Kje T 1 = R in C in; k P = R os / R in.
 |
Logaritemske frekvenčne značilnosti krmilnika PD so prikazane na sl. 4.6, b.
Proporcionalno-integralno-odvodni regulator (PID regulator). Ta regulator dobimo z vzporedno vezavo treh regulatorjev - P-regulatorja, I-regulatorja in D-regulatorja. Njegova prenosna funkcija ima obliko
. (4.6)
Prenosno funkcijo (4.6) lahko vedno izvedemo z vzporedno povezavo PD krmilnika in I krmilnika, ki imata prenosni funkciji (4.5) oziroma (4.3). V tem primeru je vezje PID regulatorja mogoče izvesti s tremi operacijskimi ojačevalniki. Prvi ojačevalnik izvaja funkcijo regulatorja PD (slika 4.6, A), drugi ojačevalnik je funkcija I-regulatorja (slika 4.4, A), tretji ojačevalnik (slika 4.3, A) je funkcija seštevanja izhodnih signalov prvega in drugega ojačevalnika.
Če parametri k P, T I in T D naložiti omejitev
potem lahko prenosno funkcijo (4.6) zapišemo kot
, (4.7)
Kje k P = (T 1 +T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
PID krmilnik s prenosno funkcijo (4.7) je sekvenčna povezava PD krmilnika in PI krmilnika in se lahko izvede na enem samem operacijskem ojačevalniku z uporom v povratnem vezju.
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
in upor v vhodnem vezju
.
V tem primeru so časovne konstante regulatorja T 1 = R in C in, T 2 =R os C os, T 0 =R v C os.
 |
Vezje PID krmilnika za en ojačevalnik je prikazano na sl. 4.7, A, in njegove logaritemske frekvenčne značilnosti na sl. 4.7, b.
Obravnavana vezja PD krmilnika in PID krmilnika imata v vhodnih vezjih ojačevalnika kondenzatorje, ki za visokofrekvenčne motnje predstavljajo upor blizu nič. Za povečanje stabilnosti regulatorjev lahko zaporedno s kondenzatorjem povežete dodaten upor z majhnim uporom (vsaj en red velikosti manjši od kapacitivnosti kondenzatorja).
Regulatorji, njihovo delovanje in tehnične izvedbe so podrobneje obravnavani v /1/.
Vprašanja za samotestiranje
1. Kakšno funkcijo opravljajo regulatorji sistema avtomatizacije?
2. Katere tipične transformacije krmilnega signala izvajajo regulatorji sistemov za avtomatizacijo?
3. Na čem temelji izgradnja večine sodobnih analognih regulatorjev?
4. Katere so glavne lastnosti operacijskih ojačevalnikov?
5. Kakšne so vhodne koordinate tipičnega operacijskega ojačevalnika?
6. Kakšna je izhodna koordinata tipičnega operacijskega ojačevalnika?
7. Katere komponente so vključene v funkcionalno vezje operacijskega ojačevalnika?
8. Poimenujte tipična vezja za priključitev operacijskih ojačevalnikov.
9. Katero tipično vezje operacijskega ojačevalnika se običajno uporablja za implementacijo regulatorjev?
10. Podajte prenosno funkcijo operacijskega ojačevalnika za invertno vhodno vezje.
11. Kateri element vsebuje proporcionalni regulator v povratnem vezju operacijskega ojačevalnika?
12. Kateri element vsebuje proporcionalni regulator v vhodnem vezju operacijskega ojačevalnika?
13. Podajte prenosno funkcijo proporcionalnega regulatorja.
14. Kakšne so značilnosti amplitudne frekvence in fazne frekvence proporcionalnega regulatorja?
15. Kateri element vsebuje integralni regulator v povratnem vezju operacijskega ojačevalnika?
16. Kateri element vsebuje integralni regulator v vhodnem vezju operacijskega ojačevalnika?
17. Podajte prenosno funkcijo integralnega regulatorja.
18. Kakšen je naklon logaritemskega amplitudnega frekvenčnega odziva integralnega regulatorja?
19. Kakšen je fazni frekvenčni odziv integralnega regulatorja?
20. Katere elemente vsebuje povratno vezje operacijskega ojačevalnika?
21. V katerem elementu je vhodno vezje operacijskega ojačevalnika proporcionalno-integralnega regulatorja?
22. Podajte prenosno funkcijo proporcionalno-integralnega regulatorja.
23. Kateri element vsebuje povratno vezje operacijskega ojačevalnika proporcionalnega diferenčnega regulatorja?
24. Podajte prenosno funkcijo proporcionalno-diferencialnega regulatorja.
25. Pod kakšnimi omejitvami parametrov se proporcionalno-integralno-derivacijski regulator izvaja na enem samem operacijskem ojačevalniku?
26. Katere elemente vsebuje vhodno vezje proporcionalno-integralno-derivacijskega regulatorja na osnovi enega samega operacijskega ojačevalnika?
27. Katere elemente vsebuje povratno vezje proporcionalno-integralno-derivacijskega regulatorja na osnovi enega samega operacijskega ojačevalnika?
Regulatorji intenzivnosti
Tipična glavna enota v krmilnih sistemih električnega pogona in drugih sistemih avtomatizacije je integrator oz regulator intenzivnosti(ZI). Naloga SI je oblikovati gladko spremembo glavnega signala pri prehodu z ene ravni na drugo, in sicer ustvariti linearni dvig in padec signala z zahtevano hitrostjo. V stabilnem stanju je napetost na izhodu generatorja jakosti enaka napetosti na njegovem vhodu.
Na sl. Slika 4.8 prikazuje blokovni diagram enointegrirajočega SI, sestavljenega iz treh operacijskih ojačevalnikov. Vsi ojačevalniki so povezani po vezju z invertnim vhodom. Prvi ojačevalec U1, deluje brez povratne zveze, vendar z omejitvijo izhodne napetosti U 1, ima pravokotno karakteristiko, ki je prikazana brez upoštevanja inverzije izhodne napetosti na sl. 4.9, A. Drugi operacijski ojačevalnik U2 deluje kot integrator s konstantno stopnjo integracije
(4.8)
Stopnjo integracije je mogoče prilagoditi s spreminjanjem Rin2. Tretji ojačevalec U3 ustvarja negativno povratno napetost
. (4.9)
Ko je na vhod priključena referenčna napetost U z izhodna napetost narašča linearno v skladu z (4.8). V trenutku v času t=t p, Kdaj U з = - U os, integracija se ustavi in izhodna napetost, kot izhaja iz (4.9), doseže vrednost 
, ostaja v nadaljevanju nespremenjena. Ko odstranite nastavitveno napetost z vhoda ( U z = 0) pride do procesa linearnega zmanjšanja izhodne napetosti na nič (slika 4.9, b).
Hitrost spremembe izhodne napetosti te zaščitne naprave, kot izhaja iz (4.8), se lahko spremeni bodisi s spremembo vrednosti napetosti U 1, na primer z izbiro zener diod v povratnem vezju ojačevalnika U1 s stabilizacijsko napetostjo, ki je enaka zahtevani vrednosti U 1, ali s spremembo vrednosti izdelka R in2 C oc2.
