Galvenie regulatoru veidi, ko izmanto vadības sistēmās urbšanas iekārtu izpildmehānismu elektriskajām piedziņām
Analogie regulatori elektrisko piedziņu vergu vadības sistēmās ir veidoti, pamatojoties uz darbības pastiprinātājiem (operatīvajiem pastiprinātājiem) - līdzstrāvas pastiprinātājiem ar lielu ieeju un ļoti zemu izejas pretestību. Integrētās shēmas tehnoloģija tagad ļauj ražot augstas kvalitātes un lētus darbības pastiprinātājus. Dažās darbības diapazona daļā op-amp darbojas kā lineārs sprieguma pastiprinātājs ar ļoti lielu pastiprinājumu (10 5 - 10 6). Ja op-amp ķēde nesniedz negatīvu atgriezenisko saiti no izejas uz ieeju, tad lielā pastiprinājuma dēļ tā noteikti nonāks piesātinājuma režīmā. Tāpēc uz op-amp balstītām regulatoru shēmām ir negatīva atgriezeniskā saite.
Operacionālais pastiprinātājs savu nosaukumu ieguvis tāpēc, ka ar to var veikt dažādas matemātiskas darbības, piemēram, reizināšanu, summēšanu, integrāciju un diferenciāciju. Tipiski regulatori ir veidoti uz invertējošā pastiprinātāja bāzes, un ieejas un izejas ķēdēs papildus pretestībām var būt arī kondensatori.
Tā kā op-amp pastiprinājums ir liels (Ku= = 10 5 +10 6), un izejas spriegumu Uvy ierobežo barošanas spriegums PROCESORS, tad punkta potenciāls A(1. att., a) cpA = = uout/Ku ir tuvu nullei, t.i. punkts A veic šķietamās zemes funkciju (sazemē punktu A tas nav iespējams, pretējā gadījumā ķēde nedarbosies).
Rīsi. 1. Analogā regulatora uzbūve uz operacionālā pastiprinātāja (a). Proporcionālā regulatora ķēde ar kontrolētu izejas signāla ierobežojumu (b). Ieejas-izejas regulatora raksturojums ar kontrolētu izejas signāla ierobežojumu (c)
Dažādu veidu regulatoru shēmas, pārvades funkcijas un pārejas funkcijas ir dotas tabulā.
Dažādu veidu regulatoru ķēdes un dinamiskie raksturlielumi
Lai iegūtu proporcionālo kontrolieri (P-regulatoru), rezistori ir iekļauti op-amp ieejā un atgriezeniskās saites ķēdē; Integrētais regulators (I-regulators) ietver rezistoru ievades ķēdē un kondensatoru atgriezeniskās saites ķēdē; PI kontrolleris satur rezistoru ievades ķēdē un virknē savienotu rezistoru un kondensatoru atgriezeniskās saites ķēdē. PID regulatoru var ieviest vienā pastiprinātājā, izmantojot aktīvās-kapacitatīvās ķēdes ieejā un atgriezeniskās saites ķēdē.
Ražo rūpniecība Dažādi veidi operacionālie pastiprinātāji uz integrālajām shēmām (IC) - gan apaļi, gan taisnstūrveida. Visplašāk izmantotie darbības pastiprinātāju veidi regulatoru konstruēšanai ir K140UD7, K553UD2, K157UD2 utt.
Ir iespējams samazināt elektrisko piedziņu analogo vadības sistēmu ierīču izmērus un palielināt to uzticamību, ieviešot to ražošanā hibrīdtehnoloģiju. Hibrīda ražošanā integrālās shēmas(GIS) aktīvie elementi (OU) ir instalēti iespiedshēmas plate cietvielu (neiesaiņotā) konstrukcijā, un kondensatori un rezistori - izmantojot plēves tehnoloģiju metodi (vadošu, pusvadošu un nevadošu materiālu izsmidzināšanas plēves). Iegūto moduli var piepildīt ar maisījumu vai ievietot korpusā.
