Glavni tipovi regulatora koji se koriste u sistemima upravljanja električnim pogonima pokretača bušaćih uređaja
Analogni regulatori u slave upravljačkim sistemima za elektromotorne pogone izgrađeni su na bazi operacionih pojačala (op-amp) - pojačivača jednosmerne struje sa visokom ulaznom i veoma niskom izlaznom impedancijom. Tehnologija integriranog kola sada omogućava proizvodnju visokokvalitetnih i jeftinih op-pojačala. U nekom dijelu svog radnog opsega, op-pojačalo se ponaša kao linearni naponski pojačavač sa vrlo visokim pojačanjem (10 5 - 10 6). Ako krug op-amp ne daje negativnu povratnu informaciju od izlaza do ulaza, tada će zbog visokog pojačanja nužno pasti u način zasićenja. Stoga regulatorna kola bazirana na op-amp-u sadrže negativnu povratnu spregu.
Operacijski pojačavač je dobio ime po činjenici da može izvoditi različite matematičke operacije kao što su množenje, zbrajanje, integracija i diferencijacija. Tipični regulatori su izgrađeni na bazi invertnog pojačala, a ulazni i izlazni krugovi, osim otpora, mogu sadržavati i kondenzatore.
Pošto je pojačanje op-ampa veliko (Ku= = 10 5 +10 6), a izlazni napon Uvy je ograničen naponom napajanja CPU, zatim potencijal tačke A(Sl. 1, a) cpA = = uout/Ku je blizu nule, tj. dot A obavlja funkciju prividnog tla (uzemlji tačku A to je nemoguće, inače će kolo postati nefunkcionalno).
Rice. 1. Struktura analognog regulatora izrađenog na operacionom pojačalu (a). Kolo proporcionalnog regulatora sa kontroliranim ograničenjem izlaznog signala (b). Karakteristike ulazno-izlaznog regulatora sa kontrolisanim ograničenjem izlaznog signala (c)
Krugovi, prijenosne funkcije i prijelazne funkcije različitih tipova regulatora date su u tabeli.
Krugovi i dinamičke karakteristike različitih tipova regulatora
Da bi se dobio proporcionalni kontroler (P-regulator), otpornici su uključeni na ulaz i u krug povratne sprege op-amp; Integralni regulator (I-regulator) uključuje otpornik u ulaznom kolu i kondenzator u krugu povratne sprege; PI kontroler sadrži otpornik u ulaznom kolu i serijski spojeni otpornik i kondenzator u krugu povratne sprege. PID kontroler se može implementirati na jedno pojačalo korištenjem aktivno-kapacitivnih kola na ulazu iu krugu povratne sprege.
Proizveden od strane industrije Razne vrste operacioni pojačivači na integrisanim kolima (IC) - okrugli i pravougaoni. Najrasprostranjeniji tipovi op-pojačala za izradu regulatora su K140UD7, K553UD2, K157UD2, itd.
Moguće je smanjiti veličinu i povećati pouzdanost uređaja analognih upravljačkih sistema za električne pogone uvođenjem hibridne tehnologije za njihovu proizvodnju. U proizvodnji hibrida integrisana kola(GIS) aktivni elementi (OU) su instalirani na štampana ploča u solid-state (neupakovanom) dizajnu, te kondenzatori i otpornici - metodom filmske tehnologije (prskanje filmova od vodljivih, poluprovodnih i neprovodnih materijala). Dobiveni modul se može napuniti smjesom ili staviti u kućište.
Ograničavanje koordinata elektromotornog pogona (struja, brzina itd.) vrši se uključivanjem graničnih jedinica u strukturu regulatora eksterne upravljačke petlje. Potonje može biti kontrolisano ili nekontrolisano. Na sl. 6
prikazano je kolo za ograničavanje izlaznog napona proporcionalnog regulatora sa graničnim diodama VD1, VD2 i kontroliranim referentnim naponom Vop. Kolo vam omogućava da dobijete ulazno-izlaznu karakteristiku koja je asimetrična u odnosu na ishodište koordinata sa različitim nivoima ograničenog izlaznog napona (Sl.). Moguće su i druge opcije za kontrolisana granična kola izlaznog napona op-amp pomoću tranzistora.
Donedavno se u automatizovanom električnom pogonu aktuatora domaćih bušaćih uređaja uglavnom koristila analogna kompjuterska tehnologija. Iza poslednjih godina Brojne projektantske i istraživačke organizacije rade na stvaranju mikroprocesorskih upravljačkih sistema. U poređenju sa analognim sistemima, mikroprocesorski sistemi imaju niz prednosti. Zabilježimo neke od njih.
Fleksibilnost. Sposobnost, reprogramiranjem, da se promene ne samo parametri kontrolnog sistema, već i algoritmi, pa čak i struktura. U isto vrijeme, hardver sistema ostaje nepromijenjen. U analognim sistemima, hardver bi morao biti preuređen. Softver mikroračunara može se lako prilagoditi kako tokom perioda prije lansiranja tako i tokom njihovog rada. Zahvaljujući tome, smanjuju se troškovi i vrijeme rada prilagođavanja i mijenja se njihova priroda, budući da se potrebni eksperimenti za određivanje karakteristika i parametara, kao i postavljanje regulatora, mogu izvršiti automatski od strane samog mikroračunara pomoću unaprijed pripremljenog programa. .
Uklanjanje svih ograničenja o strukturi upravljačkog uređaja i zakonima upravljanja. Istovremeno, pokazatelji kvaliteta digitalnih sistema mogu značajno premašiti indikatore kvaliteta upravljanja kontinuiranim sistemima upravljanja. Uvođenjem odgovarajućih programa mogu se implementirati složeni zakoni upravljanja (optimizacija, adaptacija, predviđanje, itd.), uključujući i one koje je vrlo teško implementirati analognim sredstvima. Postaje moguće rješavanje intelektualnih problema koji osiguravaju ispravnost i efikasnost tehnoloških procesa. Na bazi mikroračunara mogu se graditi sistemi bilo koje vrste, uključujući sisteme sa podređenim upravljanjem, višedimenzionalne sisteme sa unakrsnim vezama itd.
Samodijagnoza i samotestiranje digitalni kontrolni uređaji. Mogućnost provjere ispravnosti komponenti mehaničkog pogona, energetskih pretvarača, senzora i druge opreme tokom prekida procesa, tj. automatska dijagnostika stanja opreme i rano upozoravanje na nezgode. Ove mogućnosti su dopunjene naprednim mogućnostima protiv smetnji. Ovdje je glavna stvar zamjena analognih vodova za prijenos informacija digitalnim koji sadrže galvansku izolaciju, optičke kanale i integrirana kola otporna na buku kao pojačala i prekidače.
Veća preciznost zbog odsustva pomaka nule, karakterističnog za analogne uređaje. Dakle, digitalni sistemi za kontrolu brzine na električni pogon mogu obezbijediti povećanje točnosti upravljanja za dva reda veličine u odnosu na analogne.
Lako za vizualizaciju parametrima procesa upravljanja upotrebom digitalnih indikatora, indikatorskih panela i displeja, organizovanjem interaktivnog načina razmene informacija sa operaterom.