Na sl. 4.10, A Prikazano je drugo vezje enojnega integrirajočega SI, izdelanega na osnovi bipolarnega tranzistorja, povezanega po vezju s skupno bazo. To vezje uporablja lastnosti tranzistorja ( T) kot tokovni ojačevalnik. Polnjenje kondenzatorja ( Z) se vedno pojavi pri konstantnem kolektorskem toku jaz do, določen z danim emitorskim tokom jaz e. V tem primeru hitrost spremembe napetosti skozi čas ti ven na izhodu iz ZI | duout/dt| = jaz do/C. Značilnosti vodenja ZI ti ven = = f(t) prikazano na sl. 4.10, b. Hitrost spremembe izhodnega signala je mogoče prilagoditi s spreminjanjem napetosti U e, sorazmerno s katerim se spreminja tok jaz e in s tem tudi tok jaz do, ali spreminjanje kapacitivnosti kondenzatorja. V stabilnem stanju je kondenzator vedno napolnjen do napetosti ti noter. Usmerniški most zagotavlja konstantno smer tranzistorskega kolektorskega toka ne glede na predznak napetosti ti noter. ZI so podrobno obravnavane v /1, 7/.
Vprašanja za samotestiranje
1. Za kakšen namen se v avtomatizacijskih vezjih uporabljajo regulatorji jakosti?
2. Kakšne so vhodne in izhodne koordinate generatorja jakosti?
3. Kakšen je statični dobiček generatorja jakosti?
4. Kako naj se spremeni napetost na izhodu generatorjev z enojno integracijo jakosti s stopenjskimi spremembami vhodne napetosti?
5. Na podlagi katerih ojačevalnikov so zgrajeni integrativni regulatorji jakosti?
6. Koliko operacijskih ojačevalnikov, povezanih preko inverznega vhoda, je potrebnih za izvedbo enkratnega integrirnega regulatorja jakosti?
7. Navedite namen vsakega od treh operacijskih ojačevalnikov v tipičnem vezju regulatorja jakosti z enim vključevanjem na mikrovezjih.
8. Kateri parametri vplivajo na hitrost spreminjanja izhodne napetosti enojnega integrirnega generatorja jakosti na treh operacijskih ojačevalnikih?
9. Kako se doseže linearna sprememba napetosti na kondenzatorju v vezju regulatorja intenzitete enojnega integrirnega tranzistorja?
10. Kateri parametri vplivajo na hitrost spreminjanja izhodne napetosti regulatorja jakosti enojnega integrirnega tranzistorja?
Ujemanje elementov
Funkcionalni elementi v krmilnih sistemih so lahko heterogeni glede vrste signala, vrste toka, upora in moči ter drugih indikatorjev. Zato se pri povezovanju elementov pojavi naloga usklajevanja njihovih lastnosti. Ta problem je rešen z ujemanjem elementov. V to skupino elementov spadajo fazni detektorji, ki se ujemajo z vrsto toka, digitalno-analogni in analogno-digitalni pretvorniki, ki se ujemajo z vrsto signala, sledilniki oddajnikov, ujemajoči se vhodni in izhodni upor, močnostni ojačevalniki, galvanski ločilniki in drugi elementi. . Koordinacijsko funkcijo lahko opravljajo tudi elementi, ki so običajno namenjeni drugim namenom. Na primer, izkaže se, da je operacijski ojačevalnik, obravnavan v razdelku 4.1, emiterski sledilnik glede na neinvertirajoči vhod, ko je izhodna napetost povezana z invertiranim vhodom.
Za galvansko ločitev se lahko na primer uporabi napetostni senzor transformatorja. Takšni in podobni elementi so očitni ali znani in jih ne bomo upoštevali.
Oglejmo si bolj zapletene standardne ujemajoče se elemente.
Fazni detektor(PD) je v znanstveni in tehnični literaturi dobil še vrsto drugih imen: fazno občutljivi ojačevalnik, fazno občutljivi usmernik, fazni diskriminator, demodulator.
Namen FD je pretvorba vhodne izmenične napetosti Ti noter V DC izhodna napetost Ti ven, katerih polarnost in amplituda sta odvisni od faze vhodne napetosti j. Tako ima PD dve vhodni koordinati: amplitudo vhodne napetosti U v m in fazo vhodne napetosti j in ena izhodna koordinata: povprečna vrednost izhodne napetosti Ti ven. Obstajata dva načina delovanja PD: amplitudni način, ko faza vhodne napetosti ostane konstantna in ima eno od dveh vrednosti 0 oz. str, U v m= var in Ti ven = f(U v m); fazni način, ko Ti noter= konst, j= var in Ti ven = f(j).
V amplitudnem načinu se PD uporablja kot pretvornik AC neusklajenega signala v krmilni signal v enosmernih servo pogonih, kot pretvornik izhodnega signala AC tahogeneratorja itd. V faznem načinu se PD uporablja v krmilnih sistemih, v katerih sta krmiljena in krmilna spremenljivka gladko spremenljiva faza.
Fazni detektor praviloma nima funkcije ojačanja napetosti.
Zato je dobiček PD blizu enote. Na sl. Slika 4.11 prikazuje izračunano ekvivalentno vezje polnovalne PD. Vezje ustreza ničelnemu rektifikacijskemu vezju, v katerem so ventili nadomeščeni s funkcijskimi stikali K1 in K2. Odpornost na obremenitev Rn, na katerem je dodeljena izhodna napetost, povezuje srednje točke A, 0 ključi in viri nadzora EMF e y. Notranji upor krmilnega vira EMF se vnese v vsako vezje R y. Stanje tipk je nadzorovano z referenčnim EMF e op v skladu z algoritmom: za e op > 0 K1 vključeno, torej ga
 |
preklopna funkcija y k1= 1,a K2 onemogočena, to je njegova preklopna funkcija y k2 = 0. Za e op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Ta algoritem lahko predstavimo s formulami
y do 1 = (1+znak e op) /2; y do 2 = (1- znak e op) /2 . (4.10)
Očitno z zaprtim K1 izhodna emf e ven med točkami A, 0 enako e y, in ko je zaprt K2 e ven = - e y, to je
e ven = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Če nadomestimo (4.10) v (4.11), dobimo
e ven = e y znak e op . (4.12)
Diagram sprememb izhodnega EMF, ki ustreza algoritmom (4.11) in (4.12), je prikazan na sliki 4.12.
e op = E op m sinwt in e y = E y m sin(wt - j),
Kje E op m,Ej m- vrednosti amplitude referenčnega EMF in kontrolnega EMF; w je kotna frekvenca referenčnega EMF in krmilnega EMF, nato povprečna vrednost popravljenega izhodnega EMF
. (4.13)
Ker E y m = k p U v m, povprečna izhodna napetost 
, nato ob upoštevanju (4.13)
, (4.14)
Kje k str- koeficient prenosa od vhodne napetosti do krmilnega EMF. Določeno je z značilnostmi specifičnega PD vezja.
Za j= const = 0 oz j= konst = str obstaja amplitudni način delovanja PD, za katerega je krmilna karakteristika enostavna:
U ven = k FD U noter,
kjer je ob upoštevanju (4.14) dobiček PD v amplitudnem načinu
.
pri j= 0 vrednosti izhodne napetosti Ti ven so pozitivni in kdaj j = str vrednosti izhodne napetosti so negativne.
Za Ti noter= konst in j= var obstaja fazni način PD, za katerega ima krmilna karakteristika obliko
U izhod = k " FD cosj = k "FD sinj",
Kje j " = p/2 - j, in koeficient prenosa PD v faznem načinu ob upoštevanju (4.14)
;
Pri majhnem j" krmilna značilnost
Delovanje PD, njihove značilnosti in diagrami vezja so obravnavani v /1/.
Digitalno-analogni pretvorniki(DAC). Pretvornik uskladi digitalni del krmilnega sistema z analognim. Vhodna koordinata DAC je binarno večbitno število A n = a n -1 …a i …a 1 a 0, izhodna koordinata pa je napetost Ti ven, ustvarjen na podlagi referenčne napetosti U op(slika 4.13).