Elektriskās piedziņas koordinātu ierobežošana (strāva, ātrums utt.) tiek veikta, iekļaujot ierobežojošās vienības ārējās vadības cilpas regulatora struktūrā. Pēdējais var būt kontrolējams vai nekontrolējams. attēlā, 6
parādīta ķēde proporcionālā regulatora izejas sprieguma ierobežošanai ar atslēgšanas diodēm VD1, VD2 un kontrolētu atsauces spriegumu Vop. Shēma ļauj iegūt ieejas-izejas raksturlielumu, kas ir asimetrisks attiecībā pret koordinātu izcelsmi ar dažādiem ierobežota izejas sprieguma līmeņiem (Zīm.) Iespējamas arī citas op-amp izejas sprieguma vadāmu ierobežošanas ķēžu iespējas, izmantojot tranzistorus.
Vēl nesen sadzīves urbšanas iekārtu izpildmehānismu automatizētajā elektriskajā piedziņā galvenokārt tika izmantota analogā datortehnoloģija. Aiz muguras pēdējie gadi Vairākas projektēšanas un pētniecības organizācijas strādā pie mikroprocesoru vadības sistēmu izveides. Salīdzinot ar analogajām sistēmām, mikroprocesoru sistēmām ir vairākas priekšrocības. Atzīmēsim dažus no tiem.
Elastīgums. Iespēja, pārprogrammējot, mainīt ne tikai vadības sistēmas parametrus, bet arī algoritmus un pat struktūru. Tajā pašā laikā sistēmas aparatūra paliek nemainīga. Analogajās sistēmās aparatūra būtu jāpārkārto. Mikrodatoru programmatūra ir viegli pielāgojama gan pirmspalaišanas periodā, gan to darbības laikā. Pateicoties tam, tiek samazinātas regulēšanas darbu izmaksas un laiks, kā arī mainās to raksturs, jo nepieciešamos eksperimentus raksturlielumu un parametru noteikšanai, kā arī regulatoru iestatīšanu var veikt automātiski pats mikrodators, izmantojot iepriekš sagatavotu programmu. .
Visu ierobežojumu noņemšana par vadības ierīces uzbūvi un vadības likumiem. Tajā pašā laikā digitālo sistēmu kvalitātes rādītāji var ievērojami pārsniegt nepārtrauktas kontroles sistēmu vadības kvalitātes rādītājus. Ieviešot atbilstošas programmas, var ieviest sarežģītus kontroles likumus (optimizācija, adaptācija, prognozēšana u.c.), arī tādus, kurus ir ļoti grūti īstenot ar analogiem līdzekļiem. Kļūst iespējams risināt intelektuālas problēmas, kas nodrošina tehnoloģisko procesu pareizību un efektivitāti. Uz mikrodatora bāzes var uzbūvēt jebkura veida sistēmas, tai skaitā sistēmas ar pakārtotu vadību, daudzdimensiju sistēmas ar šķērssavienojumiem utt.
Pašdiagnostika un pašpārbaude digitālās vadības ierīces. Iespēja pārbaudīt mehānisko piedziņas komponentu, jaudas pārveidotāju, sensoru un citu iekārtu darbspēju procesa pārtraukumos, t.i. automātiska iekārtu stāvokļa diagnostika un savlaicīga brīdināšana par negadījumiem. Šīs iespējas papildina uzlabotas prettraucējumu iespējas. Šeit galvenais ir analogās informācijas pārraides līniju nomaiņa ar digitālajām, kas satur galvanisko izolāciju, optisko šķiedru kanālus un trokšņu izturīgas integrālās shēmas kā pastiprinātājus un slēdžus.
Augstāka precizitāte nulles novirzes trūkuma dēļ, kas raksturīgs analogajām ierīcēm. Tādējādi digitālās elektriskās piedziņas ātruma kontroles sistēmas var nodrošināt vadības precizitātes pieaugumu par divām kārtām, salīdzinot ar analogajām.
Viegli vizualizēt vadības procesa parametrus, izmantojot digitālos indikatorus, indikatoru paneļus un displejus, organizējot interaktīvu informācijas apmaiņas režīmu ar operatoru.