Veća pouzdanost, manje dimenzije, težina i cijena. Visoka pouzdanost mikroračunara u odnosu na analognu tehnologiju osigurana je upotrebom velikih integriranih kola (LSI), prisutnošću posebnih sistema za zaštitu memorije, otpornošću na buku i drugim sredstvima. Zahvaljujući visokom nivou tehnologije proizvodnje LSI, troškovi proizvodnje sistema upravljanja električnim pogonom su smanjeni. Ove prednosti su posebno evidentne kada se koriste jednostruki i single-chip računari.
Operacijska pojačala su jedna od glavnih komponenti u modernim analognim elektronskim uređajima. Zahvaljujući jednostavnosti proračuna i odličnim parametrima, operaciona pojačala su laka za upotrebu. Nazivaju se i diferencijalnim pojačavačima jer su u stanju da pojačaju razliku u ulaznim naponima.
Upotreba operativnih pojačala u audio tehnologiji je posebno popularna za poboljšanje zvuka muzičkih zvučnika.
Oznake na dijagramima
Obično pet pinova izlazi iz kućišta pojačala, od kojih su dva ulaza, jedan izlaz, a preostala dva su napajanje.
Princip rada
Postoje dva pravila koja će vam pomoći da shvatite princip rada operacionog pojačala:
- Izlaz operacionog pojačala teži ka nultoj razlici napona na ulazima.
- Ulazi pojačala ne troše struju.
Prvi ulaz je označen sa "+" i naziva se neinvertujući. Drugi ulaz je označen znakom “–” i smatra se invertnim.
Ulazi pojačala imaju visok otpor koji se naziva impedansa. Ovo omogućava potrošnju struje na ulazima od nekoliko nanoampera. Na ulazu se procjenjuje vrijednost napona. U zavisnosti od ove procene, pojačalo emituje pojačani signal.
Faktor dobitka je od velike važnosti, ponekad dostiže milion. To znači da ako se na ulaz dovede najmanje 1 milivolt, tada će izlazni napon biti jednak naponu napajanja pojačala. Stoga se operativni pojačala ne koriste bez povratne informacije.
Ulazi pojačala rade na sljedećem principu: ako je napon na neinvertirajućem ulazu veći od napona na invertirajućem ulazu, tada će izlaz imati najveći pozitivni napon. U suprotnoj situaciji, izlaz će imati najveću negativnu vrijednost.
Negativan i pozitivan napon na izlazu operativnog pojačala moguć je zbog upotrebe izvora napajanja koji ima podijeljeni bipolarni napon.
Snaga op amp
Ako uzmete AA bateriju, ona ima dva pola: pozitivan i negativan. Ako se negativni pol smatra nultom referentnom tačkom, tada će pozitivni pol pokazati +1,5 V. To se može vidjeti iz spojenog.
Uzmite dva elementa i povežite ih u seriju, dobićete sljedeću sliku.
Ako se negativni pol donjeg akumulatora uzme kao nulta tačka, a napon se izmeri na pozitivnom polu gornjeg akumulatora, uređaj će pokazati +10 volti.
Ako srednju tačku između baterija uzmemo kao nulu, onda ćemo dobiti bipolarni izvor napona, jer postoji napon pozitivnog i negativnog polariteta, jednak +5 volti i -5 volti, respektivno.
Postoje jednostavni krugovi za napajanje s podijeljenim napajanjem koji se koriste u dizajnu radio amatera.
Napajanje strujnog kola se napaja iz kućna mreža. Transformator smanjuje struju na 30 volti. Sekundarni namotaj u sredini ima slavinu, uz pomoć koje se na izlazu daje +15 V i -15 V ispravljeni napon.
Sorte
Ima ih nekoliko različite šeme operacionih pojačala koje vredi detaljno razmotriti.
Invertujuće pojačalo
Ovo je glavna šema. Posebnost ovog kola je u tome što oppojačala, pored pojačanja, karakteriše i promena faze. Slovo "k" predstavlja parametar pojačanja. Grafikon prikazuje učinak pojačala u ovom kolu.
Plava boja predstavlja ulazni signal, a crvena predstavlja izlazni signal. Dobitak je u ovom slučaju jednak: k = 2. Amplituda izlaznog signala je 2 puta veća od ulaznog signala. Izlaz pojačala je invertiran, otuda i njegovo ime. Invertirajuća operaciona pojačala imaju jednostavan sklop:
Ova operacijska pojačala su postala popularna zbog svog jednostavnog dizajna. Da biste izračunali dobit, koristite formulu:
Ovo pokazuje da pojačanje op-amp ne ovisi o otporu R3, tako da možete bez njega. Ovdje se koristi za zaštitu.
Neinvertirajuća operativna pojačala
Ovaj krug je sličan prethodnom, razlika je u odsustvu inverzije (inverzije) signala. To znači održavanje faze signala. Grafikon prikazuje pojačani signal.
Pojačanje neinvertujućeg pojačala je također jednako: k = 2. Na ulaz se dovodi signal u obliku sinusoida samo se njegova amplituda promijenila na izlazu.
Ovaj krug nije ništa manje jednostavan od prethodnog, ima dva otpora. Na ulazu se signal primjenjuje na pozitivni terminal. Da biste izračunali dobit, morate koristiti formulu:
Pokazuje da pojačanje nikada nije manje od jedinice, jer signal nije potisnut.
Krug za oduzimanje
Ovaj sklop omogućava stvaranje razlike između dva ulazna signala, koji se mogu pojačati. Grafikon prikazuje princip rada diferencijalnog kola.
Ovo kolo pojačala se još naziva i kolo za oduzimanje.
Ima složeniji dizajn, za razliku od prethodno razmatranih shema. Za izračunavanje izlaznog napona koristite formulu:
Lijeva strana izraza (R3/R1) određuje pojačanje, a desna (Ua – Ub) je razlika napona.
Dodatni krug
Ovo kolo se naziva integrirano pojačalo. To je suprotno od šeme oduzimanja. Njegova posebna karakteristika je mogućnost obrade više od dva signala. Svi mikseri zvuka rade na ovom principu.
Ovaj dijagram pokazuje mogućnost zbrajanja više signala. Za izračunavanje napona koristi se formula:
Integratorsko kolo
Ako u kolo dodate povratni kondenzator, dobit ćete integrator. Ovo je još jedan uređaj koji koristi operaciona pojačala.
Integratorsko kolo je slično invertujućem pojačalu, sa kapacitivnošću koja se dodaje povratnoj sprezi. To dovodi do zavisnosti rada sistema od frekvencije ulaznog signala.
Integrator karakterizira zanimljiva karakteristika prijelaza između signala: prvo se pravokutni signal pretvara u trokutasti, a zatim u sinusoidni. Dobitak se izračunava pomoću formule:
U ovoj formuli varijabla ω = 2 π f raste sa povećanjem frekvencije, dakle, što je frekvencija veća, to je niže pojačanje. Stoga, integrator može djelovati kao aktivni niskopropusni filter.
Diferencijalno kolo
U ovoj shemi se dešava suprotna situacija. Kapacitivnost je priključena na ulaz, a otpor je povezan u povratnoj vezi.
Sudeći po nazivu kola, njegov princip rada leži u razlici. Što se signal brže mijenja, to je veće pojačanje. Ova opcija vam omogućava da kreirate aktivne filtere za visoke frekvencije. Dobitak za diferencijator se izračunava pomoću formule:
Ovaj izraz je inverzan izrazu integratora. Dobitak se povećava u negativnu stranu sa sve većom frekvencijom.