DAC vezja so zgrajena na osnovi uporovne matrike, s pomočjo katere se tokovi oziroma napetosti seštejejo tako, da je izhodna napetost sorazmerna vhodnemu številu. DAC je sestavljen iz treh glavnih delov: uporovne matrike, elektronskih stikal, ki jih krmili vhodna številka, in seštevalnega ojačevalnika, ki generira izhodno napetost. Na sl. Slika 4.14 prikazuje preprosto vezje ireverzibilnega DAC. Vsaka cifra vhodnega binarnega števila An ustreza odpornosti
R i = R 0 / 2 i, (4.15)
Kje R0- odpornost nizkega reda.
upor R i priključi na vir napajanja z referenčno napetostjo U op preko elektronskega ključa K i, ki je zaprta ob a i=1 in odprto ob a i= 0. Očitno odvisno od vrednosti a i upornost vhodnega vezja za jaz- kategorija ob upoštevanju (4.15) bo določena z izrazom
R i = R 0 /(2 i a i). (4.16)
Potem za in jaz= 0, to pomeni, da je tokokrog prekinjen, in za a i=1 vezje je vklopljeno in ima upor R 0 /2 i.
V diagramu na sl. 4.14 operacijski ojačevalnik U sešteje vhodne tokove in njegovo izhodno napetost ob upoštevanju zapisa vezja in izraza (4.16)
Izraz (4.17) oblike U izhod = f(A n)- To je krmilna značilnost DAC. Ima stopničasto obliko z diskretnostjo napetosti, ki ustreza najmanj pomembni enoti,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Magnituda ΔU 0 je hkrati povprečni prenosni koeficient DAC k DAC.
Analogno-digitalni pretvornik(ADC) rešuje inverzni problem - pretvori neprekinjeno vhodno napetost v število, na primer binarno. Vsak izhod večbitno binarno število A i ustreza obsegu sprememb vhodne napetosti:
, (4.18)
Kje U ei = ΔU 0 i- referenčna vrednost izhodne napetosti, ki ustreza izhodnemu binarnemu številu A i; ΔU 0- diskretnost izhodne napetosti, ki ustreza enoti najmanj pomembne števke izhodnega števila.
pri n-bitni ADC, skupno število neničelnih nivojev referenčne vhodne napetosti, ki se med seboj razlikujejo za ΔU 0, enako največjemu izhodnemu decimalnemu številu N=2 n - 1. Od vsake stopnje U e i, v skladu z (4.18), nosi informacijo o številu, potem lahko pri delovanju ADC ločimo glavne operacije: primerjava vhodne in referenčne napetosti, določitev nivojske številke, generiranje izhodne številke v dani kodi . Povprečno ojačenje ADC je opredeljeno kot recipročna vrednost ustreznega ojačenja DAC:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Potem lahko enačbo za krmilno karakteristiko ADC zapišemo kot
Krmilna karakteristika ADC ima stopničasto obliko.
Izvedbena vezja ADC lahko razdelimo na dve glavni vrsti: vzporedno delovanje in zaporedno delovanje.
Glavna prednost vzporednega ADC je njegova visoka zmogljivost. Pretvorba analogne vhodne napetosti v decimalno večmestno število se zgodi v samo dveh taktih elementov digitalnega vezja. Glavna pomanjkljivost takšnih ADC je veliko število analognih primerjalnikov in flip-flopov v vezju, enako 2 n - 1, zaradi česar so večbitni vzporedni ADC pregrešno dragi.
Za serijski ADC so potrebni znatno nižji stroški strojne opreme. Na sl. Slika 4.15 prikazuje sledilno ADC vezje, ki spada v skupino sekvenčnih vezij. Diagram uporablja prej neomenjene simbole: GTI- generator taktnih impulzov, SR- obratni števec, TO- primerjalnik, R- izhodni register. Oznake logičnih elementov IN,ALI NE splošno sprejeto.
Primerjava Ti noter in U e izvedeno na kombiniranem analognem primerjalniku z dvema izhodoma: "več kot" (>) in "manj kot" (<). ЕслиU v - U e >ΔU 0/ 2, potem se na izhodu pojavi en sam signal > in element in 1 vodi taktne impulze na seštevalni vhod (+1) gor/dol števca SR.Število izhodov raste SR, in se ustrezno poveča uh, ustvarjen DAC. če U v - U e < ΔU 0 /2 , potem se na izhodu pojavi en sam signal< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент IN 2 preide na vhod za odštevanje (-1) števca SR in U e zmanjša. Ko je pogoj | U v - U e | = ΔU 0 /2 na obeh izhodih TO ničelni signali in elementi so poudarjeni in 1 in IN 2 so zaklenjeni za taktne impulze. Števec preneha šteti, na izhodu registra pa se prikaže število, ki na njegovem izhodu ostane nespremenjeno R. Dovoljenje za zapis številke v register je podano s signalom enega elementa ALI-NE, vključen na dveh izhodih TO. Ob upoštevanju te sheme v zvezi z Ti noter in uh, lahko ugotovimo, da je ADC krmilni sistem, zaprt vzdolž izhodne koordinate s krmilnikom TO relejno delovanje. Sistem spremlja spremembo vhodne napetosti z natančnostjo v ustaljenem stanju ± U 0 /2 in izpiše številko, ki ustreza digitalnemu izhodu Ti noter. Sledilni ADC lahko hitro pretvori le dokaj počasno spremembo vhodne napetosti.
Glavna pomanjkljivost obravnavanega ADC je njegova slaba zmogljivost. V najbolj neugodnem primeru, ko je najvišja napetost na vhodu nenadoma nastavljena, bo potrebno ustvariti ustrezno izhodno vrednost v digitalni kodi 2 n - 1 utripi Nekatera vezja DAC in ADC ter njihovo delovanje so obravnavana v /1/.
Vprašanja za samotestiranje
1. Zakaj se v sistemih za avtomatizacijo uporabljajo ujemajoči se elementi?
2. Kakšno transformacijo izvede fazni detektor?
3. V katerih načinih lahko deluje fazni detektor?
4. Kakšne so vhodne koordinate faznega detektorja?
5. Kakšna je izhodna koordinata faznega detektorja?
6. Kakšen je amplitudni način delovanja faznega detektorja?
7. Kakšen je fazni način delovanja faznega detektorja?
8. Za kaj se lahko uporabljajo fazni detektorji v sistemih avtomatizacije?
9. Podajte formulo za krmilne značilnosti faznega detektorja, ki deluje v amplitudnem načinu.
10. Kakšno pretvorbo izvaja digitalno-analogni pretvornik?
11. Kakšne so vhodne in izhodne koordinate digitalno-analognega pretvornika?
12. Kateri so glavni deli vezja digitalno-analognega pretvornika?
13. Navedite formule za izračun regulacijskih karakteristik digitalno-analognega pretvornika in njegovega povprečnega prenosnega koeficienta.
14. Kakšno krmilno karakteristiko ima digitalno-analogni pretvornik?
15. Kakšno pretvorbo izvaja analogno-digitalni pretvornik?
16. Kakšne so vhodne in izhodne koordinate analogno-digitalnega pretvornika?
17. Podajte formule za izračun regulacijskih karakteristik analogno-digitalnega pretvornika in njegovega povprečnega prenosnega koeficienta.