Lielāka uzticamība, mazāki izmēri, svars un izmaksas. Mikrodatoru augsto uzticamību salīdzinājumā ar analogo tehnoloģiju nodrošina lielu integrālo shēmu (LSI) izmantošana, īpašu atmiņas aizsardzības sistēmu klātbūtne, trokšņu noturība un citi līdzekļi. Pateicoties augstajam LSI ražošanas tehnoloģijas līmenim, tiek samazinātas elektriskās piedziņas vadības sistēmu ražošanas izmaksas. Šīs priekšrocības ir īpaši acīmredzamas, izmantojot vienas plates un vienas mikroshēmas datorus.
Operacionālie pastiprinātāji ir viena no galvenajām mūsdienu analogo elektronisko ierīču sastāvdaļām. Pateicoties aprēķinu vienkāršībai un lieliskiem parametriem, darbības pastiprinātājus ir viegli lietot. Tos sauc arī par diferenciālajiem pastiprinātājiem, jo tie spēj pastiprināt ieejas spriegumu atšķirību.
Operacionālo pastiprinātāju izmantošana audio tehnoloģijās ir īpaši populāra, lai uzlabotu mūzikas skaļruņu skaņu.
Apzīmējums uz diagrammām
Parasti no pastiprinātāja korpusa iznāk piecas tapas, no kurām divas ir ieejas, viena ir izvade, bet atlikušās divas ir barošanas avots.
Darbības princips
Ir divi noteikumi, kas palīdzēs izprast operacionālā pastiprinātāja darbības principu:
- Operacionālā pastiprinātāja izejai ir tendence uz nulles sprieguma starpību ieejās.
- Pastiprinātāja ieejas nepatērē strāvu.
Pirmā ievade ir apzīmēta ar “+” un tiek saukta par neinvertējošu. Otrā ievade ir atzīmēta ar “–” zīmi un tiek uzskatīta par apgrieztu.
Pastiprinātāja ieejām ir augsta pretestība, ko sauc par pretestību. Tas nodrošina strāvas patēriņu vairāku nanoampēru ieejās. Pie ieejas tiek novērtēta sprieguma vērtība. Atkarībā no šī novērtējuma pastiprinātājs izdod pastiprinātu signālu.
Liela nozīme ir pieauguma koeficientam, kas dažkārt sasniedz miljonu. Tas nozīmē, ka, ja ieejai tiek pielikts vismaz 1 milivolts, tad izejas spriegums būs vienāds ar pastiprinātāja barošanas avota spriegumu. Tāpēc opamps netiek izmantots bez atgriezeniskās saites.
Pastiprinātāja ieejas darbojas pēc šāda principa: ja spriegums pie neinvertējošās ieejas ir lielāks par spriegumu pie invertējošās ieejas, tad izejai būs augstākais pozitīvais spriegums. Pretējā gadījumā produkcijai būs vislielākā negatīvā vērtība.
Negatīvs un pozitīvais spriegums operacionālā pastiprinātāja izejā ir iespējams, jo tiek izmantots barošanas avots ar dalītu bipolāru spriegumu.
Op amp jauda
Ja ņemat AA akumulatoru, tam ir divi stabi: pozitīvs un negatīvs. Ja negatīvo polu uzskata par nulles atskaites punktu, tad pozitīvais pols rādīs +1,5 V. To var redzēt no pieslēgtā.
Paņemiet divus elementus un savienojiet tos sērijveidā, iegūstat šādu attēlu.
Ja apakšējā akumulatora negatīvais pols tiek ņemts par nulles punktu un spriegums tiek mērīts augšējā akumulatora pozitīvā polā, ierīce rādīs +10 voltus.
Ja viduspunktu starp baterijām ņemam par nulli, mēs iegūstam bipolāru sprieguma avotu, jo ir pozitīvās un negatīvās polaritātes spriegums, kas ir vienāds ar attiecīgi +5 voltiem un -5 voltiem.
Ir vienkāršas dalītas barošanas shēmas, ko izmanto radioamatieru konstrukcijās.
Strāva ķēdei tiek piegādāta no mājsaimniecības tīkls. Transformators samazina strāvu līdz 30 voltiem. Sekundārajam tinumam vidū ir krāns, ar kura palīdzību izeja ir +15 V un -15 V rektificēts spriegums.
Šķirnes
Ir vairāki dažādas shēmas operacionālie pastiprinātāji, kurus ir vērts apsvērt sīkāk.
