Los principales tipos de reguladores utilizados en los sistemas de control de accionamientos eléctricos de actuadores de plataformas de perforación.
Los reguladores analógicos en los sistemas de control esclavo para accionamientos eléctricos se construyen sobre la base de amplificadores operacionales (op-amps): amplificadores de corriente continua con impedancias de entrada alta y salida muy baja. La tecnología de circuitos integrados ahora permite producir amplificadores operacionales económicos y de alta calidad. En alguna parte de su rango operativo, el amplificador operacional se comporta como un amplificador de voltaje lineal con una ganancia muy alta (10 5 - 10 6). Si el circuito del amplificador operacional no proporciona retroalimentación negativa desde la salida a la entrada, entonces, debido a la alta ganancia, necesariamente caerá en modo de saturación. Por lo tanto, los circuitos reguladores basados en amplificadores operacionales contienen retroalimentación negativa.
El amplificador operacional recibe su nombre del hecho de que puede realizar diversas operaciones matemáticas como multiplicación, suma, integración y diferenciación. Los reguladores típicos se construyen sobre la base de un amplificador inversor y los circuitos de entrada y salida, además de las resistencias, pueden contener condensadores.
Dado que la ganancia del amplificador operacional es grande (ku= = 10 5 +10 6), y el voltaje de salida Uvy está limitado por el voltaje de suministro UPC, entonces el potencial del punto A(Fig. 1, a) cpA = = uout/Ku está cerca de cero, es decir punto A realiza la función de tierra aparente (tierra el punto A es imposible, de lo contrario el circuito quedará inoperativo).
Arroz. 1. La estructura de un regulador analógico realizado sobre un amplificador operacional (a). Circuito de un controlador proporcional con limitación controlada de la señal de salida (b). Características del regulador de entrada-salida con limitación controlada de la señal de salida (c)
En la tabla se muestran los circuitos, funciones de transferencia y funciones de transición de varios tipos de reguladores.
Circuitos y características dinámicas de varios tipos de reguladores.
Para obtener un controlador proporcional (regulador P), se incluyen resistencias en la entrada y en el circuito de retroalimentación del amplificador operacional; El regulador integral (regulador I) incluye una resistencia en el circuito de entrada y un condensador en el circuito de retroalimentación; El controlador PI contiene una resistencia en el circuito de entrada y una resistencia y un condensador conectados en serie en el circuito de retroalimentación. El controlador PID se puede implementar en un solo amplificador utilizando circuitos capacitivos activos en la entrada y en el circuito de retroalimentación.
Producido por la industria Varios tipos Amplificadores operacionales en circuitos integrados (CI), tanto redondos como rectangulares. Los tipos de amplificadores operacionales más utilizados para construir reguladores son K140UD7, K553UD2, K157UD2, etc.
Es posible reducir el tamaño y aumentar la confiabilidad de los dispositivos de los sistemas de control analógicos para accionamientos eléctricos introduciendo tecnología híbrida para su fabricación. En la fabricación de híbridos. circuitos integrados(GIS) los elementos activos (OU) están instalados en placa de circuito impreso en un diseño de estado sólido (sin empaquetar), y condensadores y resistencias, utilizando el método de tecnología de película (películas pulverizadas de materiales conductores, semiconductores y no conductores). El módulo resultante se puede rellenar con compuesto o colocar en una carcasa.
La limitación de las coordenadas del accionamiento eléctrico (corriente, velocidad, etc.) se lleva a cabo incluyendo unidades limitadoras en la estructura del regulador del circuito de control externo. Este último puede ser controlado o incontrolable. En la Fig., 6
Muestra un circuito para limitar la tensión de salida de un regulador proporcional con diodos de corte VD1, VD2 y una tensión de referencia controlada Vop. El circuito le permite obtener una característica de entrada-salida que es asimétrica en relación con el origen de las coordenadas con diferentes niveles de voltaje de salida limitado (Fig.). También son posibles otras opciones para circuitos limitadores controlables del voltaje de salida del amplificador operacional utilizando transistores.
Hasta hace poco, en el accionamiento eléctrico automatizado de los actuadores de las plataformas de perforación domésticas se utilizaba principalmente tecnología informática analógica. Detrás últimos años Varias organizaciones de diseño e investigación están trabajando en la creación de sistemas de control por microprocesador. En comparación con los sistemas analógicos, los sistemas con microprocesador tienen una serie de ventajas. Notemos algunos de ellos.
Flexibilidad. La capacidad, mediante reprogramación, de cambiar no solo los parámetros del sistema de control, sino también los algoritmos e incluso la estructura. Al mismo tiempo, el hardware del sistema permanece sin cambios. En los sistemas analógicos, sería necesario reorganizar el hardware. El software del microordenador se puede ajustar fácilmente tanto durante el período previo al lanzamiento como durante su funcionamiento. Gracias a ello, se reducen los costes y tiempos de los trabajos de ajuste y cambia su naturaleza, ya que los experimentos necesarios para determinar características y parámetros, así como la configuración de los reguladores, pueden ser realizados automáticamente por el propio microordenador mediante un programa preparado previamente. .
Eliminando todas las restricciones sobre la estructura del dispositivo de control y las leyes de control. Al mismo tiempo, los indicadores de calidad de los sistemas digitales pueden superar significativamente los indicadores de calidad de gestión de los sistemas de control continuo. Mediante la introducción de programas adecuados se pueden implementar leyes de control complejas (optimización, adaptación, previsión, etc.), incluidas aquellas que son muy difíciles de implementar por medios analógicos. Se hace posible resolver problemas intelectuales que aseguren la corrección y eficiencia de los procesos tecnológicos. Se pueden construir sistemas de cualquier tipo sobre la base de una microcomputadora, incluidos sistemas con control subordinado, sistemas multidimensionales con conexiones cruzadas, etc.
Autodiagnóstico y autotest Dispositivos de control digitales. La capacidad de verificar la capacidad de servicio de los componentes de accionamiento mecánico, convertidores de potencia, sensores y otros equipos durante las pausas del proceso, es decir. diagnóstico automático del estado de los equipos y alerta temprana de accidentes. Estas capacidades se complementan con capacidades antiinterferencias avanzadas. Lo principal aquí es la sustitución de las líneas de transmisión de información analógicas por líneas digitales que contengan aislamiento galvánico, canales de fibra óptica y circuitos integrados resistentes al ruido como amplificadores e interruptores.
Mayor precisión debido a la ausencia de deriva del cero, característica de los dispositivos analógicos. Por lo tanto, los sistemas digitales de control de velocidad de accionamiento eléctrico pueden proporcionar un aumento en la precisión del control en dos órdenes de magnitud en comparación con los analógicos.
Fácil de visualizar parámetros del proceso de control mediante el uso de indicadores digitales, paneles indicadores y displays, organizando un modo interactivo de intercambio de información con el operador.
Mayor fiabilidad, menores dimensiones, peso y coste. La alta confiabilidad de las microcomputadoras en comparación con la tecnología analógica está garantizada por el uso de grandes circuitos integrados (LSI), la presencia de sistemas especiales de protección de memoria, inmunidad al ruido y otros medios. Gracias al alto nivel de la tecnología de producción LSI, se reducen los costes de fabricación de sistemas de control de accionamientos eléctricos. Estas ventajas son especialmente evidentes cuando se utilizan computadoras de placa única y de chip único.