Analogni komparator
Komparatorski uređaj uspoređuje dvije vrijednosti napona i dovodi signal do niske ili visoke izlazne vrijednosti, ovisno o stanju napona. Ovaj sistem uključuje digitalnu i analognu elektroniku.
Posebna karakteristika ovog sistema je odsustvo povratnih informacija u glavnoj verziji. To znači da je otpor petlje vrlo visok.
Signal se dovodi na pozitivni ulaz, a glavni napon, koji se podešava potenciometrom, dovodi se na negativni ulaz. Zbog odsustva povratne sprege, pojačanje teži beskonačnosti.
Kada napon na ulazu pređe vrijednost glavnog referentnog napona, izlaz dobija najveći napon, koji je jednak pozitivnom naponu napajanja. Ako je ulazni napon manji od referentnog napona, tada će izlazna vrijednost biti negativan napon jednak naponu izvora napajanja.
Postoji značajan nedostatak u krugu analognog komparatora. Kada se vrijednosti napona na dva ulaza približavaju jedna drugoj, izlazni napon se može često mijenjati, što obično dovodi do preskakanja i kvarova u releju. To može uzrokovati kvar opreme. Za rješavanje ovog problema koristi se krug s histerezom.
Analogni komparator sa histerezom
Na slici je prikazan radni dijagram kola c, koji je sličan prethodnom kolu. Razlika je u tome što se gašenje i uključivanje ne dešavaju na istom naponu.
Smjer strelica na grafikonu pokazuje smjer u kojem se histereza kreće. Kada se graf pregleda s lijeva na desno, jasno je da se prijelaz na niži nivo događa pri naponu Uph, a pomicanjem s desna na lijevo izlazni napon dostiže vrhunski nivo na naponu Upl.
Ovaj princip rada dovodi do činjenice da se pri jednakim vrijednostima ulaznih napona stanje na izlazu ne mijenja, jer promjena zahtijeva značajnu razliku napona.
Ovaj rad kola dovodi do neke inercije sistema, ali je sigurniji, za razliku od kola bez histereze. Obično se ovaj princip rada koristi u uređaji za grijanje sa termostatom: štednjaci, pegle itd. Na slici je prikazan krug pojačala sa histerezom.
Naponi se izračunavaju prema sljedećim ovisnostima:
Repetitori napona
Operativna pojačala se često koriste u krugovima za praćenje napona. Glavna karakteristika ovih uređaja je da ne pojačavaju i ne prigušuju signal, odnosno pojačanje je u ovom slučaju jednako jedinici. Ova karakteristika je zbog činjenice da povratna petlja ima otpor jednak nuli.
Takvi sistemi praćenja napona najčešće se koriste kao tampon za povećanje struje opterećenja i performansi uređaja. Budući da je ulazna struja blizu nule, a izlazna struja ovisi o vrsti pojačala, moguće je rasteretiti slabe izvore signala, na primjer, neke senzore.
Da bismo pojednostavili proces konstruisanja strujnog regulatora na operacionim pojačavačima, transformišemo njegov PF (8) na sledeći način:
(8")
Prvi član u (8") je proizvod izodromske i aperiodične veze, drugi je aperiodični link, treći je inercijalna diferencirajuća karika. Iz kursa Elektronika znate kako sastaviti ove veze na operacionim pojačavačima.
Slika 10 - Regulator struje na operacionim pojačalima
Kolo se, kao što se vidi, sastoji od tri paralelne grane, koje se zatvaraju izlazima na invertujuće sabirače na operacionom pojačalu, pa se izlazni signal u 2
će biti invertirano u odnosu na ulaz u 1
. Ako je potrebno odobrenje u 1
I u 2
Bit će potrebno ugraditi dodatni pretvarač na izlaz sabirača. Ova tehnika je primijenjena u srednjoj grani kola, budući da je aperiodična veza izgrađena na invertirajućem operacionom pojačalu. Gornja grana je odgovorna za PF 
. Proizvod izodromske i aperiodične veze nastaje serijskim povezivanjem njihovih kola na invertujućim operativnim pojačavačima, a pošto svaka veza invertuje signal, usklađivanje ulaza i izlaza gornje grane nije potrebno. Donja grana, koja implementira inercijsku dinamičku vezu, ne invertuje ulazni signal.
Izračunajmo parametre kola. To je poznato
Pitao sam R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 Ohm, R 13 = 300 Ohm, R 14 = 50 Ohm dobijamo to WITH 1 =
=
= 240 µF, WITH 2 =WITH 3 =
=
= 10 µF, WITH 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 Ohm, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 Ohm, R 7 = 110 Ohm, R 15 =
=
= 
= 310 Ohm.
2.3AmLahx - program za konstruisanje asimptotičkih parametara i sintezu kontrolera metodom željenih parametara
2.3.1 Opće informacije o programu
AmLAHX program je dizajniran da radi u MatLab6.0 ili novijem okruženju i pruža korisniku sljedeće mogućnosti:
ima GUI interfejs;
konstruira asimptotske LFC-ove dinamičkih objekata specificiranih u obliku prijenosnih funkcija;
interaktivno gradi željeni LFC sistema otvorene petlje prema specificiranim kriterijumima kvaliteta, uključujući, program omogućava korisniku da izabere spojne sekcije (njihove nagibe) u zavisnosti od tipa LFC kontrolnog objekta;
omogućava automatsko oduzimanje od LFC-a otvorenog sistema LFC-a kontrolnog objekta i na taj način konstruirajući LFC-u kontrolera, vraća konjugirane frekvencije i nagibe asimptota, što olakšava zapisivanje njegove prijenosne funkcije korištenjem LFC kontrolera (u narednim verzijama program će to raditi automatski);
Svi LFC-ovi su iscrtani sa nagibom asimptota, korisnik može odrediti boje svakog LFC-a posebno, kao i format natpisa na grafovima (debljina, visina).
2.3.2 Komandna linija programa
Kompletna komandna linija za pokretanje programa je:
yy=amlahx( br,den,zastava,param),
Gdje br I den- brojnik i imenilac PF kontrolnog objekta, respektivno, br I den moraju biti vektori napisani u MatLab formatu (vidi primjer ispod);
zastava- način rada (1 (podrazumevano) ili 2);
param- vektor od 6 elemenata (brojeva), 1, 2 i 3 elementa, respektivno, su debljine LFC-ova OU, RS i CU, 4, 5 i 6 su boje ovih LFC-ova (podrazumevano, debljina od svih LFC-ova je 1, boje su crvena, plava i zelena, respektivno).
AmLAHX bez parametara radi u demo modu, u ovom slučaju
br= ,den = ,zastava= 2.
TIPIČNI UREĐAJI KONTROLNIH SISTEMA
Regulatori
Važna funkcija modernih sistema automatizacije je regulacija njegovih koordinata, odnosno održavanje potrebnih vrijednosti s potrebnom preciznošću. Ova funkcija se implementira pomoću velikog broja različitih elemenata, među kojima su regulatori od najveće važnosti.
Regulator vrši transformaciju kontrolnog signala koji odgovara matematičkim operacijama koje zahtijevaju radni uvjeti upravljačkog sistema. Tipične potrebne operacije uključuju sljedeće transformacije signala: proporcionalno, proporcionalno-integralno, proporcionalno-integralno-diferencijalno.