18. Katere vrste analogno-digitalnih pretvornikov obstajajo?
19. Katere so glavne prednosti in slabosti vzporednih analogno-digitalnih pretvornikov?
20. Katere so glavne prednosti in slabosti serijskih analogno-digitalnih pretvornikov?
21. Zakaj se digitalno-analogni pretvornik uporablja v sledilnem vezju analogno-digitalnega pretvornika?
22. Kolikšna je največja absolutna napaka pretvorbe v stabilnem stanju sledilnega analogno-digitalnega pretvornika?
SENZORJI
Vprašanja za samotestiranje
1. Kakšne so vhodne in izhodne koordinate senzorja kota vrtenja?
2. Kakšne so vhodne in izhodne koordinate senzorja kota neusklajenosti?
3. V katerih sistemih se lahko uporabljajo kotni senzorji in senzorji napak?
4. Koliko navitij in kje ima trifazni kontaktni sinhro?
5. Kakšne so vhodne in izhodne koordinate selsina?
6. V katerih načinih lahko deluje selsyn?
7. Kakšen je amplitudni način delovanja sinhronizatorja?
8. Kakšen je fazni način delovanja selsina?
9. Navedite formulo za izračun regulacijskih karakteristik sinhronizatorja v amplitudnem načinu delovanja.
10. Navedite formulo za izračun regulacijskih značilnosti sinhronizatorja v faznem načinu delovanja.
11. Kateri dejavniki določajo statične napake sinhronizatorja, ki izkrivljajo njegove krmilne značilnosti?
12. Kaj povzroča napako hitrosti senzorja rotacijskega kota, ki temelji na selsynu?
13. V kakšnem načinu delujeta senzor selsyn in sprejemnik selsyn v vezju senzorja kota neusklajenosti, če se kot njegove izhodne koordinate uporabita vrednost amplitude EMF rotorja sprejemnika selsyn in faza tega EMF?
14. Navedite formulo za izračun krmilnih značilnosti senzorja neusklajenosti na podlagi dveh sinhronizatorjev, ki delujeta v transformatorskem načinu.
15. Katere so glavne pomanjkljivosti senzorjev zasučnega kota, ki temeljijo na selsynu?
16. Za kakšen namen se na vhodu senzorjev kota vrtenja uporabljajo reduktorji?
17. Za kakšen namen se na vhodu senzorjev kota vrtenja uporabljajo stopenjska merilna orodja?
18. Kako se spremeni napaka merjenja kota pri uporabi reduktorjev?
19. Kdaj je primerna uporaba diskretnih senzorjev kota?
20. Kateri so glavni elementi prisotni v zasnovi digitalnega senzorja kota vrtenja na osnovi kodnega diska?
21. Zakaj ima krmilna karakteristika digitalnega senzorja kota vrtenja na osnovi kodne plošče stopenjski značaj?
22. Podajte formulo za izračun diskretnega intervala digitalnega senzorja kota vrtenja na podlagi kodne plošče.
23. Podajte formulo za izračun absolutne napake digitalnega senzorja kota vrtenja na podlagi kodne plošče.
24. S katerimi konstrukcijskimi ukrepi je mogoče povečati bitno kapaciteto digitalnega senzorja kota vrtenja na osnovi kodne plošče?
Senzorji kotne hitrosti
DC tahogenerator je enosmerni električni stroj z neodvisnim vzbujanjem ali trajnimi magneti (slika 5.6). Vhodna koordinata TG - kotna hitrost w, izhodna napetost Ti ven, dodeljen obremenitvenemu uporu.
E tg = kФw = I(R tg + R n),
Koeficient prenosa TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- konstruktivna konstanta; F- pretok magnetnega vzbujanja; R tg- upornost navitja armature in stika s ščetkami.
 |
Prenosni koeficient TG, strogo gledano, ne ostane konstanten, ko se hitrost spremeni zaradi nelinearnosti kontaktnega upora ščetke in reakcije armature. Zato je opazna določena nelinearnost v krmilni karakteristiki v območjih nizke in visoke hitrosti (slika 5.6, b). Nelinearnost v območju nizke hitrosti se zmanjša z uporabo metaliziranih ščetk z nizkim padcem napetosti. Nelinearnost karakteristike zaradi reakcije armature se zmanjša z omejevanjem hitrosti od zgoraj in povečanjem upora obremenitve. Pri izvajanju teh dejavnosti je mogoče kontrolne značilnosti TG obravnavati kot skoraj enostavne.
28. Suim regulatorji.
1. Analogni regulatorji razreda "vhod-izhod" na osnovi operacijskih ojačevalnikov
Ne glede na tehnološki namen regulatorjev so vsi razdeljeni v 2 velika razreda:
Parametrični regulatorji razreda “vhod/izhod” (P-, PI-, PID-, itd. regulatorji);
Regulatorji stanja ACS (aperiodični, modalni itd.).
Prvi razred regulatorjev na funkcijskih diagramih krmilnega sistema ES je označen kot prehodna funkcija.
1. Proporcionalni regulator (P-regulator).
Shematski diagram regulatorja je prikazan na sl. 4.19.
Predpostavimo, da je na vhodu krmilnika signal napake krmiljenja X v in X v = X h - X os. Poleg tega namesto dveh uporov R Z in R uporablja se en OS - R vnos
U ven( t)=TO reg X v( t).
2. Integralni regulator (I-regulator).
Shematski diagram regulatorja je prikazan na sl. 4.22.
riž. 4.22. Shematski diagram integriranega regulatorja
Prenosna funkcija krmilnika
Kje T T In = R VX Z 0 .
Časovne značilnosti regulatorja:
U ven( t)=U ven (0)+ 1/ ( R VX Z 0)X v( t)t.
p 
prehodni proces v krmilniku pri ničelnih začetnih pogojih ( U izhod (0)=0) bo imel obliko, prikazano na sl. 4.23.
Funkcionalni diagram integriranega regulatorja je prikazan na sl. 4.24.
3. Diferencialni regulator (D-regulator).
Shematski diagram regulatorja je prikazan na sl. 4.25.
Prenosna funkcija krmilnika
Kje T D je časovna konstanta integratorja, T D = R 0 Z VH.
Časovne značilnosti regulatorja:
U ven( t)=T D (t),
Kje (t) je Diracova delta funkcija.
Prehodni proces v regulatorju bo imel obliko, prikazano na sl. 4.26.
Z 
Opozoriti je treba, da omejena frekvenčna širina samih operacijskih ojačevalnikov ne omogoča realizacije čiste (idealne) diferenciacije. Poleg tega se je zaradi nizke odpornosti diferencialnih regulatorjev na hrup razvila praksa uporabe pravih diferencialnih povezav in sheme vezja takšnih regulatorjev so nekoliko drugačne od tistih, prikazanih na sl. 4.25.
Funkcionalni diagram diferencialnega regulatorja je prikazan na sl. 4.27.
4. Proporcionalno-integralni regulator (PI regulator).
Shematski diagram regulatorja je prikazan na sl. 4.28.
Prenosna funkcija krmilnika
Kje K REG - prenosni koeficient regulatorja, K REG = R 0 /R VX;
T In ali je časovna konstanta integratorja, T In = R VX Z 0 .
Časovne značilnosti regulatorja:
U ven( t)=U ven (0) + ( K REG + t/ ( R VX Z 0))X v( t).
Prehodni proces v krmilniku pri ničelnih začetnih pogojih bo imel obliko, prikazano na sl. 4.29.
Prenosna funkcija proporcionalno-integralnega regulatorja je pogosto predstavljena ne kot vsota dveh členov, ampak kot tako imenovana izodromna povezava.
, (4.53)
Kje T IZ je časovna konstanta izodromske povezave, T OD = R 0 C 0 ,
T In ali je časovna konstanta integracije krmilnika, T In = R VX C 0 .