Los amplificadores operacionales son uno de los componentes principales de los dispositivos electrónicos analógicos modernos. Gracias a la simplicidad de los cálculos y los excelentes parámetros, los amplificadores operacionales son fáciles de usar. También se les llama amplificadores diferenciales porque son capaces de amplificar la diferencia de voltajes de entrada.
El uso de amplificadores operacionales en tecnología de audio es especialmente popular para mejorar el sonido de los parlantes musicales.
Designación en diagramas.
Por lo general, salen cinco pines de la carcasa del amplificador, de los cuales dos son entradas, uno es salida y los dos restantes son fuente de alimentación.
Principio de operación
Hay dos reglas que le ayudarán a comprender el principio de funcionamiento de un amplificador operacional:
- La salida del amplificador operacional tiende a cero la diferencia de voltaje entre las entradas.
- Las entradas del amplificador no consumen corriente.
La primera entrada se denomina "+" y se denomina no inversora. La segunda entrada está marcada con un signo "-" y se considera invertida.
Las entradas del amplificador tienen una alta resistencia llamada impedancia. Esto permite un consumo de corriente en las entradas de varios nanoamperios. En la entrada se evalúa el valor de la tensión. Dependiendo de esta evaluación, el amplificador emite una señal amplificada.
El factor de ganancia es de gran importancia, llegando en ocasiones al millón. Esto significa que si se aplica al menos 1 milivoltio a la entrada, entonces el voltaje de salida será igual al voltaje de la fuente de alimentación del amplificador. Por lo tanto, los opamps no se utilizan sin retroalimentación.
Las entradas del amplificador funcionan según el siguiente principio: si el voltaje en la entrada no inversora es mayor que el voltaje en la entrada inversora, entonces la salida tendrá el voltaje positivo más alto. En la situación opuesta, la producción tendrá el mayor valor negativo.
El voltaje negativo y positivo en la salida del amplificador operacional es posible debido al uso de una fuente de alimentación que tiene un voltaje bipolar dividido.
potencia del amplificador operacional
Si tomas una batería AA, tiene dos polos: positivo y negativo. Si el polo negativo se considera el punto de referencia cero, entonces el polo positivo mostrará +1,5 V. Esto se puede ver desde el conectado.
Tome dos elementos y conéctelos en serie, obtendrá la siguiente imagen.
Si se toma el polo negativo de la batería inferior como punto cero y se mide el voltaje en el polo positivo de la batería superior, el dispositivo mostrará +10 voltios.
Si tomamos el punto medio entre las baterías como cero, entonces obtenemos una fuente de voltaje bipolar, ya que hay un voltaje de polaridad positiva y negativa, igual a +5 voltios y -5 voltios, respectivamente.
Hay circuitos simples de suministro de energía dividida que se utilizan en los diseños de radioaficionados.
La energía al circuito se suministra desde red doméstica. El transformador reduce la corriente a 30 voltios. El devanado secundario en el medio tiene un grifo, con la ayuda del cual se obtiene una tensión rectificada de +15 V y -15 V.
Variedades
Hay varios diferentes esquemas Amplificadores operacionales que vale la pena considerar en detalle.
amplificador inversor
Este es el esquema principal. La peculiaridad de este circuito es que los opamps se caracterizan, además de la amplificación, por un cambio de fase. La letra "k" representa el parámetro de ganancia. El gráfico muestra el efecto del amplificador en este circuito.
El color azul representa la señal de entrada y el color rojo representa la señal de salida. La ganancia en este caso es igual a: k = 2. La amplitud de la señal de salida es 2 veces mayor que la señal de entrada. La salida del amplificador está invertida, de ahí su nombre. Los amplificadores operacionales inversores tienen un circuito simple:
Estos amplificadores operacionales se han vuelto populares debido a su diseño simple. Para calcular la ganancia, use la fórmula:
Esto muestra que la ganancia del amplificador operacional no depende de la resistencia R3, por lo que puedes prescindir de ella. Aquí se utiliza para protección.
Amplificadores operacionales no inversores
Este circuito es similar al anterior, la diferencia es la ausencia de inversión (inversión) de la señal. Esto significa mantener la fase de la señal. El gráfico muestra una señal amplificada.
La ganancia del amplificador no inversor también es igual a: k = 2. Se suministra una señal en forma de sinusoide a la entrada, solo su amplitud ha cambiado en la salida;
Este circuito no es menos sencillo que el anterior; tiene dos resistencias. En la entrada, la señal se aplica al terminal positivo. Para calcular la ganancia necesitas usar la fórmula:
Muestra que la ganancia nunca es menor que la unidad, ya que la señal no se suprime.
Circuito de resta
Este circuito permite crear una diferencia entre dos señales de entrada, que pueden amplificarse. El gráfico muestra el principio de funcionamiento de un circuito diferencial.
Este circuito amplificador también se llama circuito de resta.
Tiene un diseño más complejo, a diferencia de los esquemas discutidos anteriormente. Para calcular el voltaje de salida use la fórmula:
El lado izquierdo de la expresión (R3/R1) determina la ganancia y el lado derecho (Ua – Ub) es la diferencia de voltaje.
Circuito adicional
Este circuito se llama amplificador integrado. Es lo opuesto al esquema de resta. Su característica especial es la capacidad de procesar más de dos señales. Todos los mezcladores de sonido funcionan según este principio.
Este diagrama muestra la capacidad de sumar múltiples señales. Para calcular el voltaje se utiliza la fórmula:
circuito integrador
Si agrega un capacitor de retroalimentación al circuito, obtiene un integrador. Este es otro dispositivo que utiliza amplificadores operacionales.
El circuito integrador es similar a un amplificador inversor, con capacitancia agregada a la retroalimentación. Esto conduce a la dependencia del funcionamiento del sistema de la frecuencia de la señal de entrada.
El integrador se caracteriza por una característica interesante de la transición entre señales: primero, la señal rectangular se convierte en triangular, luego se convierte en sinusoidal. La ganancia se calcula mediante la fórmula:
En esta fórmula la variable ω = 2 π f aumenta al aumentar la frecuencia, por lo tanto, cuanto mayor es la frecuencia, menor es la ganancia. Por tanto, el integrador puede actuar como un filtro de paso bajo activo.
Circuito diferenciador
En este esquema ocurre la situación contraria. Se conecta una capacitancia en la entrada y una resistencia en la retroalimentación.
A juzgar por el nombre del circuito, en la diferencia radica su principio de funcionamiento. Cuanto más rápido cambie la señal, mayor será la ganancia. Esta opción le permite crear filtros activos para altas frecuencias. La ganancia del diferenciador se calcula mediante la fórmula:
Esta expresión es la inversa de la expresión integradora. La ganancia aumenta en lado negativo con frecuencia cada vez mayor.
Comparador analógico
Un dispositivo comparador compara dos valores de voltaje y conduce la señal a un valor de salida bajo o alto, según el estado del voltaje. Este sistema incluye electrónica digital y analógica.