Osnova analognog regulatora je operacijsko pojačalo - jednosmjerno pojačalo, koje u nedostatku povratne sprege ima visoko pojačanje. Većina aplikacija pronađite integrisana operaciona pojačala. Operativno pojačalo je višestepena struktura u kojoj se može razlikovati ulazno diferencijalno pojačalo ( DU) sa inverznim i direktnim ulazima, pojačivač napona ( UN), implementacija visokog pojačanja i pojačalo snage ( MIND), obezbeđujući potrebnu nosivost operacionog pojačala. Funkcionalni dijagram operativnog pojačala prikazan je na Sl. 4.1. Dizajn operativnog pojačala sa jednim čipom male veličine osigurava visoku stabilnost parametara, što omogućava postizanje visokog istosmjernog pojačanja. Tačke izvedene iz dijagrama Kl, K2, KZ dizajniran za povezivanje eksternih korektivnih kola koja smanjuju pojačanje na visokim frekvencijama i povećavaju stabilnost pojačala sa povratnom spregom. Bez korekcionih kola, na dovoljno visokim frekvencijama, kada je akumulirani fazni lag 180°, predznak povratne sprege se menja, a sa velikim pojačanjem, operacioni pojačavač se samopobuđuje i ulazi u režim samooscilovanja. Na sl. 4.1 koriste se sljedeće oznake: U p- napon napajanja pojačala; U ui- ulazni kontrolni napon preko inverznog ulaza pojačala; U pack- ulazni kontrolni napon preko direktnog ulaza pojačala; U out- izlazni napon pojačala. Svi gore navedeni naponi se mjere u odnosu na zajedničku žicu bipolarnog napajanja.
Sklopovi povezivanja operacijskog pojačala prikazani su na Sl. 4.2. Diferencijalni stepen operacionog pojačala ima dva upravljačka ulaza: direktni sa potencijalom U pack i inverzno sa potencijalom U ui(Sl. 4.2, A).
 |
Izlazni napon pojačala je određen proizvodom pojačanja i razlike potencijala ulaza pojačala, tj.
U out = k uo (U gore - U uu) = k uo U u,
Gdje k uo- diferencijalno pojačanje operacionog pojačala; U y- diferencijalni ulazni napon pojačala, odnosno napon između direktnog i inverznog ulaza. Diferencijalno pojačanje integrisanih operacionih pojačala u odsustvu povratne sprege.
U odnosu na ulazne napone U vhp I U whi izlazni napon je određen razlikom
U out = k up U in - k ui U in,
gdje su direktni ulazni dobici k pack i inverznim ulazom k ui određen sklopnim krugom pojačala. Za sklop za prebacivanje direktnog ulaza prikazan na sl. 4.3, b, dobitak je određen formulom
,
i za inverzno ulazno sklopno kolo prikazano na Sl. 4.3, V, - prema formuli
Za izgradnju različitih regulatornih krugova obično se koristi krug operacionog pojačala s inverznim ulazom. Regulatori obično moraju imati više ulaza. Ulazni signali se dovode u tačku 1 (slika 4.2, V) preko pojedinca ulazni otpori. Potrebne prijenosne funkcije regulatora postižu se zbog složenih aktivno-kapacitivnih otpora u krugu povratne sprege Z os i u ulaznim kolima Z in. Prijenosna funkcija regulatora u odnosu na bilo koji od ulaza bez uzimanja u obzir inverzije izlaznog napona
. (4.1)
Ovisno o vrsti prijenosne funkcije, operacioni pojačavač se može smatrati jednim ili drugim funkcionalnim regulatorom. U budućnosti, za implementaciju regulatora, razmatrat ćemo samo sklopna kola bazirana na inverznom ulazu.
Proporcionalni regulator (P-kontroler) - Ovo je operativno pojačalo sa čvrstom povratnom spregom prikazano na Sl. 4.3, A. Njegova prijenosna funkcija
W(p) = k P, (4.2)
Gdje k P- koeficijent pojačanja P-regulatora.
Kao što slijedi iz prijenosne funkcije (4.2), unutar propusnog opsega operacionog pojačala, logaritamski amplitudski frekvencijski odziv (LAFC) P-regulatora je paralelan s frekvencijskom osom w, a faza je nula (slika 4.3, b).
Integralni kontroler (I-regulator) se dobija uključivanjem kondenzatora u povratnu petlju, kao što je prikazano na sl. 4.4, A, uz integraciju ulaznog signala i prijenosne funkcije kontrolera
 |
, (4.3)
Gdje T i = R u C os- konstanta integracije.
Kao što slijedi iz (4.3), fazni pomak izlaznog signala je jednak - str/ 2, LFC ima nagib od -20 dB/dec, a logaritamski fazni frekvencijski odziv (LPFR) je paralelan s frekvencijskom osom w(Sl. 4.4, b).
Proporcionalno-integralni regulator (PI kontroler ) dobija se paralelnim povezivanjem P- i I-regulatora, tj
Prijenosna funkcija (4.4) može se dobiti na jednom operacionom pojačalu uključivanjem aktivno-kapacitivne reaktancije u njegovu povratnu vezu Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), kao što je prikazano na sl. 4.5, A.
Tada, u skladu sa (4.1)
,
Gdje T 1 = R os C os; T I = R u C os; k P = R os / R in.
Logaritamske frekvencijske karakteristike PI kontrolera prikazane su na Sl. 4.5, b.
Proporcionalni diferencijalni regulator (PD kontroler) dobija se paralelnim povezivanjem P-regulatora i diferencijalnog D-regulatora, tj
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
Prijenosna funkcija (4.5) se dobija spajanjem kondenzatora na ulazni otpornik op-pojačala, kao što je prikazano na sl. 4.6, A. Tada, uzimajući u obzir (4.1), imamo
Gdje T 1 = R u C in; k P = R os / R in.
 |
Logaritamske frekvencijske karakteristike PD kontrolera prikazane su na Sl. 4.6, b.
Proporcionalno-integralno-derivativni regulator (PID regulator). Ovaj regulator se dobija paralelnim povezivanjem tri regulatora - P-regulator, I-regulator i D-regulator. Njegova prijenosna funkcija ima oblik
. (4.6)
Prijenosna funkcija (4.6) uvijek se može implementirati paralelnim povezivanjem PD kontrolera i I kontrolera, koji imaju prijenosne funkcije (4.5) i (4.3). U ovom slučaju, krug PID kontrolera može se implementirati pomoću tri operaciona pojačala. Prvo pojačalo implementira funkciju PD regulatora (slika 4.6, A), drugo pojačalo je funkcija I-regulatora (slika 4.4, A), treće pojačalo (sl. 4.3, A) je funkcija zbrajanja izlaznih signala prvog i drugog pojačala.
Ako parametri k P, T I I T D nametnuti ograničenje
tada se prijenosna funkcija (4.6) može zapisati kao
, (4.7)
Gdje k P = (T 1 +T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
PID kontroler s prijenosnom funkcijom (4.7) je sekvencijalna veza PD kontrolera i PI kontrolera i može se implementirati na jednom operacionom pojačalu s otporom u krugu povratne sprege.
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
i otpor u ulaznom kolu
.
U ovom slučaju, vremenske konstante kontrolera T 1 = R u C in, T 2 =R os C os, T 0 =R u C os.
 |
Kolo PID regulatora za jedno pojačalo prikazano je na Sl. 4.7, A, i njegove logaritamske frekvencijske karakteristike na Sl. 4.7, b.