Krmilnik PI, vključen v strukturo ACS, zagotavlja kompenzacijo za eno veliko časovno konstanto krmilnega objekta (glejte razdelek 8.1).
Proporcionalni diferencialni krmilnik (PD krmilnik) Shematski diagram regulatorja je prikazan na sl. 4.31.
Kje K K REG = R 0 /R VX;
T D je časovna konstanta integratorja, T D = R 0 Z VH.
Časovne značilnosti regulatorja:
U ven( t)= K REG X v( t) +T D (t),
Kje (t) je Diracova delta funkcija.
p 
Prehodni proces v krmilniku PD bo imel obliko, prikazano na sl. 4.32 je funkcionalni diagram regulatorja prikazan na sl. 4.33.
riž. 4.32. Prehodni proces v PD krmilniku
6. Proporcionalno-integralno-derivacijski regulator (PID)
regulator)
Shematski diagram regulatorja je prikazan na sl. 4.34.
Prenosna funkcija krmilnika
Kje K REG - prenosni koeficient regulatorja, K REG = R 0 /R VX + C VX / Z 0 ;
T In ali je integracijska časovna konstanta, T In = R VX Z 0 ;
T D - diferenciacijska časovna konstanta, T D = R 0 Z VH.
Časovne značilnosti regulatorja:
U ven( t)=U ven (0) + K REG X v( t) + (1/T IN p) X v( t) + T D (t),
Kje (t) je Diracova delta funkcija.
Prehodni proces v regulatorju bo imel obliko, prikazano na sl. 4.35 je funkcionalni diagram prikazan na sl. 4.36.
Po analogiji s krmilnikom PI je MM regulatorja PID pogosto predstavljen kot izodromna povezava drugega reda
, (4.56)
Kje T IZ,1 , T IZ,2 - časovne konstante izodromne povezave; T IZ,1 = R 0 Z 0 ,T IZ,2 = =R vnos Z vnos
PID krmilnik zagotavlja kompenzacijo dveh velikih časovnih konstant regulacijskega objekta, kar zagotavlja intenzivnost dinamičnih procesov v ACS.
Članek bo obravnaval standardni operacijski ojačevalnik in navedel tudi primere različnih načinov delovanja te naprave. Danes nobena krmilna naprava ne more brez ojačevalnikov. To so resnično univerzalne naprave, ki vam omogočajo izvajanje različnih funkcij s signalom. Nadalje boste izvedeli, kako ta naprava deluje in kaj točno vam ta naprava omogoča.
Invertni ojačevalniki
Vezje invertnega ojačevalnika operacijskega ojačevalnika je precej preprosto, lahko ga vidite na sliki. Temelji na operacijskem ojačevalniku (njegova povezovalna vezja so obravnavana v tem članku). Poleg tega tukaj:
- Na uporu R1 pride do padca napetosti, njegova vrednost je enaka vhodni.
- Na uporu je tudi R2 - enak je izhodnemu.
V tem primeru je razmerje med izhodno napetostjo in uporom R2 enako razmerju med vhodno napetostjo in R1, vendar v nasprotnem znaku. Če poznate vrednosti upora in napetosti, lahko izračunate dobiček. Če želite to narediti, morate izhodno napetost deliti z vhodno napetostjo. V tem primeru ima lahko operacijski ojačevalnik (njegova povezovalna vezja so lahko katera koli) enako ojačenje ne glede na vrsto.
Delovanje povratne informacije
Zdaj si moramo podrobneje ogledati eno ključno točko - kako povratne informacije delujejo. Recimo, da je na vhodu nekaj napetosti. Za poenostavitev izračunov vzemimo njegovo vrednost enako 1 V. Predpostavimo tudi, da je R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.
Zdaj pa predpostavimo, da je prišlo do neke nepredvidene situacije, zaradi katere je napetost na izhodu kaskade nastavljena na 0 V. Nato opazimo zanimivo sliko - dva upora začneta delovati v parih, skupaj ustvarjata delilnik napetosti. Na izhodu obračalne stopnje se vzdržuje na ravni 0,91 V. V tem primeru operacijski ojačevalnik omogoča snemanje neusklajenosti med vhodi in napetost na izhodu se zmanjša. Zato je zelo preprosto oblikovati vezje operacijskega ojačevalnika, ki na primer izvaja funkcijo ojačevalnika signala iz senzorja.
In ta sprememba se bo nadaljevala, dokler izhod ne doseže stabilne vrednosti 10 V. V tem trenutku bodo potenciali na vhodih operacijskega ojačevalnika enaki. In bodo enaki zemeljskemu potencialu. Po drugi strani pa, če se napetost na izhodu naprave še naprej zmanjšuje in je manjša od -10 V, bo potencial na vhodu postal nižji od potenciala ozemljitve. Posledica tega je, da napetost na izhodu začne naraščati.
To vezje ima veliko pomanjkljivost - vhodna impedanca je zelo majhna, zlasti pri ojačevalnikih z visoko napetostjo, če je povratno vezje zaprto. In zasnova, o kateri bomo razpravljali naprej, je brez vseh teh pomanjkljivosti.
Neinvertirajoči ojačevalnik
Slika prikazuje vezje neinvertirajočega operacijskega ojačevalnika. Po analizi lahko naredimo več zaključkov:
- Vrednost napetosti UA je enaka vhodni napetosti.
- Iz delilnika se odstrani napetost UA, ki je enaka razmerju produkta izhodne napetosti in R1 na vsoto uporov R1 in R2.
- V primeru, ko je vrednost UA enaka vhodni napetosti, je ojačenje enako razmerju izhodne napetosti proti vhodu (lahko pa eno dodate razmerju uporov R2 in R1).
Ta zasnova se imenuje neinvertirajoči ojačevalnik; ima skoraj neskončno vhodno impedanco. Na primer, za operacijske ojačevalnike serije 411 je njegova vrednost najmanj 1012 Ohmov. In za operacijske ojačevalnike, ki temeljijo na bipolarnih polprevodniških tranzistorjih, praviloma nad 108 ohmov. Toda izhodna impedanca kaskade, kot tudi v prej obravnavanem vezju, je zelo majhna - delčki ohma. In to je treba upoštevati pri izračunu vezij z uporabo operacijskih ojačevalnikov.
AC ojačevalno vezje
Obe vezji, o katerih smo govorili prej v članku, delujeta na Če pa je povezava med virom vhodnega signala in ojačevalnikom izmenični tok, potem boste morali zagotoviti ozemljitev za tok na vhodu naprave. Poleg tega morate biti pozorni na dejstvo, da je trenutna vrednost izjemno majhna.
V primeru ojačenja AC signalov je potrebno ojačenje enosmernega signala zmanjšati na enoto. To še posebej velja za primere, kjer je povečanje napetosti zelo veliko. Zahvaljujoč temu je mogoče bistveno zmanjšati vpliv strižne napetosti, ki se poganja na vhod naprave.
Drugi primer vezja za delo z izmenično napetostjo
V tem vezju lahko na ravni -3 dB vidite ujemanje s frekvenco 17 Hz. Na njem se izkaže, da je impedanca kondenzatorja na ravni dveh kiloohmov. Zato mora biti kondenzator dovolj velik.
Če želite zgraditi ojačevalnik izmeničnega toka, morate uporabiti vezje operacijskega ojačevalnika brez obračanja. In mora imeti precej velik napetostni dobiček. Toda kondenzator je lahko prevelik, zato je najbolje, da ga ne uporabljate. Res je, da boste morali izbrati pravo strižno napetost in njeno vrednost izenačiti z nič. Lahko pa uporabite delilnik v obliki črke T in povečate vrednosti upora obeh uporov v vezju.