Una característica especial de este sistema es la ausencia de retroalimentación en la versión principal. Esto significa que la resistencia del bucle es muy alta.
Se suministra una señal a la entrada positiva y el voltaje principal, que se establece mediante un potenciómetro, a la entrada negativa. Debido a la ausencia de retroalimentación, la ganancia tiende al infinito.
Cuando el voltaje en la entrada excede el valor del voltaje de referencia principal, la salida recibe el voltaje más alto, que es igual al voltaje de suministro positivo. Si el voltaje de entrada es menor que el voltaje de referencia, entonces el valor de salida será un voltaje negativo igual al voltaje de la fuente de alimentación.
Hay un defecto importante en el circuito comparador analógico. Cuando los valores de voltaje en las dos entradas se acercan, el voltaje de salida puede cambiar con frecuencia, lo que generalmente provoca saltos y mal funcionamiento en el relé. Esto puede provocar un mal funcionamiento del equipo. Para solucionar este problema se utiliza un circuito con histéresis.
Comparador analógico con histéresis
La figura muestra el diagrama de funcionamiento del circuito c, que es similar al circuito anterior. La diferencia es que el apagado y el encendido no se producen con el mismo voltaje.
La dirección de las flechas en el gráfico indica la dirección en la que se mueve la histéresis. Al examinar el gráfico de izquierda a derecha, está claro que la transición a un nivel inferior ocurre en el voltaje Uph, y moviéndose de derecha a izquierda, el voltaje de salida alcanza nivel superior en tensión Upl.
Este principio de funcionamiento conduce al hecho de que a valores iguales de voltajes de entrada, el estado en la salida no cambia, ya que para cambiar se requiere una diferencia de voltaje de una cantidad significativa.
Este funcionamiento del circuito provoca cierta inercia del sistema, pero es más seguro, a diferencia de un circuito sin histéresis. Normalmente este principio de funcionamiento se utiliza en dispositivos de calefacción con termostato: estufas, planchas, etc. La figura muestra un circuito amplificador con histéresis.
Los voltajes se calculan de acuerdo con las siguientes dependencias:
Repetidores de voltaje
Los amplificadores operacionales se utilizan a menudo en circuitos seguidores de voltaje. La característica principal de estos dispositivos es que no amplifican ni atenúan la señal, es decir, la ganancia en este caso es igual a la unidad. Esta característica se debe al hecho de que el circuito de retroalimentación tiene una resistencia igual a cero.
Estos sistemas seguidores de voltaje se utilizan con mayor frecuencia como amortiguador para aumentar la corriente de carga y el rendimiento del dispositivo. Dado que la corriente de entrada es cercana a cero y la corriente de salida depende del tipo de amplificador, es posible descargar fuentes de señal débiles, por ejemplo, algunos sensores.
Para simplificar el proceso de construcción de un regulador de corriente en amplificadores operacionales, transformamos su PF (8) de la siguiente manera:
(8")
El primer término en (8") es el producto de los enlaces isodrómicos y aperiódicos, el segundo es el enlace aperiódico, el tercero es el enlace diferenciador inercial. Del curso de Electrónica sabes cómo ensamblar estos enlaces en amplificadores operacionales.
Figura 10 - Regulador de corriente en amplificadores operacionales
El circuito, como puede verse, consta de tres ramas paralelas, que están cerradas por las salidas al sumador inversor del amplificador operacional, por lo que la señal de salida tu 2
se invertirá en relación con la entrada tu 1
. Si es necesaria la aprobación tu 1
Y tu 2
Será necesario instalar un inversor adicional a la salida del sumador. Esta técnica se aplicó en la rama media del circuito, ya que el enlace aperiódico está construido sobre un amplificador operacional inversor. La rama superior es responsable de la PF. 
. El producto de enlaces isodrómicos y aperiódicos se obtiene conectando sus circuitos en serie en amplificadores operacionales inversores y, dado que cada enlace invierte la señal, no es necesario hacer coincidir la entrada y la salida de la rama superior. La rama inferior, que implementa el enlace dinámico inercial, no invierte la señal de entrada.
Calculemos los parámetros del circuito. Se sabe que
Habiendo preguntado R 1 =R 3 =R 5 =R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 ohmios, R 13 = 300 ohmios, R 14 = 50 ohmios lo entendemos CON 1 =
=
= 240 µF, CON 2 =CON 3 =
=
= 10 µF, CON 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 ohmios, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 ohmios, R 7 = 110 ohmios, R 15 =
=
= 
= 310 ohmios.
2.3AmLahx: un programa para construir parámetros asintóticos y sintetizar controladores utilizando el método de los parámetros deseados
2.3.1 Información general sobre el programa
El programa AmLAHX está diseñado para ejecutarse en el entorno MatLab6.0 o superior y proporciona al usuario las siguientes capacidades:
tiene una interfaz GUI;
construye LFC asintóticos de objetos dinámicos especificados en forma de funciones de transferencia;
construye interactivamente el LFC deseado de un sistema de circuito abierto de acuerdo con criterios de calidad especificados, incluso, el programa permite al usuario seleccionar secciones de acoplamiento (sus pendientes) dependiendo del tipo de LFC del objeto de control;
proporciona una resta automática del LFC del sistema de bucle abierto del LFC del objeto de control y así construye el LFC del controlador, devuelve las frecuencias conjugadas y las pendientes de las asíntotas, lo que hace que sea bastante fácil escribir su función de transferencia usando el LFC del controlador (en versiones posteriores el programa lo hará automáticamente);
Todos los LFC se trazan indicando las pendientes de las asíntotas; el usuario puede determinar los colores de cada LFC por separado, así como el formato de las inscripciones en los gráficos (espesor, altura).
2.3.2 Línea de comando del programa
La línea de comando completa para ejecutar el programa es:
yy=amlahx( número,guarida, bandera, parámetro),
Dónde número Y guarida- numerador y denominador del PF del objeto de control, respectivamente, número Y guarida deben ser vectores escritos en formato MatLab (ver ejemplo a continuación);
bandera- modo de funcionamiento (1 (predeterminado) o 2);
parámetro- un vector de 6 elementos (números), 1, 2 y 3 elementos, respectivamente, son el grosor de los LFC de OU, RS y CU, 4, 5 y 6 son los colores de estos LFC (por defecto, el grosor de todos los LFC es 1, los colores son rojo, azul y verde, respectivamente).
AmLAHX sin parametros funciona en modo demo, en este caso
número= ,guarida = ,bandera= 2.
DISPOSITIVOS TÍPICOS DE SISTEMAS DE CONTROL
Reguladores
Una función importante de los sistemas de automatización modernos es la regulación de sus coordenadas, es decir, mantener los valores requeridos con la precisión necesaria. Esta función se implementa utilizando una gran cantidad de elementos diferentes, entre los cuales los reguladores son de suma importancia.
Regulador realiza la transformación de la señal de control correspondiente a las operaciones matemáticas requeridas por las condiciones de funcionamiento del sistema de control. Las operaciones típicas requeridas incluyen las siguientes transformaciones de señal: proporcional, proporcional-integral, proporcional-integral-diferencial.