Razmatrana kola PD kontrolera i PID kontrolera imaju kondenzatore u ulaznim kolima pojačala, koji za visokofrekventne smetnje predstavljaju otpor blizu nule. Da biste povećali stabilnost regulatora, možete spojiti dodatni otpornik s malim otporom (najmanje jedan red veličine manji od kapacitivnosti kondenzatora) u seriji s kondenzatorom.
Regulatori, njihov rad i tehnička implementacija detaljnije su obrađeni u /1/.
Pitanja za samotestiranje
1. Koju funkciju obavljaju regulatori sistema automatizacije?
2. Koje tipične transformacije upravljačkog signala izvode regulatori sistema automatizacije?
3. Šta je osnova za konstrukciju najsavremenijih analognih regulatora?
4. Koja su glavna svojstva operacionih pojačala?
5. Koje su ulazne koordinate tipičnog op-pojačala?
6. Koja je izlazna koordinata tipičnog operacijskog pojačala?
7. Koje su komponente uključene u funkcionalno kolo operativnog pojačala?
8. Navedite tipična kola za povezivanje operacionih pojačala.
9. Koji se tipični krug operacionog pojačala obično koristi za implementaciju regulatora?
10. Navedite prijenosnu funkciju operacionog pojačala za invertujuće ulazno kolo.
11. Koji element sadrži proporcionalni regulator u krugu povratne sprege operativnog pojačala?
12. Koji element sadrži proporcionalni regulator u ulaznom kolu operacionog pojačala?
13. Dajte prijenosnu funkciju proporcionalnog regulatora.
14. Koje su karakteristike amplitudne frekvencije i fazne frekvencije proporcionalnog regulatora?
15. Koji element sadrži integralni regulator u povratnom kolu operativnog pojačala?
16. Koji element sadrži integralni regulator u ulaznom kolu operacionog pojačala?
17. Navedite prijenosnu funkciju integralnog regulatora.
18. Koliki je nagib frekvencijskog odziva logaritamske amplitude integralnog regulatora?
19. Koliki je fazni frekvencijski odziv integralnog regulatora?
20. Koje elemente sadrži povratno kolo operativnog pojačala?
21. Koji element sadrži ulazno kolo operacionog pojačavača proporcionalno-integralnog regulatora?
22. Dajte prijenosnu funkciju proporcionalno-integralnog regulatora.
23. Koji element sadrži povratno kolo operativnog pojačala proporcionalnog diferencijalnog regulatora?
24. Navedite prijenosnu funkciju proporcionalno-diferencijalnog regulatora.
25. Pod kojim ograničenjima parametara proporcionalno-integralno-derivativni kontroler se implementira na jednom operacionom pojačalu?
26. Koje elemente sadrži ulazno kolo proporcionalno-integralno-derivacionog regulatora na bazi jednog operacionog pojačala?
27. Koje elemente sadrži kolo povratne sprege proporcionalno-integralno-derivacionog regulatora na bazi jednog operacionog pojačala?
Regulatori intenziteta
Tipična glavna jedinica u sistemima upravljanja električnim pogonom i drugim sistemima automatizacije je integrator ili regulator intenziteta(ZI). Zadatak SI je da formira glatku promjenu glavnog signala pri prelasku s jednog nivoa na drugi, odnosno da stvori linearni porast i pad signala potrebnom brzinom. U stacionarnom stanju, napon na izlazu generatora intenziteta jednak je naponu na njegovom ulazu.
Na sl. 4.8 predstavljeno strukturna šema jednointegrišući SI, koji se sastoji od tri operaciona pojačala. Sva pojačala su povezana u kolo sa invertujućim ulazom. Prvo pojačalo U1, radi bez povratne sprege, ali sa ograničenjem izlaznog napona U 1, ima pravokutnu karakteristiku, koja je prikazana bez uzimanja u obzir inverzije izlaznog napona na Sl. 4.9, A. Drugo operativno pojačalo U2 radi kao integrator sa konstantnom stopom integracije
(4.8)
Brzina integracije može se podesiti promjenom Rin2. Treće pojačalo U3 stvara negativnu povratnu spregu
. (4.9)
Kada se referentni napon primjenjuje na ulaz U z izlazni napon raste linearno prema (4.8). U trenutku t=t p, Kada U z = - U os, integracija prestaje, a izlazni napon, kao što slijedi iz (4.9), dostiže vrijednost 
, ostaje nepromijenjen dalje. Prilikom uklanjanja podešenog napona sa ulaza ( U z = 0) dolazi do procesa linearnog smanjenja izlaznog napona na nulu (slika 4.9, b).
Brzina promjene izlaznog napona ovog zaštitnog uređaja, kao što slijedi iz (4.8), može se promijeniti bilo promjenom vrijednosti napona U 1, na primjer, odabirom zener dioda u krugu povratne sprege pojačala U1 sa stabilizacijskim naponom jednakim traženoj vrijednosti U 1, ili promjenom vrijednosti proizvoda R in2 C oc2.
Na sl. 4.10, A Prikazano je još jedno kolo jednointegrišućeg SI, napravljeno na bazi bipolarnog tranzistora povezanog u kolo sa zajedničkom bazom. Ovo kolo koristi svojstva tranzistora ( T) kao strujno pojačalo. Punjenje kondenzatora ( WITH) uvijek se javlja pri konstantnoj struji kolektora i to, određen zadatom strujom emitera i e. U ovom slučaju, brzina promjene napona tokom vremena u out na izlazu ZI | duout/dt| = i to/C. Karakteristike ZI kontrole u out = = f(t) prikazano na sl. 4.10, b. Brzina promjene izlaznog signala može se podesiti promjenom napona U e, srazmjerno kojoj se mijenja struja i e i, shodno tome, struja i to, ili promjena kapacitivnosti kondenzatora. U stacionarnom stanju, kondenzator je uvijek napunjen do napona u in. Ispravljački most osigurava konstantan smjer struje kolektora tranzistora, bez obzira na predznak napona u in. ZI su detaljno obrađeni u /1, 7/.
Pitanja za samotestiranje
1. U koju svrhu se koriste regulatori intenziteta u automatizacijskim krugovima?
2. Koje su ulazne i izlazne koordinate generatora intenziteta?
3. Koliki je statički dobitak generatora intenziteta?
4. Kako bi se napon trebao mijenjati na izlazu jednointegrirajućih regulatora intenziteta tokom postupnih promjena? ulazni napon?
5. Na osnovu kojih pojačala se grade integrisani regulatori intenziteta?
6. Koliko je operativnih pojačala, povezanih preko inverznog ulaza, potrebno da se implementira jednokratni integrirajući generator intenziteta?
7. Navedite svrhu svakog od tri operaciona pojačala u tipičnom krugu kontrolera intenziteta sa jednim integratorom napravljenim na mikro krugovima.
8. Koji parametri utiču na brzinu promene izlaznog napona jednog integracionog generatora intenziteta na tri operaciona pojačala?
9. Kako se postiže linearna promjena napona na kondenzatoru u kolu regulatora intenziteta tranzistora sa jednim integratorom?