Invertējošais pastiprinātājs
Šī ir galvenā shēma. Šīs shēmas īpatnība ir tāda, ka opampus papildus pastiprināšanai raksturo fāzes maiņa. Burts "k" apzīmē pastiprinājuma parametru. Grafikā parādīts pastiprinātāja efekts šajā shēmā.
Zilā krāsa apzīmē ieejas signālu un sarkanā krāsa apzīmē izejas signālu. Pastiprinājums šajā gadījumā ir vienāds ar: k = 2. Izejas signāla amplitūda ir 2 reizes lielāka par ieejas signālu. Pastiprinātāja izeja ir apgriezta, tāpēc arī tā nosaukums. Invertējošajiem darbības pastiprinātājiem ir vienkārša shēma:
Šie darbības pastiprinātāji ir kļuvuši populāri to vienkāršā dizaina dēļ. Lai aprēķinātu pieaugumu, izmantojiet formulu:
Tas parāda, ka op-amp pastiprinājums nav atkarīgs no pretestības R3, tāpēc jūs varat iztikt bez tā. Šeit to izmanto aizsardzībai.
Neinvertējošie darbības pastiprinātāji
Šī shēma ir līdzīga iepriekšējai, atšķirība ir signāla inversijas (inversijas) neesamība. Tas nozīmē signāla fāzes saglabāšanu. Grafikā parādīts pastiprināts signāls.
Neinvertējošā pastiprinātāja pastiprinājums ir arī vienāds ar: k = 2. Signāls sinusoīda formā tiek piegādāts ieejā tikai tā amplitūda ir mainījusies;
Šī shēma ir ne mazāk vienkārša kā iepriekšējā, tai ir divas pretestības. Pie ieejas signāls tiek pievadīts pozitīvajam spailei. Lai aprēķinātu pieaugumu, jums jāizmanto formula:
Tas parāda, ka pastiprinājums nekad nav mazāks par vienotību, jo signāls netiek nomākts.
Atņemšanas ķēde
Šī shēma ļauj izveidot atšķirību starp diviem ieejas signāliem, kurus var pastiprināt. Grafikā parādīts diferenciālās shēmas darbības princips.
Šo pastiprinātāja ķēdi sauc arī par atņemšanas ķēdi.
Tam ir sarežģītāks dizains, atšķirībā no iepriekš apspriestajām shēmām. Lai aprēķinātu izejas spriegumu, izmantojiet formulu:
Izteiksmes kreisā puse (R3/R1) nosaka pastiprinājumu, bet labā puse (Ua – Ub) ir sprieguma starpība.
Papildinājuma ķēde
Šo shēmu sauc par integrēto pastiprinātāju. Tas ir pretējs atņemšanas shēmai. Tās īpašā iezīme ir spēja apstrādāt vairāk nekā divus signālus. Visi skaņas mikseri darbojas pēc šī principa.
Šī diagramma parāda spēju summēt vairākus signālus. Lai aprēķinātu spriegumu, tiek izmantota formula:
Integratora shēma
Ja ķēdei pievienojat atgriezeniskās saites kondensatoru, jūs iegūsit integratoru. Šī ir vēl viena ierīce, kas izmanto darbības pastiprinātājus.
Integratora shēma ir līdzīga invertējošajam pastiprinātājam, un atgriezeniskajai saitei ir pievienota kapacitāte. Tas noved pie sistēmas darbības atkarības no ieejas signāla frekvences.
Integratoram ir raksturīga interesanta pārejas starp signāliem iezīme: vispirms taisnstūrveida signāls tiek pārveidots par trīsstūrveida signālu, pēc tam tas pārvēršas sinusoidālā. Ieguvumu aprēķina pēc formulas:
Šajā formulā mainīgais ω = 2 π f palielinās, palielinoties frekvencei, tāpēc, jo augstāka ir frekvence, jo mazāks pastiprinājums. Tāpēc integrators var darboties kā aktīvs zemas caurlaidības filtrs.
Diferenciatora ķēde
Šajā shēmā notiek pretēja situācija. Pie ieejas ir pievienota kapacitāte, un atgriezeniskā saite ir pievienota pretestība.