La base del regulador analógico es un amplificador operacional, un amplificador de corriente continua que, en ausencia de retroalimentación, tiene una alta ganancia. La mayoría de las aplicaciones encontrar amplificadores operacionales integrados. Un amplificador operacional es una estructura de varias etapas en la que se puede distinguir un amplificador diferencial de entrada ( UE) con entradas inversas y directas, amplificador de tensión ( Naciones Unidas), implementando alta ganancia y un amplificador de potencia ( MENTE), proporcionando la capacidad de carga necesaria del amplificador operacional. El diagrama funcional del amplificador operacional se muestra en la Fig. 4.1. El diseño de un solo chip y de tamaño pequeño del amplificador operacional garantiza una alta estabilidad de los parámetros, lo que permite obtener una alta ganancia de CC. Puntos derivados del diagrama. Kl, K2, KZ diseñado para conectar circuitos de corrección externos que reducen la ganancia en altas frecuencias y aumentan la estabilidad del amplificador con retroalimentación. Sin circuitos de corrección, a frecuencias suficientemente altas, cuando el desfase acumulado es de 180°, el signo de la retroalimentación cambia, y con una ganancia grande, el amplificador operacional se autoexcita y entra en modo de autooscilación. En la Fig. 4.1 se utilizan las siguientes notaciones: Arriba- tensión de alimentación del amplificador; U ui- tensión de control de entrada a través de la entrada inversa del amplificador; paquete U- tensión de control de entrada mediante entrada directa del amplificador; Estás fuera- voltaje de salida del amplificador. Todos los voltajes anteriores se miden en relación con el cable común de una fuente de alimentación bipolar.
Los circuitos de conexión del amplificador operacional se muestran en la Fig. 4.2. La etapa diferencial del amplificador operacional tiene dos entradas de control: directa con potencial paquete U e inversa con el potencial U ui(Figura 4.2, A).
 |
El voltaje de salida del amplificador está determinado por el producto de la ganancia y la diferencia de potencial de las entradas del amplificador, es decir
U fuera = k уо (U arriba - U уу) = k уо U у,
Dónde k uo- ganancia diferencial del amplificador operacional; U y- tensión diferencial de entrada del amplificador, es decir, la tensión entre las entradas directa e inversa. Ganancia diferencial de amplificadores operacionales integrados en ausencia de retroalimentación.
Relativo a los voltajes de entrada Uvhp Y ¿Qué? El voltaje de salida está determinado por la diferencia.
U fuera = k arriba U adentro - k ui U adentro,
¿Dónde están las ganancias de entrada directa? paquete k y por entrada inversa k ui determinado por el circuito de conmutación del amplificador. Para el circuito de conmutación de entrada directa mostrado en la Fig. 4.3, b, la ganancia está determinada por la fórmula
,
y para el circuito de conmutación de entrada inversa mostrado en la Fig. 4.3, V, - según la fórmula
Para construir varios circuitos reguladores, generalmente se usa un circuito amplificador operacional con entrada inversa. Normalmente, los reguladores deben tener múltiples aportaciones. Las señales de entrada se suministran al punto 1 (Fig. 4.2, V) a través de individuo resistencias de entrada. Las funciones de transferencia requeridas de los reguladores se obtienen gracias a complejas resistencias capacitivas activas en el circuito de retroalimentación. Z os y en circuitos de entrada Z en. Función de transferencia del regulador respecto a cualquiera de las entradas sin tener en cuenta la inversión de la tensión de salida
. (4.1)
Dependiendo del tipo de función de transferencia, el amplificador operacional puede considerarse como uno u otro regulador funcional. En el futuro, para implementar reguladores, consideraremos solo circuitos de conmutación basados en la entrada inversa.
Controlador proporcional (controlador P) - Este es el amplificador operacional de retroalimentación ajustada que se muestra en la Fig. 4.3, A. Su función de transferencia
W(p) = kP, (4.2)
Dónde kP- coeficiente de ganancia del regulador P.
Como se desprende de la función de transferencia (4.2), dentro del ancho de banda del amplificador operacional, la respuesta de frecuencia de amplitud logarítmica (LAFC) del regulador P es paralela al eje de frecuencia. w, y la fase es cero (Fig. 4.3, b).
Controlador integral (regulador I) se obtiene incluyendo un capacitor en el circuito de retroalimentación, como se muestra en la Fig. 4.4, A, integrando al mismo tiempo la señal de entrada y la función de transferencia del controlador
 |
, (4.3)
Dónde T y = R en C os- constante de integración.
Como se desprende de (4.3), el cambio de fase de la señal de salida es igual a - pag/ 2, el LFC tiene una pendiente de -20 dB/dec y la respuesta de frecuencia de fase logarítmica (LPFR) es paralela al eje de frecuencia w(Figura 4.4, b).
Controlador proporcional-integral (controlador PI ) se obtiene conectando en paralelo los reguladores P e I, es decir
La función de transferencia (4.4) se puede obtener en un amplificador operacional incluyendo la reactancia activa-capacitiva en su retroalimentación. Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), como se muestra en la Fig. 4.5, A.
Entonces, de acuerdo con (4.1)
,
Dónde T 1 = R os C os; T I = R en C os; k P = R os / R en.
Las características de frecuencia logarítmica del controlador PI se muestran en la Fig. 4.5, b.
Controlador diferencial proporcional (controlador PD) se obtiene mediante la conexión en paralelo de un regulador P y un regulador D diferencial, es decir
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
La función de transferencia (4.5) se obtiene conectando un capacitor a la resistencia de entrada del amplificador operacional, como se muestra en la Fig. 4.6, A. Entonces, teniendo en cuenta (4.1), tenemos
Dónde T 1 = R en C en; k P = R os / R en.
 |
Las características de frecuencia logarítmica del controlador PD se muestran en la Fig. 4.6, b.
Controlador proporcional-integral-derivativo (controlador PID). Este regulador se obtiene mediante la conexión en paralelo de tres reguladores: regulador P, regulador I y regulador D. Su función de transferencia tiene la forma
. (4.6)
La función de transferencia (4.6) siempre se puede implementar mediante la conexión en paralelo de un controlador PD y un controlador I, que tienen, respectivamente, las funciones de transferencia (4.5) y (4.3). En este caso, el circuito controlador PID se puede implementar utilizando tres amplificadores operacionales. El primer amplificador implementa la función de un regulador PD (Fig. 4.6, A), el segundo amplificador es la función del regulador I (Fig. 4.4, A), tercer amplificador (Fig. 4.3, A) es la función de sumar las señales de salida del primer y segundo amplificador.
Si los parámetros kP, yo Y T.D. imponer una restricción
entonces la función de transferencia (4.6) se puede escribir como
, (4.7)
Dónde k P = (T 1 +T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
Un controlador PID con función de transferencia (4.7) es una conexión secuencial de un controlador PD y un controlador PI y puede implementarse en un único amplificador operacional con resistencia en el circuito de retroalimentación.
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
y resistencia en el circuito de entrada
.