10. Koji parametri utječu na brzinu promjene izlaznog napona regulatora intenziteta sa jednim integrisanim tranzistorom?
Odgovarajući elementi
Funkcionalni elementi unutar sistema upravljanja mogu biti heterogeni po vrsti signala, vrsti struje, otporu i snazi i drugim pokazateljima. Stoga se pri povezivanju elemenata javlja zadatak koordinacije njihovih karakteristika. Ovaj problem se rješava odgovarajućim elementima. Ova grupa elemenata uključuje fazne detektore koji odgovaraju vrsti struje, digitalno-analogne i analogno-digitalne pretvarače koji odgovaraju tipu signala, emiterske pratioce, usklađene ulazne i izlazne otpore, pojačala snage, galvanske separatore i druge elemente . Funkciju koordinacije mogu obavljati i elementi koji su inače namijenjeni za druge svrhe. Na primjer, operaciono pojačalo o kojem se govori u odjeljku 4.1 ispada da je emiterski sljedbenik u odnosu na neinvertirajući ulaz kada je izlazni napon spojen na invertirani ulaz.
Za galvansko razdvajanje, na primjer, može se koristiti senzor napona transformatora. Takvi i slični elementi su očigledni ili poznati i neće se uzeti u obzir.
Razmotrimo složenije standardne elemente podudaranja.
Fazni detektor(PD) je u naučnoj i tehničkoj literaturi dobio niz drugih naziva: fazno osjetljivi pojačivač, fazno osjetljiv ispravljač, fazni diskriminator, demodulator.
Svrha FD-a je pretvaranje ulaznog napona naizmjenična struja U in V DC izlazni napon U out, čiji polaritet i amplituda zavise od faze ulaznog napona j. Dakle, PD ima dvije ulazne koordinate: amplitudu ulaznog napona U u m i faza ulaznog napona j i jedna izlazna koordinata: prosječna vrijednost izlaznog napona U out. Postoje dva načina rada PD: amplituda, kada faza ulaznog napona ostaje konstantna, uzimajući jednu od dvije vrijednosti 0 ili str, U u m= var i U out = f(U u m); fazni mod kada U in= const, j= var i U out = f(j).
U amplitudnom režimu, PD se koristi kao pretvarač AC neusklađenog signala u upravljački signal u DC servo pogonima, kao pretvarač izlaznog signala AC tahogeneratora i tako dalje. U faznom režimu, PD se koristi u upravljačkim sistemima u kojima je kontrolisana i kontrolna varijabla faza koja se glatko mijenja.
Faznom detektoru, u pravilu, nije dodijeljena funkcija pojačanja napona.
Stoga je PD dobitak blizu jedinice. Na sl. 4.11 je prikazano shema dizajna zamjena punovalnog PD. Krug odgovara nultom krugu ispravljanja, u kojem se ventili zamjenjuju funkcionalnim prekidačima K1 I K2. Otpor na opterećenje Rn, na kojoj je dodijeljen izlazni napon, povezuje srednje tačke A, 0 ključevi i izvori EMF kontrole e y. Unutrašnji otpor kontrolnog EMF izvora se uvodi u svako kolo R y. Stanje ključeva kontroliše referentni EMF e op u skladu sa algoritmom: za e op > 0 K1 uključeno, odnosno to
 |
funkcija prebacivanja y k1= 1,a K2 onemogućena, odnosno njegova funkcija prebacivanja y k2 = 0. Za e op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Ovaj algoritam se može predstaviti formulama
y do 1 = (1+znak e op) /2; y do 2 = (1- znak e op) /2 . (4.10)
Očigledno, sa zatvorenim K1 izlazna emf e out između tačaka A, 0 jednak e y, i kada je zatvoren K2 e out = - e y, to je
e out = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Zamjena (4.10) u (4.11) daje
e out = e y sign e op . (4.12)
Dijagram promjena izlaznog EMF-a koji odgovara algoritmima (4.11) i (4.12) prikazan je na slici 4.12.
e op = E op m sinwt I e y = E y m sin(wt - j),
Gdje E op m,E y m- amplitudske vrijednosti referentnog EMF-a i kontrolnog EMF-a; w je ugaona frekvencija referentnog EMF-a i kontrolnog EMF-a, zatim prosječna vrijednost ispravljenog izlaznog EMF-a
. (4.13)
Jer E y m = k p U u m, prosječni izlazni napon 
, tada uzimajući u obzir (4.13)
, (4.14)
Gdje k p- koeficijent prijenosa sa ulaznog napona na upravljački EMF. Određuje se karakteristikama specifičnog PD dijagrama kola.
Za j= const = 0 ili j= const = str postoji amplitudski način rada PD-a, za koji je kontrolna karakteristika jasna:
U izlaz = k FD U in,
gdje je, uzimajući u obzir (4.14), PD pojačanje u amplitudnom modu
.
At j= 0 vrijednosti izlaznog napona U out su pozitivni i kada j = str vrijednosti izlaznog napona su negativne.
Za U in= const i j= var postoji fazni mod PD, za koji kontrolna karakteristika ima oblik
U izlaz = k " FD cosj = k "FD sinj",
Gdje j " = p/2 - j, i PD koeficijent prijenosa u faznom modu uzimajući u obzir (4.14)
;
At small j" kontrolna karakteristika
Rad PD-ova, njihove karakteristike i dijagrami kola raspravljano u /1/.
Digitalno analogni pretvarači(DAC). Pretvarač usklađuje digitalni dio upravljačkog sistema sa analognim. Ulazna koordinata DAC-a je binarni višebitni broj A n = a n -1 …a i …a 1 a 0, a izlazna koordinata je napon U out, generiran na osnovu referentnog napona U op(Sl. 4.13).
DAC kola su izgrađena na bazi matrice otpornika, uz pomoć kojih se struje ili naponi zbrajaju tako da izlazni napon bude proporcionalan ulaznom broju. DAC se sastoji od tri glavna dijela: matrice otpornika, elektronskih prekidača kontrolisanih ulaznim brojem i sumirajućeg pojačala koji generiše izlazni napon. Na sl. 4.14 je dato jednostavno kolo ne-reverzni DAC. Svaka cifra ulaznog binarnog broja An odgovara otporu
R i = R 0 / 2 i, (4.15)
Gdje R0- otpor niskog reda.
Otpornik R i povezuje se na napajanje sa referentnim naponom U op preko elektronskog ključa K i, koja je zatvorena u a i=1 i otvoren u a i= 0. Očigledno, ovisno o vrijednosti a i otpor ulaznog kola za ja- kategorija uzimajući u obzir (4.15) biće određena izrazom
R i = R 0 /(2 i a i). (4.16)
Onda za i ja= 0, to jest, strujni krug je prekinut, i za a i=1 kolo je uključeno i ima otpor R 0 /2 i .
U dijagramu na sl. 4.14 Operativno pojačalo U zbraja ulazne struje i njegov izlazni napon, uzimajući u obzir notaciju kola i izraz (4.16)
Izraz (4.17) oblika U izlaz = f(A n)- Ovo je kontrolna karakteristika DAC-a. Ima stepenast oblik sa diskretnošću napona koja odgovara najmanje značajnoj jedinici,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Magnituda ΔU 0 je ujedno i prosječni koeficijent prijenosa DAC-a k DAC.
Analogno-digitalni pretvarač(ADC) rješava inverzni problem - pretvara kontinuirani ulazni napon u broj, na primjer, binarni. Svaki izlazni višebitni binarni broj A i odgovara rasponu promjena ulaznog napona:
, (4.18)
Gdje U ei = ΔU 0 i- referentna vrijednost izlaznog napona koja odgovara izlaznom binarnom broju A i; ΔU 0- diskretnost izlaznog napona, koja odgovara jedinici najmanje značajne cifre izlaznog broja.