Spriežot pēc ķēdes nosaukuma, tās darbības princips slēpjas atšķirībā. Jo ātrāk mainās signāls, jo lielāks pastiprinājums. Šī opcija ļauj izveidot aktīvos filtrus augstām frekvencēm. Diferenciatora ieguvumu aprēķina, izmantojot formulu:
Šī izteiksme ir integratora izteiksmes apgrieztā vērtība. Ieguvums palielinās negatīvā puse ar pieaugošu biežumu.
Analogais salīdzinājums
Salīdzinājuma ierīce salīdzina divas sprieguma vērtības un virza signālu uz zemu vai augstu izejas vērtību atkarībā no sprieguma stāvokļa. Šī sistēma ietver digitālo un analogo elektroniku.
Šīs sistēmas īpatnība ir atgriezeniskās saites trūkums galvenajā versijā. Tas nozīmē, ka cilpas pretestība ir ļoti augsta.
Signāls tiek piegādāts uz pozitīvo ieeju, un galvenais spriegums, kas tiek iestatīts ar potenciometru, tiek piegādāts uz negatīvo ieeju. Tā kā nav atgriezeniskās saites, pieaugums mēdz sasniegt bezgalību.
Kad spriegums pie ieejas pārsniedz galvenā atsauces sprieguma vērtību, izeja saņem augstāko spriegumu, kas ir vienāds ar pozitīvo barošanas spriegumu. Ja ieejas spriegums ir mazāks par atsauces spriegumu, izejas vērtība būs negatīvs spriegums, kas vienāds ar strāvas avota spriegumu.
Analogā salīdzinājuma ķēdē ir ievērojams trūkums. Kad sprieguma vērtības abās ieejās tuvojas viena otrai, izejas spriegums var bieži mainīties, kas parasti izraisa izlaidumus un darbības traucējumus relejā. Tas var izraisīt iekārtas darbības traucējumus. Lai atrisinātu šo problēmu, tiek izmantota ķēde ar histerēzi.
Analogais komparators ar histerēzi
Attēlā parādīta shēmas c darbības shēma, kas ir līdzīga iepriekšējai ķēdei. Atšķirība ir tāda, ka izslēgšana un ieslēgšana nenotiek pie viena sprieguma.
Bultiņu virziens diagrammā norāda virzienu, kurā kustas histerēze. Pārbaudot grafiku no kreisās puses uz labo, ir skaidrs, ka pāreja uz zemāku līmeni notiek pie sprieguma Uph, un, virzoties no labās puses uz kreiso, izejas spriegums sasniedz augstākais līmenis pie sprieguma Upl.
Šis darbības princips noved pie tā, ka pie vienādām ieejas spriegumu vērtībām stāvoklis pie izejas nemainās, jo izmaiņām ir nepieciešama ievērojama sprieguma starpība.
Šī ķēdes darbība rada zināmu sistēmas inerci, taču tā ir drošāka, atšķirībā no ķēdes bez histerēzes. Parasti šis darbības princips tiek izmantots apkures ierīces ar termostatu: plītis, gludekļi utt. Attēlā parādīta pastiprinātāja ķēde ar histerēzi.
Spriegumi tiek aprēķināti pēc šādām atkarībām:
Sprieguma atkārtotāji
Sprieguma sekotāju ķēdēs bieži izmanto darbības pastiprinātājus. Šo ierīču galvenā iezīme ir tāda, ka tās nepastiprina vai vājina signālu, tas ir, pastiprinājums šajā gadījumā ir vienāds ar vienotību. Šī funkcija ir saistīta ar faktu, ka atgriezeniskās saites cilpas pretestība ir vienāda ar nulli.
Šādas sprieguma sekotāju sistēmas visbiežāk izmanto kā buferi, lai palielinātu slodzes strāvu un ierīces veiktspēju. Tā kā ieejas strāva ir tuvu nullei un izejas strāva ir atkarīga no pastiprinātāja veida, ir iespējams izlādēt vāju signāla avotus, piemēram, dažus sensorus.
Lai vienkāršotu darbības pastiprinātāju strāvas regulatora konstruēšanas procesu, mēs pārveidojam tā PF (8) šādi:
(8")
Pirmais termins (8") ir izodromisko un aperiodisko saišu reizinājums, otrais ir aperiodiskā saite, trešais ir inerciālā diferencējošā saite. No Elektronikas kursa jūs zināt, kā šīs saites montēt uz darbības pastiprinātājiem.