Katero shemo je bolje uporabiti?
Večina oblikovalcev ima raje neinvertirajoče ojačevalnike, ker imajo zelo visoko vhodno impedanco. In zanemarjajo vezja invertnega tipa. A slednji ima veliko prednost - ni zahteven do samega operacijskega ojačevalnika, ki je njegovo "srce".
Poleg tega so njegove lastnosti dejansko veliko boljše. In s pomočjo namišljene ozemljitve lahko preprosto združite vse signale in ne bodo imeli nobenega vpliva drug na drugega. V zasnovah se lahko uporablja tudi ojačevalno vezje enosmernega toka, ki temelji na operacijskem ojačevalniku. Vse je odvisno od potreb.
In zadnja stvar je v primeru, če je celotno vezje, o katerem govorimo tukaj, povezano s stabilnim izhodom drugega operacijskega ojačevalnika. V tem primeru vrednost vhodne impedance ne igra pomembne vloge - vsaj 1 kOhm, vsaj 10, vsaj neskončnost. V tem primeru prva kaskada vedno opravlja svojo funkcijo glede na naslednjo.
Repetitorsko vezje
Repetitor na osnovi operacijskega ojačevalnika deluje podobno kot emiter zgrajen na bipolarnem tranzistorju. In opravlja podobne funkcije. V bistvu je to neinvertirajoči ojačevalnik, pri katerem je upornost prvega upora neskončno velika, upornost drugega pa enaka nič. V tem primeru je dobiček enak enoti.
Obstajajo posebne vrste operacijskih ojačevalnikov, ki se v tehniki uporabljajo samo za repetitorska vezja. Imajo bistveno boljše lastnosti - praviloma visoko zmogljivost. Primeri vključujejo operacijske ojačevalnike, kot so OPA633, LM310, TL068. Slednji ima telo kot tranzistor, pa tudi tri priključke. Zelo pogosto se takšni ojačevalniki preprosto imenujejo medpomnilniki. Dejstvo je, da imajo lastnosti izolatorja (zelo visoka vhodna impedanca in izjemno nizek izhod). Približno enak princip se uporablja za izdelavo vezja tokovnega ojačevalnika na osnovi operacijskega ojačevalnika.
Aktivni način
V bistvu je to način delovanja, v katerem izhodi in vhodi operacijskega ojačevalnika niso preobremenjeni. Če se na vhod vezja uporabi zelo velik signal, se bo na izhodu preprosto začel rezati glede na napetostni nivo kolektorja ali oddajnika. Ko pa je izhodna napetost fiksirana na ravni izklopa, se napetost na vhodih operacijskega ojačevalnika ne spremeni. V tem primeru obseg ne more biti večji od napajalne napetosti
Večina vezij operacijskega ojačevalnika je zasnovana tako, da je to nihanje za 2 V manjše od napajalne napetosti. Vendar je vse odvisno od uporabljenega specifičnega ojačevalnega vezja operacijskega ojačevalnika. Obstaja enaka omejitev glede stabilnosti na podlagi operacijskega ojačevalnika.
Recimo, da pride do določenega padca napetosti v viru s plavajočim bremenom. Če se tok premika v normalni smeri, lahko naletite na obremenitev, ki se na prvi pogled zdi čudna. Na primer, več reverzno polariziranih baterij. Ta zasnova se lahko uporablja za pridobitev neposrednega polnilnega toka.
Nekateri previdnostni ukrepi
Preprost napetostni ojačevalnik na osnovi operacijskega ojačevalnika (izberete lahko katero koli vezje) je mogoče narediti dobesedno "na kolenu". Vendar boste morali upoštevati nekatere značilnosti. Nujno je treba zagotoviti, da je povratna informacija v tokokrogu negativna. To tudi nakazuje, da je nesprejemljivo zamenjati neinvertirne in invertirne vhode ojačevalnika. Poleg tega mora biti prisotna povratna zanka za enosmerni tok. V nasprotnem primeru bo operacijski ojačevalnik hitro prešel v nasičenost.
Večina operacijskih ojačevalnikov ima zelo majhno vhodno diferencialno napetost. V tem primeru je lahko največja razlika med neinvertirajočim in invertirajočim vhodom omejena na 5 V za katero koli povezavo vira napajanja. Če se ta pogoj zanemari, se bodo na vhodu pojavile precej velike vrednosti toka, kar bo povzročilo poslabšanje vseh značilnosti vezja.
Najhuje pri tem je fizično uničenje samega operacijskega ojačevalnika. Zaradi tega vezje operacijskega ojačevalnika popolnoma preneha delovati.
Treba je razmisliti
In seveda moramo govoriti o pravilih, ki jih je treba upoštevati, da zagotovimo stabilno in dolgotrajno delovanje operacijskega ojačevalnika.
Najpomembnejša stvar je, da ima operacijski ojačevalnik zelo visoko napetostno ojačenje. In če se napetost med vhodi spremeni za delček milivolta, se lahko njena vrednost na izhodu bistveno spremeni. Zato je pomembno vedeti: izhod operacijskega ojačevalnika poskuša zagotoviti, da je napetostna razlika med vhodi blizu (v idealnem primeru enaka) ničli.
Drugo pravilo je, da je tok porabe operacijskega ojačevalnika izjemno majhen, dobesedno nanoamperov. Če so na vhodih nameščeni tranzistorji z učinkom polja, se izračuna v picoampih. Iz tega lahko sklepamo, da vhodi ne porabljajo toka, ne glede na to, kateri operacijski ojačevalnik se uporablja, vezje - princip delovanja ostaja enak.
Vendar ne smete misliti, da operacijski ojačevalnik res nenehno spreminja napetost na vhodih. Fizično je to skoraj nemogoče doseči, saj ne bi bilo korespondence z drugim pravilom. Zahvaljujoč operacijskemu ojačevalniku se oceni stanje vseh vhodov. Z uporabo zunanjega povratnega vezja se napetost prenese na vhod iz izhoda. Posledica tega je, da je napetostna razlika med vhodi operacijskega ojačevalnika enaka nič.
Koncept povratne informacije
To je splošen koncept in se že uporablja v širokem smislu na vseh področjih tehnologije. Vsak krmilni sistem ima povratno informacijo, ki primerja izhodni signal in nastavljeno vrednost (referenco). Odvisno od trenutne vrednosti se izvede prilagoditev v želeno smer. Poleg tega je nadzorni sistem lahko karkoli, tudi avto, ki vozi po cesti.
Voznik pritisne na zavoro in povratna informacija je tu začetek pojemka. Če potegnete analogijo s tako preprostim primerom, lahko bolje razumete povratne informacije v elektronskih vezjih. In negativna povratna informacija je, če avto pospeši, ko pritisnete na zavorni pedal.
V elektroniki je povratna informacija proces, med katerim se signal prenese iz izhoda na vhod. V tem primeru je tudi signal na vhodu potlačen. Po eni strani to ni zelo razumna ideja, saj se lahko od zunaj zdi, da se bo dobiček znatno zmanjšal. Mimogrede, ustanovitelji razvoja povratnih informacij v elektroniki so prejeli takšne povratne informacije. Vendar je vredno podrobneje razumeti njegov vpliv na operacijske ojačevalnike - razmislite o praktičnih vezjih. In postalo bo jasno, da dejansko nekoliko zmanjša dobiček, vendar vam omogoča, da nekoliko izboljšate druge parametre:
- Zgladite frekvenčne značilnosti (prinese jih na zahtevano raven).
- Omogoča napovedovanje obnašanja ojačevalnika.