At n-bit ADC, ukupan broj referentnih nivoa ulaznog napona različitog od nule koji se međusobno razlikuju ΔU 0, jednako maksimalnom izlaznom decimalnom broju N=2 n - 1. Od svakog nivoa U e i, prema (4.18), nosi informaciju o broju, onda u radu ADC-a možemo razlikovati glavne operacije: poređenje ulaznog i referentnog napona, određivanje broja nivoa, generiranje izlaznog broja u datom kodu . Prosječna ADC pojačanja definirana je kao recipročna vrijednost odgovarajućeg DAC pojačanja:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Tada se jednačina za kontrolnu karakteristiku ADC-a može zapisati kao
Upravljačka karakteristika ADC-a ima stepenast oblik.
Kola za implementaciju ADC-a mogu se podijeliti u dva glavna tipa: paralelno djelovanje i sekvencijalno djelovanje.
Glavna prednost paralelnog ADC-a su njegove visoke performanse. Pretvaranje analognog ulaznog napona u višecifreni decimalni broj odvija se u samo dva ciklusa takta digitalni elementi shema. Glavni nedostatak ovakvih ADC-a je veliki broj analogni komparatori i flip-flops u kolu, jednaki 2 n - 1, što čini multi-bitne paralelne ADC-e izuzetno skupim.
Za serijski ADC su potrebni znatno niži troškovi hardvera. Na sl. Slika 4.15 prikazuje ADC kolo za praćenje koje pripada grupi sekvencijalnih kola. Dijagram koristi prethodno nespomenute simbole: GTI- generator takta impulsa, SR- obrnuti brojač, TO- komparator, R- izlazni registar. Oznake logičkih elemenata I,ILI NE opšte prihvaćeno.
Poređenje U in I U e izvedeno na kombinovanom analognom komparatoru sa dva izlaza: “više od” (>) i “manje od” (<). ЕслиU in - U e >ΔU 0/ 2, tada se na izlazu > i elementu pojavljuje jedan signal i 1 provodi taktne impulse na ulaz za sumiranje (+1) brojača gore/dolje SR. Broj izlaza raste SR, te se shodno tome povećava uh, generirani DAC. Ako U in - U e < ΔU 0 /2 , tada se na izlazu pojavljuje jedan signal< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент I 2 prijeći na ulaz za oduzimanje (-1) brojača SR I U e smanjuje se. Kada je uslov | U in - U e | = ΔU 0 /2 na oba izlaza TO nulti signali i elementi su istaknuti i 1 I I 2 su zaključani za impulse takta. Brojač prestaje da broji, a broj koji ostaje nepromijenjen na njegovom izlazu pojavljuje se na izlazu registra R. Dozvolu za upis broja u registar daje signal jednog elementa ILI-NE, uključen na dva izlaza TO. Uzimajući u obzir ovu šemu u odnosu na U in I uh, može se ustanoviti da je ADC upravljački sistem zatvoren duž izlazne koordinate sa kontrolerom TO relejna akcija. Sistem prati promjenu ulaznog napona sa tačnošću stabilnog stanja od ± U 0 /2 i emituje broj koji odgovara digitalnom izlazu U in. ADC za praćenje može brzo pretvoriti samo prilično sporu promjenu ulaznog napona.
Glavni nedostatak razmatranog ADC-a su njegove loše performanse. U najnepovoljnijem slučaju, kada se naglo postavi maksimalni napon na ulazu, da bi se proizvela odgovarajuća izlazna vrijednost u digitalnom kodu bit će potrebno 2 n - 1 otkucaji Neki DAC i ADC kola i njihov rad su razmatrani u /1/.
Pitanja za samotestiranje
1. Zašto se odgovarajući elementi koriste u sistemima automatizacije?
2. Koju transformaciju provodi fazni detektor?
3. U kojim režimima može raditi fazni detektor?
4. Koje su ulazne koordinate faznog detektora?
5. Koja je izlazna koordinata faznog detektora?
6. Koji je amplitudski režim rada faznog detektora?
7. Koji je fazni način rada faznog detektora?
8. Za šta se fazni detektori mogu koristiti u sistemima automatizacije?
9. Navedite formulu za kontrolne karakteristike faznog detektora koji radi u amplitudnom modu.
10. Koju konverziju vrši digitalno-analogni pretvarač?
11. Koje su ulazne i izlazne koordinate digitalno-analognog pretvarača?
12. Koji su glavni dijelovi kola digitalno-analognog pretvarača?
13. Navedite formule za izračunavanje upravljačkih karakteristika digitalno-analognog pretvarača i njegovog prosječnog koeficijenta prijenosa.
14. Koju vrstu upravljačke karakteristike ima digitalno-analogni pretvarač?
15. Koju konverziju vrši analogno-digitalni pretvarač?
16. Koje su ulazne i izlazne koordinate analogno-digitalnog pretvarača?
17. Navedite formule za izračunavanje upravljačkih karakteristika analogno-digitalnog pretvarača i njegovog prosječnog koeficijenta prijenosa.
18. Koje vrste analogno-digitalnih pretvarača postoje?
19. Koje su glavne prednosti i nedostaci paralelnih analogno-digitalnih pretvarača?
20. Koje su glavne prednosti i nedostaci serijskih analogno-digitalnih pretvarača?
21. Zašto se digitalno-analogni pretvarač koristi u krugu za praćenje analogno-digitalnog pretvarača?
22. Koja je maksimalna greška apsolutne konverzije stabilnog stanja kod pratećeg analogno-digitalnog pretvarača?
SENZORI
Pitanja za samotestiranje
1. Koje su ulazne i izlazne koordinate senzora ugla rotacije?
2. Koje su ulazne i izlazne koordinate senzora ugla neusklađenosti?
3. U kojim sistemima se mogu koristiti senzori ugla i senzori grešaka?
4. Koliko namotaja i gdje ima trofazni kontakt sinhro?
5. Koje su ulazne i izlazne koordinate selsyna?
6. U kojim režimima može raditi selsyn?
7. Koji je amplitudski način rada sinhronizatora?
8. Koji je fazni način rada selsyna?
9. Dajte formulu za izračunavanje upravljačkih karakteristika sinhronizatora u amplitudnom režimu rada.
10. Dati formulu za proračun upravljačkih karakteristika sinhronizatora u faznom režimu rada.
11. Koji faktori određuju statičke greške sinhronizatora koji narušavaju njegove karakteristike upravljanja?
12. Šta uzrokuje grešku brzine senzora ugla rotacije na osnovu selsyna?
13. U kom načinu rada selsyn senzor i selsyn prijemnik rade u krugu senzora kuta neusklađenosti ako se kao izlazne koordinate koriste amplituda EMF rotora selsyn prijemnika i faza ovog EMF-a?
14. Dajte formulu za izračunavanje kontrolnih karakteristika senzora neusklađenosti na osnovu dva sinhronizatora koji rade u transformatorskom režimu.