10. attēls. Strāvas regulators uz darbības pastiprinātājiem
Ķēde, kā redzams, sastāv no trim paralēliem atzariem, kurus aizver izejas uz operacionālā pastiprinātāja invertējošā summa, tātad izejas signāls u 2
tiks apgriezts attiecībā pret ievadi u 1
. Ja nepieciešams apstiprinājums u 1
Un u 2
Pie summatora izejas būs nepieciešams uzstādīt papildu invertoru. Šis paņēmiens tika izmantots ķēdes vidējā atzarā, jo aperiodiskā saite ir veidota uz invertējoša darbības pastiprinātāja. Augšējā filiāle ir atbildīga par PF 
. Izodromisko un aperiodisko saišu reizinājums tiek izgatavots, savienojot to ķēdes virknē uz invertējošiem darbības pastiprinātājiem, un, tā kā katra saite invertē signālu, augšējā atzara ieejas un izejas saskaņošana nav nepieciešama. Apakšējā filiāle, kas īsteno inerciālo dinamisko saiti, neapgriež ieejas signālu.
Aprēķināsim ķēdes parametrus. Ir zināms, ka
Pajautājis R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 omi, R 13 = 300 omi, R 14 = 50 omi, mēs to iegūstam AR 1 =
=
= 240 µF, AR 2 =AR 3 =
=
= 10 µF, AR 4 =
=
= 40 µF, R 2 =
= 
= 380 omi, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 omi, R 7 = 110 omi, R 15 =
=
= 
= 310 omi.
2.3AmLahx - programma asimptotisko parametru konstruēšanai un kontrolleru sintezēšanai, izmantojot vēlamo parametru metodi
2.3.1. Vispārīga informācija par programmu
Programma AmLAHX ir paredzēta darbam MatLab6.0 vai jaunākā vidē un nodrošina lietotājam šādas iespējas:
ir GUI interfeiss;
konstruē pārsūtīšanas funkciju veidā norādīto dinamisko objektu asimptotiskās LFC;
interaktīvi veido vēlamo atvērtā cikla sistēmas LFC pēc noteiktiem kvalitātes kritērijiem, tajā skaitā, programma ļauj lietotājam izvēlēties pārošanās sekcijas (to slīpumus) atkarībā no vadības objekta LFC veida;
nodrošina automātisku atņemšanu no vadības objekta LFC atvērtās cilpas sistēmas LFC un tādējādi konstruējot kontroliera LFC, atgriež asimptotu konjugētās frekvences un slīpumus, kas ļauj diezgan viegli pierakstīt tās pārsūtīšanas funkciju, izmantojot kontroliera LFC (nākamajās versijās programma to darīs automātiski);
Visi LFC ir attēloti, norādot asimptotu slīpumus, lietotājs var noteikt katra LFC krāsas atsevišķi, kā arī uzrakstu formātu grafikos (biezums, augstums).
2.3.2 Programmas komandrinda
Pilnīga komandrinda programmas palaišanai ir:
yy=amlahx( nr,den, karogs, param),
Kur nr Un den- attiecīgi kontroles objekta PF skaitītājs un saucējs, nr Un den jābūt vektoriem, kas rakstīti MatLab formātā (skat. piemēru zemāk);
karogs- darbības režīms (1 (noklusējums) vai 2);
param- 6 elementu (skaitļu) vektors, attiecīgi 1, 2 un 3 elementi, ir OU, RS un CU LFC biezums, 4, 5 un 6 ir šo LFC krāsas (pēc noklusējuma biezums no visiem LFC ir 1, krāsas ir attiecīgi sarkana, zila un zaļa).
AmLAHX bez parametriem darbojas demonstrācijas režīmā, šajā gadījumā
nr= ,den = ,karogs= 2.
TIPISKĀS VADĪBAS SISTĒMU IERĪCES
Regulatori
Svarīga mūsdienu automatizācijas sistēmu funkcija ir tās koordinātu regulēšana, tas ir, nepieciešamo vērtību uzturēšana ar nepieciešamo precizitāti. Šī funkcija tiek īstenota, izmantojot lielu skaitu dažādu elementu, starp kuriem regulatoriem ir ārkārtīgi liela nozīme.