En este caso, las constantes de tiempo del controlador T 1 = R en C en, T 2 =R os C os, T 0 =R en C os.
 |
El circuito controlador PID para un amplificador se muestra en la Fig. 4.7, A, y sus características de frecuencia logarítmica en la Fig. 4.7, b.
Los circuitos considerados del controlador PD y del controlador PID tienen condensadores en los circuitos de entrada del amplificador, que para interferencias de alta frecuencia representan una resistencia cercana a cero. Para aumentar la estabilidad de los reguladores, puede conectar una resistencia adicional con una pequeña resistencia (al menos un orden de magnitud menor que la capacitancia del capacitor) en serie con el capacitor.
Los reguladores, su funcionamiento e implementaciones técnicas se analizan con más detalle en /1/.
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Qué función realizan los reguladores de los sistemas de automatización?
2. ¿Qué transformaciones típicas de la señal de control realizan los reguladores de los sistemas de automatización?
3. ¿Cuál es la base para la construcción de la mayoría de los reguladores analógicos modernos?
4. ¿Cuáles son las principales propiedades de los amplificadores operacionales?
5. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada de un amplificador operacional típico?
6. ¿Cuál es la coordenada de salida de un amplificador operacional típico?
7. ¿Cuáles son los componentes incluidos en el circuito funcional de un amplificador operacional?
8. Nombrar circuitos típicos para conectar amplificadores operacionales.
9. ¿Qué circuito amplificador operacional típico se utiliza habitualmente para implementar reguladores?
10. Dé la función de transferencia del amplificador operacional para el circuito de entrada inversor.
11. ¿Qué elemento contiene un controlador proporcional en el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional?
12. ¿Qué elemento contiene un controlador proporcional en el circuito de entrada de un amplificador operacional?
13. Dé la función de transferencia de un controlador proporcional.
14. ¿Cuáles son las características de frecuencia de amplitud y frecuencia de fase de un controlador proporcional?
15. ¿Qué elemento contiene un regulador integral en el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional?
16. ¿Qué elemento contiene un regulador integral en el circuito de entrada de un amplificador operacional?
17. Dé la función de transferencia del regulador integral.
18. ¿Cuál es la pendiente de la respuesta de frecuencia de amplitud logarítmica de un regulador integral?
19. ¿Cuál es la respuesta de frecuencia de fase de un regulador integral?
20. ¿Qué elementos contiene el circuito de retroalimentación de un amplificador operacional?
21. ¿Qué elemento contiene el circuito de entrada del amplificador operacional del regulador integral proporcional?
22. Dé la función de transferencia de un controlador proporcional-integral.
23. ¿Qué elemento contiene el circuito de retroalimentación del amplificador operacional del regulador diferencial proporcional?
24. Dé la función de transferencia de un controlador diferencial proporcional.
25. ¿Bajo qué restricciones en los parámetros de un controlador proporcional-integral-derivativo se implementa en un solo amplificador operacional?
26. ¿Qué elementos contiene el circuito de entrada de un controlador proporcional-integral-derivativo basado en un único amplificador operacional?
27. ¿Qué elementos contiene el circuito de retroalimentación de un controlador proporcional-integral-derivativo basado en un único amplificador operacional?
Controladores de intensidad
Una unidad maestra típica en sistemas de control de accionamiento eléctrico y otros sistemas de automatización es integrador o controlador de intensidad(ZI). La tarea del SI es formar un cambio suave en la señal maestra al pasar de un nivel a otro, es decir, crear una subida y bajada lineal de la señal a la velocidad requerida. En estado estacionario, el voltaje en la salida del generador de intensidad es igual al voltaje en su entrada.
En la Fig. 4.8 presentado esquema estructural SI de integración única, que consta de tres amplificadores operacionales. Todos los amplificadores están conectados según un circuito con entrada inversora. Primer amplificador U1, operando sin retroalimentación, pero con limitación de voltaje de salida U 1, tiene una característica rectangular, que se muestra sin tener en cuenta la inversión del voltaje de salida en la Fig. 4.9, A. Segundo amplificador operacional U2 Funciona como un integrador con una tasa de integración constante.
(4.8)
La tasa de integración se puede ajustar cambiando Rin2. Tercer amplificador U3 genera voltaje de retroalimentación negativa
. (4.9)
Cuando se aplica un voltaje de referencia a la entrada U z el voltaje de salida aumenta linealmente según (4.8). En un momento en el tiempo t=tp, Cuando U з = - U os, la integración se detiene y la tensión de salida, como se indica en (4.9), alcanza el valor 
, permanece sin cambios más. Al eliminar el voltaje de configuración de la entrada ( U z = 0) se produce el proceso de reducción lineal del voltaje de salida a cero (Fig. 4.9, b).
La tasa de cambio del voltaje de salida de este dispositivo de protección, como se muestra en (4.8), puede cambiar cambiando el valor del voltaje tu 1, por ejemplo, seleccionando diodos Zener en el circuito de retroalimentación del amplificador. U1 con voltaje de estabilización igual al valor requerido tu 1, o cambiando el valor del producto R in2 C oc2.
En la Fig. 4.10, A Se muestra otro circuito de un SI de integración única, realizado sobre la base de un transistor bipolar conectado según un circuito con una base común. Este circuito utiliza las propiedades de un transistor ( t) como amplificador de corriente. Recarga de condensadores ( CON) siempre ocurre con una corriente de colector constante yo a, determinado por la corriente del emisor dada es decir. En este caso, la tasa de cambio de voltaje a lo largo del tiempo. estás fuera a la salida del ZI | duout/dt| = yo a/C. Características del control ZI. estás fuera = = pie) mostrado en la Fig. 4.10, b. La tasa de cambio de la señal de salida se puede ajustar cambiando el voltaje. U e, en proporción a la cual la corriente cambia es decir y, en consecuencia, la actual yo a, o cambiando la capacitancia del condensador. En estado estacionario, el capacitor siempre está cargado a voltaje. estás en. El puente rectificador asegura una dirección constante de la corriente del colector del transistor, independientemente del signo del voltaje. estás en. ZI se analizan en detalle en /1, 7/.
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Con qué finalidad se utilizan los controladores de intensidad en los circuitos de automatización?
2. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del generador de intensidad?
3. ¿Cuál es la ganancia estática del generador de intensidad?
4. ¿Cómo debería cambiar el voltaje en la salida de los controladores de intensidad de integración única durante los cambios escalonados? voltaje de entrada?
5. ¿A partir de qué amplificadores se construyen los controladores de intensidad integrados?
6. ¿Cuántos amplificadores operacionales, conectados a través de la entrada inversa, se necesitan para implementar un generador de intensidad integrador de una sola vez?
7. Indique el propósito de cada uno de los tres amplificadores operacionales en un circuito controlador de intensidad de integración única típico fabricado en microcircuitos.
8. ¿Qué parámetros afectan la tasa de cambio del voltaje de salida de un generador de intensidad de integración única en tres amplificadores operacionales?
9. ¿Cómo se logra un cambio lineal en el voltaje a través del capacitor en el circuito de un controlador de intensidad de transistor integrador único?
10. ¿Qué parámetros afectan la tasa de cambio del voltaje de salida de un controlador de intensidad de transistor integrador único?