15. Koji su glavni nedostaci rotacijskih senzora ugla zasnovanih na selsynu?
16. U koju svrhu se koriste redukcioni mjerni zupčanici na ulazu senzora ugla rotacije?
17. U koju svrhu se koriste pojačani mjerni zupčanici na ulazu senzora ugla rotacije?
18. Kako se greška mjerenja ugla mijenja kada se koriste redukcioni mjerni zupčanici?
19. Kada je prikladno koristiti diskretne senzore ugla?
20. Koji su glavni elementi prisutni u dizajnu digitalnog senzora ugla rotacije zasnovanog na kodnom disku?
21. Zašto kontrolna karakteristika digitalnog senzora ugla rotacije zasnovanog na kodnom disku ima stepenast karakter?
22. Dajte formulu za izračunavanje diskretnog intervala digitalnog senzora ugla rotacije na osnovu kodnog diska.
23. Dajte formulu za izračunavanje apsolutne greške digitalnog senzora ugla rotacije na osnovu kodnog diska.
24. Kojim mjerama dizajna se može povećati bitni kapacitet digitalnog senzora ugla rotacije zasnovanog na kodnom disku?
Senzori ugaone brzine
DC tahogenerator predstavlja električni automobil DC sa nezavisnom pobudom ili trajnim magnetima (slika 5.6). Ulazna koordinata TG - ugaona brzina w, izlaz - napon U out, dodijeljen otporu opterećenja.
E tg = kFw = I(R tg + R n),
Koeficijent prijenosa TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- konstruktivna konstanta; F- fluks magnetske pobude; R tg- otpor namotaja armature i kontakta četke.
 |
Koeficijent prijenosa TG-a, strogo govoreći, ne ostaje konstantan kada se brzina mijenja zbog nelinearnosti kontaktnog otpora četke i reakcije armature. Stoga se uočava određena nelinearnost u upravljačkoj karakteristici u zonama malih i velikih brzina (Sl. 5.6, b). Nelinearnost u zoni malih brzina se smanjuje upotrebom metaliziranih četkica sa malim padom napona. Nelinearnost karakteristike zbog reakcije armature smanjuje se ograničavanjem brzine odozgo i povećanjem otpora opterećenja. Prilikom obavljanja ovih aktivnosti, kontrolne karakteristike TG-a mogu se smatrati gotovo jednostavnim.
28. Regulatori suma.
1. Analogni regulatori klase “ulaz-izlaz” na bazi operacionih pojačala
Bez obzira na tehnološku namjenu regulatora, svi su podijeljeni u 2 velike klase:
Parametarski regulatori klase “ulaz/izlaz” (P-, PI-, PID-, itd. kontroleri);
ACS regulatori stanja (aperiodični, modalni, itd.).
Prva klasa regulatora na funkcionalnim dijagramima ES upravljačkog sistema označena je kao prelazna funkcija.
1. Proporcionalni regulator (P-kontroler).
Šematski dijagram regulatora prikazan je na sl. 4.19.
Pretpostavit ćemo da se na ulazu kontrolera nalazi signal upravljačke greške X u, i X u = X h - X os. Štaviše, umjesto dva otpornika R Z i R koristi se jedan OS - R unos
U van ( t)=TO reg X u ( t).
2. Integralni regulator (I-regulator).
Šematski dijagram regulatora prikazan je na sl. 4.22.
Rice. 4.22. Šematski dijagram integriranog regulatora
Funkcija prijenosa kontrolera
Gdje T T I = R VX WITH 0 .
Vremenske karakteristike regulatora:
U van ( t)=U out (0)+ 1/ ( R VX WITH 0)X u ( t)t.
P 
prelazni proces u kontroleru pri nultim početnim uslovima ( U izlaz (0)=0) će imati oblik prikazan na sl. 4.23.
Funkcionalni dijagram integriranog regulatora prikazan je na sl. 4.24.
3. Diferencijalni regulator (D-regulator).
Šematski dijagram regulatora prikazan je na sl. 4.25.
Funkcija prijenosa kontrolera
Gdje T D je vremenska konstanta integratora, T D = R 0 WITH VH.
Vremenske karakteristike regulatora:
U van ( t)=T D (t),
Gdje (t) je Diracova delta funkcija.
Prolazni proces u regulatoru će imati oblik prikazan na sl. 4.26.
WITH 
Treba napomenuti da ograničeni frekvencijski opseg samih operacionih pojačala ne dozvoljava da se ostvari čista (idealna) diferencijacija. Osim toga, zbog niske otpornosti diferencijalnih regulatora na buku, razvila se praksa korištenja stvarnih diferencirajućih veza i dijagrami kola takvih regulatora su nešto drugačiji od onih prikazanih na Sl. 4.25.
Funkcionalni dijagram diferencijalnog regulatora prikazan je na sl. 4.27.
4. Proporcionalno-integralni regulator (PI kontroler).
Šematski dijagram regulatora prikazan je na sl. 4.28.
Funkcija prijenosa kontrolera
Gdje K REG - koeficijent prijenosa regulatora, K REG = R 0 /R VX;
T I da li je vremenska konstanta integratora, T I = R VX WITH 0 .
Vremenske karakteristike regulatora:
U van ( t)=U out (0) + ( K REG + t/ ( R VX WITH 0))X u ( t).
Prolazni proces u regulatoru pri nultim početnim uslovima imaće oblik prikazan na sl. 4.29.
Prijenosna funkcija proporcionalno-integralnog regulatora često se ne predstavlja kao zbir dva člana, već kao takozvana izodromska veza.
, (4.53)
Gdje T IZ je vremenska konstanta izodromske veze, T OD = R 0 C 0 ,
T I da li je vremenska konstanta integracije kontrolera, T I = R VX C 0 .
PI kontroler uključen u ACS strukturu obezbeđuje kompenzaciju za jednu veliku vremensku konstantu kontrolnog objekta (videti odeljak 8.1).
Proporcionalni diferencijalni regulator (PD kontroler)Šematski dijagram regulatora prikazan je na sl. 4.31.
Gdje K K REG = R 0 /R VX;
T D je vremenska konstanta integratora, T D = R 0 WITH VH.
Vremenske karakteristike regulatora:
U van ( t)= K REG X u ( t) +T D (t),
Gdje (t) je Diracova delta funkcija.
P 
Prolazni proces u PD kontroleru će imati oblik prikazan na Sl. 4.32, funkcionalni dijagram regulatora prikazan je na Sl. 4.33.
Rice. 4.32. Prolazni proces u PD kontroleru
6. Proporcionalno-integralno-derivativni regulator (PID)
regulator)
Šematski dijagram regulatora prikazan je na sl. 4.34.
Funkcija prijenosa kontrolera
Gdje K REG - koeficijent prijenosa regulatora, K REG = R 0 /R VX + C VX / WITH 0 ;
T I da li je vremenska konstanta integracije, T I = R VX WITH 0 ;
T D - vremenska konstanta diferencijacije, T D = R 0 WITH VH.
Vremenske karakteristike regulatora:
U van ( t)=U out (0) + K REG X u ( t) + (1/T I P) X u ( t) + T D (t),
Gdje (t) je Diracova delta funkcija.
Prolazni proces u regulatoru će imati oblik prikazan na sl. 4.35, funkcionalni dijagram je prikazan na Sl. 4.36.
Po analogiji sa PI kontrolerom, MM PID kontrolera se često predstavlja kao izodromska veza drugog reda
, (4.56)
Gdje T IZ,1 , T IZ,2 - vremenske konstante izodromske veze; T IZ,1 = R 0 WITH 0 ,T IZ,2 = =R unos WITH unos
PID kontroler obezbeđuje kompenzaciju za dve velike vremenske konstante kontrolnog objekta, obezbeđujući intenzitet dinamičkih procesa u ACS-u.