- Sposoben odpraviti nelinearnost in popačenje signala.
Čim globlja je povratna zveza (govorimo o negativni), tem manjši je vpliv značilnosti odprte zanke na ojačevalnik. Posledica tega je, da so vsi njegovi parametri odvisni le od lastnosti, ki jih ima vezje.
Vredno je biti pozoren na dejstvo, da vsi operacijski ojačevalniki delujejo v načinu z zelo globoko povratno informacijo. In napetostni dobiček (z odprto zanko) lahko doseže celo nekaj milijonov. Zato je ojačevalno vezje operacijskega ojačevalnika izjemno zahtevno glede izpolnjevanja vseh parametrov glede napajanja in nivoja vhodnega signala.
Krmilnik izračuna neusklajenost in jo pretvori v krmilno akcijo v skladu z določeno matematično operacijo. VSAU uporablja predvsem naslednje tipe regulatorjev: proporcionalni (P), integralni (I), proporcionalno-integralni (PI), proporcionalno-integralno-odvodni (PID). Glede na vrsto pretvorjenih signalov ločimo analogne in digitalne regulatorje. Analogni regulatorji (AR) so izvedeni na osnovi operacijskih ojačevalnikov, digitalni - temeljijo na specializiranih računalniških napravah ali mikroprocesorjih. Analogni krmilniki pretvarjajo samo analogne signale, ki so zvezne funkcije časa. Pri prehodu skozi AP se vsaka trenutna vrednost neprekinjenega signala pretvori.
Za izvedbo AR je operacijski ojačevalnik (op-amp) povezan v skladu s seštevalnim ojačevalnim vezjem z negativno povratno zvezo. Vrsto regulatorja in njegovo prenosno funkcijo določa vezje za povezovanje uporov in kondenzatorjev v tokokrogih na vhodu in v povratni povezavi op-amp.
Pri analizi regulatorjev bomo uporabili dve glavni predpostavki, ki visoka stopnja Natančnost je dosežena za operacijski ojačevalnik z negativno povratno zvezo v linearnem načinu delovanja:
Diferencialna vhodna napetost U vhod operacijskega ojačevalnika je enak nič;
Invertirani in neinvertirani vhodi operacijskega ojačevalnika ne porabljajo toka, tj. vhodni tokovi (slika 2.2). Ker je neinvertirajoči vhod povezan z "ničelnim" vodilom, je po prvi predpostavki tudi potencial φa invertirajočega vhoda enak nič.
riž. 2.2. Funkcionalni diagram proporcionalnega regulatorja
Če preidemo na prirast spremenljivk v enačbi (2.1) in z uporabo Laplaceove transformacije dobimo prenosno funkcijo P-regulatorja:
Kje - proporcionalni dobiček.
Tako se v P-regulatorju izvede sorazmerno ojačanje (množenje s konstanto) signala napake u dirka
Koeficient je lahko večji ali manjši od ena. Na sl. 2.3 prikazuje odvisnost u pri = f(t) P-regulator, ko se signal napake spremeni u dirka
Integralni regulator (I-regulator) se izvede s priključitvijo kondenzatorja operacijskega ojačevalnika C na operacijski ojačevalnik v povratnem vezju (slika 2.4). Prenosna funkcija krmilnika I
kjer je konstanta integracije, s.
riž. 2.4. Funkcionalni diagram integriranega regulatorja
Krmilnik I integrira signal napake u dirka
Proporcionalno-integralni krmilnik (PI krmilnik) je izveden z vključitvijo upora R OU in kondenzatorja C OU v povratno zanko (slika 2.6).
riž. 2.6. Funkcionalna shema PI regulatorja
Prenosna funkcija PI regulatorja
je vsota prenosnih funkcij proporcionalnega in integralnega regulatorja. Ker ima krmilnik PI lastnosti krmilnikov P in I, hkrati izvaja sorazmerno ojačanje in integracijo signala napake. u dirka
Proporcionalno-integralno-odvodni krmilnik (PID krmilnik) je v najpreprostejšem primeru izveden s povezavo kondenzatorjev C 3 in C OS v PI krmilniku vzporedno z upori R 3 in R OC (slika 2.8).
riž. 2.8. Funkcionalna shema PID regulatorja
Prenosna funkcija PID regulatorja
kjer je proporcionalni dobiček PID regulatorja; - konstanta diferenciacije; - integracijska konstanta; ; .
Prenosna funkcija PID regulatorja je vsota prenosnih funkcij proporcionalnega, integralnega in diferencialnega regulatorja. PID krmilnik izvaja sočasno sorazmerno ojačitev, diferenciacijo in integracijo signala napake u dirka
17 vprašanje AEP koordinatni senzorji.
Blok diagram senzorja. AED (avtomatski električni pogon) uporablja senzorje za sprejemanje povratnih signalov na nadzorovanih koordinatah. Senzor je naprava, ki obvešča o stanju nadzorovane koordinate AED tako, da z njim komunicira in reakcijo na to interakcijo pretvori v električni signal.
V AED so krmiljene električne in mehanske koordinate: tok, napetost, EMF, navor, hitrost, premik itd. Za njihovo merjenje se uporabljajo ustrezni senzorji.
Koordinatni senzor AEP je lahko strukturno predstavljen kot serijska povezava merilnega pretvornika (MT) in naprave za ujemanje (CU) (slika 2.9). Merilni pretvornik pretvori koordinato X v signalu električne napetosti in(ali trenutno jaz), sorazmerno X . Ustrezna naprava pretvori izhodni signal in IP v povratni signal u OS , ki po velikosti in obliki zadovoljuje samovozke.
riž. 2.9. Blok diagram koordinatnega senzorja AEP
Trenutni senzorji. Tokovni senzorji (CT) so zasnovani za pridobivanje informacij o jakosti in smeri toka motorja. Zanje veljajo naslednje zahteve:
Linearnost krmilnih karakteristik v območju od 0,1I nom do 5 I nom ne manj kot 0,9;
Razpoložljivost galvanske izolacije napajalnega tokokroga in krmilnega sistema;
Visokozmogljivo.
Kot merilni pretvorniki v DT se uporabljajo tokovni transformatorji, dodatna (kompenzacijska) navitja gladilnih dušilk, Hallovi elementi in šantovi.
Tokovni senzorji, ki temeljijo na shuntih, se pogosto uporabljajo za merjenje toka motorja. Shunt je štiripolni upor s čisto aktivnim uporom R sh (neinduktivni shunt), je napajalni tokokrog priključen na tokovne sponke, merilni tokokrog pa na potencialne sponke.
Po Ohmovem zakonu padec napetosti na aktivnem uporu in=R w jaz.
Da bi zmanjšali učinek šanta na prehod toka v tokokrogu motorja, mora biti njegov upor minimalen. Nazivni padec napetosti na šantu je običajno 75 mV, zato ga je treba ojačati na zahtevane vrednosti (3,0 ... 3,5 V). Ker ima shunt potencialno povezavo z napajalnim krogom, mora tokovni senzor vsebovati napravo za galvansko ločitev. Kot take naprave se uporabljajo transformatorske in optoelektronske naprave. Blokovni diagram tokovnega senzorja, ki temelji na šantu, je prikazan na sl. 2.13.
riž. 2.13. Blok diagram tokovnega senzorja na osnovi šunta
Trenutno na podlagi trenutnih senzorjev elementi dvorane, ki so izdelani iz polprevodniškega materiala v obliki tanke plošče ali filma (slika 2.14). Ko električni tok I X prehaja skozi ploščo, ki se nahaja pravokotno na magnetno polje z indukcijo IN, V plošči se inducira Hallova emf e X:
kjer je koeficient, odvisen od lastnosti materiala in dimenzij plošče.