Elementos coincidentes
Los elementos funcionales dentro de los sistemas de control pueden ser heterogéneos en tipo de señal, tipo de corriente, resistencia y potencia, y otros indicadores. Por tanto, al conectar elementos surge la tarea de coordinar sus características. Este problema se resuelve haciendo coincidir elementos. Este grupo de elementos incluye detectores de fase que se adaptan al tipo de corriente, convertidores digital a analógico y analógico a digital que se adaptan al tipo de señal, seguidores de emisor, resistencias de entrada y salida coincidentes, amplificadores de potencia, separadores galvánicos y otros elementos. . La función de coordinación también puede ser desempeñada por elementos normalmente destinados a otros fines. Por ejemplo, el amplificador operacional analizado en la sección 4.1 resulta ser un seguidor de emisor en relación con una entrada no inversora cuando el voltaje de salida se conecta a la entrada invertida.
Para la separación galvánica se puede utilizar, por ejemplo, un sensor de tensión de transformador. Tales elementos y similares son obvios o conocidos y no serán considerados.
Consideremos elementos de coincidencia estándar más complejos.
detector de fase(PD) ha recibido otros nombres en la literatura científica y técnica: amplificador sensible a la fase, rectificador sensible a la fase, discriminador de fase, demodulador.
El propósito del FD es convertir el voltaje de entrada corriente alterna U en Tensión de salida CC Estás fuera, cuya polaridad y amplitud dependen de la fase del voltaje de entrada j. Por tanto, el PD tiene dos coordenadas de entrada: la amplitud del voltaje de entrada U en metros y fase de voltaje de entrada j y una coordenada de salida: el valor promedio del voltaje de salida Estás fuera. Hay dos modos de funcionamiento de PD: modo de amplitud, cuando la fase del voltaje de entrada permanece constante, tomando uno de dos valores 0 o pag, U en metros=var y Estás fuera = f(U en m); modo de fase cuando U en= constante, j=var y Estás fuera = f(j).
En modo de amplitud, el PD se utiliza como convertidor de una señal de discordancia de CA en una señal de control en servoaccionamientos de CC, como convertidor de la señal de salida de un tacogenerador de CA, etc. En modo de fase, PD se utiliza en sistemas de control en los que la variable controlada y de control es una fase que varía suavemente.
Al detector de fase, por regla general, no se le asigna la función de amplificación de voltaje.
Por tanto, la ganancia de PD es cercana a la unidad. En la Fig. 4.11 se muestra esquema de diseño sustitución de la DP de onda completa. El circuito corresponde a un circuito de rectificación cero, en el que las válvulas se sustituyen por interruptores funcionales. K1 Y K2. Resistencia de carga RN, en el que se asigna el voltaje de salida, conecta los puntos medios A, 0 Claves y fuentes de control de los campos electromagnéticos. e y. La resistencia interna de la fuente EMF de control se introduce en cada circuito. R y. El estado de las llaves está controlado por la EMF de referencia. y op de acuerdo con el algoritmo: para e op > 0 K1 incluido, es decir,
 |
función de conmutación y k1= 1,a K2 desactivado, es decir, su función de conmutación y k2 = 0. Para y op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Este algoritmo se puede representar mediante las fórmulas
y a 1 = (1+signo e op) /2; y a 2 = (1- signo e op) /2 . (4.10)
Obviamente, con cerrado K1 fem de salida e fuera entre puntos A, 0 igual a e y, y cuando está cerrado K2 e fuera = - e y, eso es
e fuera = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Sustituyendo (4.10) en (4.11) se obtiene
e out = e y signo e op . (4.12)
El diagrama de cambios en la FEM de salida correspondiente a los algoritmos (4.11) y (4.12) se muestra en la Figura 4.12.
e op = E op m senwt Y e y = E y m pecado(peso - j),
Dónde mi op m,E y m- valores de amplitud de la FEM de referencia y de la FEM de control; w es la frecuencia angular de la FEM de referencia y la FEM de control, luego el valor promedio de la FEM de salida rectificada
. (4.13)
Porque E y m = k p U en m, voltaje de salida promedio 
, luego teniendo en cuenta (4.13)
, (4.14)
Dónde k p- coeficiente de transferencia del voltaje de entrada al EMF de control. Está determinado por las características de un diagrama de circuito PD específico.
Para j= constante = 0 o j= constante = pag Existe un modo de funcionamiento de amplitud del PD, cuya característica de control es sencilla:
U salida = k FD U entrada,
donde, teniendo en cuenta (4.14), la ganancia de PD en el modo de amplitud
.
En j= 0 valores de voltaje de salida Estás fuera son positivos y cuando j = pag Los valores de voltaje de salida son negativos.
Para U en= constante y j= var hay un modo de fase del PD, para el cual la característica de control tiene la forma
U salida = k " FD cosj = k "FD sinj",
Dónde j " = p/2 - j, y el coeficiente de transmisión de PD en modo fase teniendo en cuenta (4.14)
;
en pequeño j" característica de control
Funcionamiento de los PD, sus características y diagramas de circuito discutido en /1/.
Convertidores digitales a analógicos(CAD). El convertidor une la parte digital del sistema de control con la analógica. La coordenada de entrada del DAC es un número binario de varios bits. Un n = un n -1 …a i …a 1 a 0, y la coordenada de salida es voltaje Estás fuera, generado en base al voltaje de referencia U op(Figura 4.13).
Los circuitos DAC se construyen sobre la base de una matriz de resistencias, con la ayuda de la cual se suman corrientes o voltajes para que el voltaje de salida sea proporcional al número de entrada. El DAC consta de tres partes principales: una matriz de resistencias, interruptores electrónicos controlados por el número de entrada y un amplificador sumador que genera el voltaje de salida. En la Fig. 4.14 se da circuito simple DAC no reversible. Cada dígito del número binario de entrada Un corresponde a la resistencia
R yo = R 0 / 2 yo, (4.15)
Dónde R0- resistencia de orden bajo.
Resistor ri Se conecta a una fuente de alimentación con un voltaje de referencia. U op mediante llave electrónica k yo, que está cerrado a las un yo=1 y abierto en un yo= 0. Obviamente, dependiendo del valor un yo resistencia del circuito de entrada para i- La categoría a tener en cuenta (4.15) vendrá determinada por la expresión
R yo = R 0 /(2 yo yo). (4.16)
Entonces para y yo= 0, es decir, el circuito está roto, y para un yo=1 circuito está encendido y tiene resistencia R 0 /2 yo .
En el diagrama de la Fig. 4.14 amplificador operacional Ud. suma las corrientes de entrada y su voltaje de salida, teniendo en cuenta la notación y expresión del circuito (4.16)
Expresión (4.17) de la forma U fuera = f(A n)- Esta es la característica de control del DAC. Tiene forma escalonada con una discreción de voltaje correspondiente a la unidad menos significativa,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Magnitud ΔU 0 es al mismo tiempo el coeficiente de transferencia promedio del DAC k CAD.
Conversor analógico a digital(ADC) resuelve el problema inverso: convierte un voltaje de entrada continuo en un número, por ejemplo, binario. Cada número binario de varios bits de salida yo Corresponde al rango de cambios de voltaje de entrada:
, (4.18)
Dónde U ei = ΔU 0 yo- valor de referencia de la tensión de salida correspondiente al número binario de salida yo; ΔU 0- discreción de la tensión de salida, correspondiente a la unidad del dígito menos significativo del número de salida.
En norte ADC de bits, el número total de niveles de voltaje de entrada de referencia distintos de cero que difieren entre sí en ΔU 0, igual al número decimal de salida máximo norte=2 norte - 1. Desde cada nivel U e i, según (4.18), lleva información sobre el número, luego en el funcionamiento del ADC podemos distinguir las operaciones principales: comparación de los voltajes de entrada y de referencia, determinación del número de nivel, generación del número de salida en un código dado . La ganancia promedio del ADC se define como el recíproco de la ganancia del DAC correspondiente:
k CAD = 1 / ΔU 0.
Entonces la ecuación para la característica de control del ADC se puede escribir como
La característica de control del ADC tiene una forma escalonada.
Los circuitos de implementación de ADC se pueden dividir en dos tipos principales: acción paralela y acción secuencial.
La principal ventaja de un ADC paralelo es su alto rendimiento. La conversión del voltaje de entrada analógica a un número decimal de varios dígitos se produce en solo dos ciclos de reloj. elementos digitales esquema. La principal desventaja de tales ADC es Número grande comparadores analógicos y flip-flops en el circuito, igual a 2 norte - 1, lo que hace que los ADC paralelos de varios bits sean prohibitivamente caros.
En un ADC en serie se requieren costes de hardware significativamente más bajos. En la Fig. La Figura 4.15 muestra un circuito ADC de seguimiento que pertenece al grupo de circuitos secuenciales. El diagrama utiliza símbolos no mencionados anteriormente: GTI- generador de impulsos de reloj, SR- contador inverso, A- comparador, R- registro de salida. Designaciones de elementos lógicos. Y,O NO generalmente aceptado.
Comparación U en Y U e realizado en un comparador analógico combinado con dos salidas: “más que” (>) y “menos que” (<). ЕслиU en - U e >ΔU 0/ 2, entonces aparece una única señal en la salida >, y el elemento Y 1 conduce pulsos de reloj a la entrada sumadora (+1) del contador ascendente/descendente SR. El número de producción está creciendo SR, y aumenta en consecuencia U uh, DAC generado. Si U en - U e < ΔU 0 /2 , entonces aparece una única señal en la salida< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент Y 2 pasar a la entrada de resta (-1) del contador SR Y U e disminuye. Cuando la condición | U en - U e | = ΔU 0 /2 en ambas salidas A Las señales cero y los elementos están resaltados. Y 1 Y Y 2 están bloqueados para los pulsos del reloj. El contador deja de contar y el número que permanece sin cambios en su salida aparece en la salida del registro. r. El permiso para escribir un número en un registro se otorga mediante una señal de un solo elemento. O-NO, incluido en dos salidas A. Considerando este esquema en relación con U en Y U uh, Se puede establecer que el ADC es un sistema de control cerrado a lo largo de la coordenada de salida con un controlador. A acción de relevo. El sistema monitorea el cambio en el voltaje de entrada con una precisión en estado estable de ± U 0/2 y genera un número correspondiente a la salida digital U adentro. Un ADC de seguimiento puede convertir rápidamente sólo un cambio bastante lento en el voltaje de entrada.
La principal desventaja del ADC considerado es su bajo rendimiento. En el caso más desfavorable, cuando la tensión máxima en la entrada se establece bruscamente, será necesario producir el valor de salida correspondiente en un código digital. 2 norte - 1 late Algunos circuitos DAC y ADC y su funcionamiento se analizan en /1/.
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Por qué se utilizan elementos coincidentes en los sistemas de automatización?
2. ¿Qué transformación realiza un detector de fase?
3. ¿En qué modos puede funcionar el detector de fase?
4. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada del detector de fase?
5. ¿Cuál es la coordenada de salida de un detector de fase?
6. ¿Cuál es el modo de funcionamiento de amplitud de un detector de fase?
7. ¿Cuál es el modo de funcionamiento de fase de un detector de fase?
8. ¿Para qué se pueden utilizar los detectores de fase en los sistemas de automatización?
9. Dé la fórmula para las características de control de un detector de fase que funciona en modo de amplitud.
10. ¿Qué conversión realiza un conversor digital a analógico?
11. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida de un convertidor digital a analógico?
12. ¿Cuáles son las partes principales de un circuito convertidor de digital a analógico?
13. Dé fórmulas para calcular las características de control de un convertidor digital a analógico y su coeficiente de transmisión promedio.
14. ¿Qué tipo de característica de control tiene un convertidor digital a analógico?
15. ¿Qué conversión realiza un convertidor analógico a digital?
16. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida de un convertidor analógico a digital?
17. Dé fórmulas para calcular las características de control de un convertidor analógico a digital y su coeficiente de transmisión promedio.
18. ¿Qué tipos de convertidores analógicos a digitales existen?
19. ¿Cuáles son las principales ventajas y desventajas de los convertidores analógicos a digitales en paralelo?
20. ¿Cuáles son las principales ventajas y desventajas de los convertidores analógico-digitales en serie?
21. ¿Por qué se utiliza un convertidor de digital a analógico en un circuito de seguimiento de convertidor de analógico a digital?
22. ¿Cuál es el error de conversión absoluto máximo en estado estacionario de un convertidor analógico a digital de seguimiento?
SENSORES
Preguntas de autoevaluación
1. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del sensor de ángulo de rotación?
2. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del sensor de ángulo de desalineación?
3. ¿En qué sistemas se pueden utilizar sensores de ángulo y sensores de error?
4. ¿Cuántos devanados y dónde lo tiene el sincro de contacto trifásico?
5. ¿Cuáles son las coordenadas de entrada y salida del selsyn?
6. ¿En qué modos puede funcionar el selsyn?
7. ¿Cuál es el modo de funcionamiento de amplitud de un sincronizador?
8. ¿Cuál es el modo de operación de fase de un selsyn?
9. Dé una fórmula para calcular las características de control de un sincronizador en modo de funcionamiento de amplitud.
10. Dé una fórmula para calcular las características de control de un sincronizador en el modo de operación por fases.
11. ¿Qué factores determinan los errores estáticos de un sincronizador que distorsionan sus características de control?
12. ¿Qué causa el error de velocidad del sensor de ángulo giratorio basado en Selsyn?
13. ¿En qué modo funcionan el sensor Selsyn y el receptor Selsyn en el circuito del sensor de ángulo de desajuste si el valor de amplitud de la FEM del rotor del receptor Selsyn y la fase de esta FEM se utilizan como coordenadas de salida?
14. Proporcione una fórmula para calcular las características de control de un sensor de desajuste basado en dos sincronizadores que funcionan en modo transformador.
15. ¿Cuáles son las principales desventajas de los sensores de ángulo giratorio basados en Selsyn?