Senzorji napetosti. IN Kot merilni pretvornik napetosti v električnem pogonu se uporabljajo uporovni delilniki napetosti (slika 2.16).
riž. 2.16. Funkcionalni diagram napetostnega senzorja
Izhodna napetost delilnika.
EMF senzorji. Z nizkimi zahtevami za območje krmiljenja hitrosti (do 50) se EMF povratna informacija uporablja kot glavna povratna informacija v električnem pogonu.
riž. 2.17. Funkcionalni diagram armaturnega senzorja EMF
Senzorji hitrosti. Za pridobitev električnega signala, sorazmernega s kotno hitrostjo rotorja motorja, se uporabljajo tahogeneratorji in senzorji hitrosti impulzov. Tahogeneratorji se uporabljajo v analognih avtomatskih krmilnih sistemih, impulzni - v digitalnih.
Za senzorje hitrosti veljajo stroge zahteve glede linearnosti krmilnih karakteristik, stabilnosti izhodne napetosti in stopnje njenega valovanja, saj določajo statične in dinamične parametre pogona kot celote.
DC tahogeneratorji s trajnimi magneti so postali razširjeni v električnih pogonih. Za zmanjšanje stopnje povratnih pulzacij so v elektromotor vgrajeni tahogeneratorji.
Pri impulznih senzorjih hitrosti se kot primarni merilni pretvornik uporabljajo impulzni pretvorniki pomika, pri katerih je število impulzov sorazmerno z vrtilnim kotom gredi.
Senzorji položaja. IN Trenutno se v električnih pogonih uporabljajo indukcijski in fotoelektronski pretvorniki za merjenje gibanja gibljivih delov strojev in mehanizmov.
Med indukcijske transformatorje spadajo rotacijski transformatorji, selzini in induktozini. Induktozini so lahko krožni ali linearni.
Vrtljivi transformatorji (VT) se imenujejo električni mikrostroji izmeničnega toka, ki pretvorijo vrtilni kot α v sinusno napetost, sorazmerno s tem kotom. V avtomatskem krmilnem sistemu se rotacijski transformatorji uporabljajo kot merilniki neujemanja, ki beležijo odstopanje sistema od določenega določenega položaja.
Vrtljivi transformator ima na statorju in rotorju dva enaka enofazna porazdeljena navitja, ki sta drug proti drugemu premaknjena za 90°. Napetost iz navitja rotorja se odstrani z drsnimi obroči in ščetkami ali s pomočjo obročnih transformatorjev.
Načelo delovanja VT v sinusnem načinu temelji na odvisnosti napetosti, ki jo v navitju rotorja inducira pulzirajoči magnetni pretok statorja od kotnega položaja osi navitij statorja in rotorja.
Selsin je električni mikrostroj na izmenični tok z dvema navitjema: vzbujanjem in sinhronizacijo. Glede na število faz vzbujalnega navitja ločimo enofazne in trifazne sinhrone. Sinhronizacijsko navitje je vedno trifazno. V samohodnih puškah se široko uporabljajo brezkontaktni sinhroni z obročnim transformatorjem.
Sinhronizacijsko navitje brezkontaktnega sinhronizatorja z obročnim transformatorjem je nameščeno v režah statorja, vzbujalno navitje je v režah ali na izrazitih polih rotorja sinhronizatorja. Posebnost obročastega transformatorja je, da je njegovo primarno navitje nameščeno na statorju, sekundarno navitje pa na rotorju. Navitja imajo obliko obročev, nameščenih v magnetni sistem, sestavljen iz obročnih magnetnih jeder statorja in rotorja, ki sta na rotorju povezana z notranjim magnetnim krogom, na statorju pa z zunanjim. V samovoznih puškah se sinhroni uporabljajo v načinih amplitude in fazne rotacije.
Shema vezja za vklop navitij synsyn v amplitudnem načinu je prikazana na sl. 2.19. Vhodna koordinata sinhronizatorja v tem načinu je vrtilni kot rotorja τ. Za referenčno točko se vzame središčna črta faznega navitja A.
riž. 2.19. Funkcionalni diagram vklopa navitij synsyn v amplitudnem načinu
Shema vezja za vklop navitij synsyn v načinu faznega premika je prikazana na sl. 2.20. Vhodna koordinata sinhronizatorja v tem načinu je rotacijski kot τ, izhodna koordinata pa je faza φ izhodnega EMF e ven glede na izmenično napajalno napetost.
riž. 2.20. Funkcionalni diagram vklopa navitij synsyn v načinu vrtenja faze
18 vprašanje Impulzno-fazni krmilni sistemi. Načela tiristorskega krmiljenja.
V usmernikih se tiristorji uporabljajo kot krmiljena stikala. Za odpiranje tiristorja morata biti izpolnjena dva pogoja:
Anodni potencial mora presegati katodni potencial;
Na krmilno elektrodo je treba uporabiti odpiralni (kontrolni) impulz.
Imenuje se trenutek, ko se pojavi pozitivna napetost med anodo in katodo tiristorja trenutek naravnega odpiranja. Dovod impulza odpiranja se lahko zamakne glede na trenutek naravnega odpiranja za kot odpiranja. Zaradi tega je začetek toka skozi tiristor, ki vstopa v delovanje, zakasnjen in napetost usmernika je regulirana.
Za krmiljenje tiristorjev usmernika se uporablja impulzno-fazni nadzorni sistem (PPCS), ki opravlja naslednje funkcije:
Določanje trenutkov, v katerih naj se določeni specifični tiristorji odprejo; ti časovni trenutki so nastavljeni s krmilnim signalom, ki prihaja od izhoda ACS do vhoda SIFU;
Nastajanje odpirajočih impulzov se prenaša jaz ob pravem času na krmilne elektrode tiristorjev in imajo zahtevano amplitudo, moč in trajanje.
Glede na način pridobivanja premika odpiralnih impulzov glede na točko naravnega odpiranja ločimo horizontalni, vertikalni in integrativni princip krmiljenja.
Z vodoravnim krmiljenjem (slika 2.28) je krmilna izmenična sinusna napetost u y ni v fazi (vodoravno) glede na napetost u 1, ki napaja usmernik. V trenutku v času ωt=α iz krmilne napetosti nastanejo pravokotni odklepni impulzi U GT . Horizontalna regulacija se pri električnih pogonih praktično ne uporablja, kar je posledica omejenega območja regulacije kota α (približno 120°).
Pri navpičnem krmiljenju (sl. 2.29) se trenutek dobave odpiralnih impulzov določi, ko je krmilna napetost enaka u y (konstantne oblike) s spremenljivo referenčno napetostjo (navpično). V trenutku izenačenja napetosti nastanejo pravokotni impulzi U gt.
Z integriranim krmiljenjem (sl. 2.30) se trenutek dobave odpiralnih impulzov določi, ko je izmenična krmilna napetost enaka in pri s konstantno referenčno napetostjo U o p V trenutku enakosti napetosti nastanejo pravokotni impulzi U gt.
riž. 2.28. Horizontalni princip krmiljenja
riž. 2.29. Navpični princip krmiljenja
riž. 2.30. Načelo integriranega nadzora
Glede na metodo štetja odprtinskega kota a so SIFU razdeljeni na večkanalne in enokanalne. V večkanalnih SIFU se kot a za vsak tiristor usmernika meri v svojem kanalu, v enokanalnih - v enem kanalu za vse tiristorje. Pri industrijskih elektromotorjih se pretežno uporabljajo večkanalni SIFU z vertikalnim principom krmiljenja.