16. ¿Con qué finalidad se utilizan engranajes de medición reductores en la entrada de los sensores del ángulo de rotación?
17. ¿Con qué finalidad se utilizan engranajes de medición elevadores en la entrada de los sensores del ángulo de rotación?
18. ¿Cómo cambia el error de medición del ángulo cuando se utilizan engranajes de medición reductores?
19. ¿Cuándo es apropiado utilizar sensores de ángulo discretos?
20. ¿Cuáles son los principales elementos presentes en el diseño de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco codificado?
21. ¿Por qué la característica de control de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco codificado tiene un carácter escalonado?
22. Dé una fórmula para calcular el intervalo discreto de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco de código.
23. Dé una fórmula para calcular el error absoluto de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco de código.
24. ¿Con qué medidas de diseño se puede aumentar la capacidad de bits de un sensor de ángulo de rotación digital basado en un disco codificado?
Sensores de velocidad angular
tacogenerador CC representa coche eléctrico CC con excitación independiente o imanes permanentes (Fig. 5.6). Coordenada de entrada TG - velocidad angular w, tensión de salida Estás fuera, asignado a la resistencia de carga.
mi tg = kФw = I(R tg + R n),
Coeficiente de transferencia TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- constante constructiva; F- flujo de excitación magnética; Rtg- resistencia del devanado del inducido y del contacto de las escobillas.
 |
El coeficiente de transferencia del TG, estrictamente hablando, no permanece constante cuando cambia la velocidad debido a la no linealidad de la resistencia de contacto de las escobillas y la reacción del inducido. Por tanto, se observa una cierta no linealidad en la característica de control en zonas de baja y alta velocidad (Fig. 5.6, b). La no linealidad en la zona de baja velocidad se reduce mediante el uso de escobillas metalizadas con una baja caída de voltaje. La no linealidad de la característica debida a la reacción del inducido se reduce limitando la velocidad desde arriba y aumentando la resistencia de la carga. Al realizar estas actividades, las características de control del TG pueden considerarse casi sencillas.
28. Reguladores de Suim.
1. Reguladores analógicos de clase “entrada-salida” basados en amplificadores operacionales
Independientemente de la finalidad tecnológica de los reguladores, todos se dividen en 2 grandes clases:
Controladores paramétricos de clase “entrada/salida” (controladores P, PI, PID, etc.);
Reguladores estatales de la ACS (aperiódicos, modales, etc.).
La primera clase de reguladores en los diagramas funcionales del sistema de control ES se denomina función de transición.
1. Controlador proporcional (controlador P).
El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig. 4.19.
Supondremos que en la entrada del controlador hay una señal de error de control. X y en X en = X h - X os. Además, en lugar de dos resistencias R Z y R Se utiliza un sistema operativo: R aporte
Ud. afuera ( t)=A registro X en( t).
2. Regulador integral (regulador I).
El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig. 4.22.
Arroz. 4.22. Diagrama esquemático de un regulador integrado.
Función de transferencia del controlador
Dónde t t Y = R VX CON 0 .
Características de sincronización del regulador:
Ud. afuera ( t)=Ud. fuera (0)+ 1/ ( R VX CON 0)X en( t)t.
PAG 
proceso transitorio en el controlador en condiciones iniciales cero ( Ud. La salida (0)=0) tendrá la forma que se muestra en la Fig. 4.23.
El diagrama funcional del regulador integrado se muestra en la Fig. 4.24.
3. Regulador diferencial (regulador D).
El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig. 4.25.
Función de transferencia del controlador
Dónde t D es la constante de tiempo del integrador, t re = R 0 CON VH.
Características de sincronización del regulador:
Ud. afuera ( t)=t D (t),
Dónde (t) es la función delta de Dirac.
El proceso transitorio en el regulador tendrá la forma que se muestra en la Fig. 4.26.
CON 
Cabe señalar que el ancho de banda de frecuencia limitado de los propios amplificadores operacionales no permite realizar una diferenciación pura (ideal). Además, debido a la baja inmunidad al ruido de los reguladores diferenciales, se ha desarrollado la práctica de utilizar enlaces diferenciadores reales y los diagramas de circuito de dichos reguladores son algo diferentes de los que se muestran en la Fig. 4.25.
El diagrama funcional del regulador diferencial se muestra en la Fig. 4.27.
4. Controlador proporcional-integral (controlador PI).
El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig. 4.28.
Función de transferencia del controlador
Dónde k REG - coeficiente de transmisión del regulador, k REG = R 0 /R VX;
t¿Y es la constante de tiempo del integrador? t Y = R VX CON 0 .
Características de sincronización del regulador:
Ud. afuera ( t)=Ud. fuera (0) + ( k registro + t/ ( R VX CON 0))X en( t).
El proceso transitorio en el controlador en condiciones iniciales cero tendrá la forma que se muestra en la Fig. 4.29.
La función de transferencia de un controlador proporcional-integral a menudo no se presenta como una suma de dos términos, sino como un llamado vínculo isodrómico.
, (4.53)
Dónde t IZ es la constante de tiempo del enlace isodrómico, t DE = R 0 C 0 ,
t¿Y es constante el tiempo de integración del controlador? t Y = R VX C 0 .
El controlador PI incluido en la estructura ACS proporciona compensación por una constante de tiempo grande del objeto de control (ver Sección 8.1).
Controlador diferencial proporcional (controlador PD) El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig. 4.31.
Dónde k k REG = R 0 /R VX;
t D es la constante de tiempo del integrador, t re = R 0 CON VH.
Características de sincronización del regulador:
Ud. afuera ( t)= k registro X en( t) +t D (t),
Dónde (t) es la función delta de Dirac.
PAG 
El proceso transitorio en el controlador PD tendrá la forma que se muestra en la Fig. 4.32, el diagrama funcional del regulador se muestra en la Fig. 4.33.
Arroz. 4.32. Proceso transitorio en el controlador PD
6. Controlador proporcional-integral-derivativo (PID)
regulador)
El diagrama esquemático del regulador se muestra en la Fig. 4.34.
Función de transferencia del controlador
Dónde k REG - coeficiente de transmisión del regulador, k REG = R 0 /R VX + C VX / CON 0 ;
t¿Y el tiempo de integración es constante? t Y = R VX CON 0 ;
t D - constante de tiempo de diferenciación, t re = R 0 CON VH.
Características de sincronización del regulador:
Ud. afuera ( t)=Ud. fuera (0) + k registro X en( t) + (1/t Y PAG) X en( t) + t D (t),
Dónde (t) es la función delta de Dirac.
El proceso transitorio en el regulador tendrá la forma que se muestra en la Fig. 4.35, el diagrama funcional se muestra en la Fig. 4.36.
Por analogía con un controlador PI, el MM de un controlador PID a menudo se representa como un enlace isodrómico de segundo orden.
, (4.56)
Dónde t IZ,1 , t IZ,2 - constantes de tiempo del enlace isodrómico; t IZ,1 = R 0 CON 0 ,t IZ,2 = =R aporte CON aporte
El controlador PID proporciona compensación por dos grandes constantes de tiempo del objeto de control, asegurando la intensidad de los procesos dinámicos en el ACS.