Regulators veic vadības signāla transformāciju, kas atbilst vadības sistēmas darbības apstākļiem nepieciešamajām matemātiskajām operācijām. Tipiski nepieciešamās darbības ietver šādas signālu transformācijas: proporcionāls, proporcionāls-integrālis, proporcionāls-integrālis-diferenciāls.
Analogā regulatora pamatā ir darbības pastiprinātājs - līdzstrāvas pastiprinātājs, kuram, ja nav atgriezeniskās saites, ir augsts pastiprinājums. Lielākā daļa lietojumprogrammu atrodiet integrētos darbības pastiprinātājus. Operacionālais pastiprinātājs ir daudzpakāpju struktūra, kurā var atšķirt ieejas diferenciālo pastiprinātāju ( DU) ar apgrieztām un tiešajām ieejām, sprieguma pastiprinātāju ( ANO), ieviešot lielu pastiprinājumu un jaudas pastiprinātāju ( PRĀTAS), nodrošinot nepieciešamo operacionālā pastiprinātāja kravnesību. Operacionālā pastiprinātāja funkcionālā shēma ir parādīta attēlā. 4.1. Operatīvā pastiprinātāja vienas mikroshēmas, maza izmēra konstrukcija nodrošina augstu parametru stabilitāti, kas ļauj iegūt augstu līdzstrāvas pastiprinājumu. Punkti, kas iegūti no diagrammas Kl, K2, KZ paredzēts ārējo korekcijas ķēžu pieslēgšanai, kas samazina pastiprinājumu augstās frekvencēs un palielina pastiprinātāja stabilitāti ar atgriezenisko saiti. Bez korekcijas shēmām pie pietiekami augstām frekvencēm, kad uzkrātā fāzes nobīde ir 180°, mainās atgriezeniskās saites zīme, un ar lielu pastiprinājumu operacionālais pastiprinātājs pats uzbudinās un pāriet pašsvārstību režīmā. Attēlā 4.1. tiek izmantoti šādi apzīmējumi: U p- pastiprinātāja barošanas spriegums; U ui- ieejas vadības spriegums caur pastiprinātāja apgriezto ieeju; U iepakojums- ieejas vadības spriegums caur pastiprinātāja tiešo ieeju; Tu ārā- pastiprinātāja izejas spriegums. Visi iepriekš minētie spriegumi tiek mērīti attiecībā pret bipolārā barošanas avota kopējo vadu.
Operacionālā pastiprinātāja pieslēguma shēmas ir parādītas attēlā. 4.2. Operatīvā pastiprinātāja diferenciālajam posmam ir divas vadības ieejas: tiešā ar potenciālu U iepakojums un apgriezti ar potenciālu U ui(4.2. att. A).
 |
Pastiprinātāja izejas spriegumu nosaka pastiprinājuma un pastiprinātāja ieeju potenciālu starpības reizinājums, tas ir
U out = k уо (U uz augšu - U уу) = k уо U у,
Kur k uo- operacionālā pastiprinātāja diferenciālais pastiprinājums; U- pastiprinātāja diferenciālais ieejas spriegums, tas ir, spriegums starp tiešo un apgriezto ieeju. Integrēto darbības pastiprinātāju diferenciālais pastiprinājums, ja nav atgriezeniskās saites.
Attiecīgi pret ieejas spriegumiem U vhp Un U whi izejas spriegumu nosaka starpība
U out = k up U in - k ui U in,
kur ir tiešie ievades ieguvumi k paka un ar apgrieztu ievadi k ui nosaka pastiprinātāja komutācijas ķēde. Attēlā parādītajai tiešās ieejas komutācijas ķēdei. 4.3, b, ieguvumu nosaka pēc formulas
,
un apgrieztās ieejas komutācijas ķēdei, kas parādīta attēlā. 4.3, V, - pēc formulas
Lai izveidotu dažādas regulatora shēmas, parasti tiek izmantota darbības pastiprinātāja ķēde ar apgrieztu ieeju. Parasti regulatoriem ir jābūt vairākām ieejām. Ieejas signāli tiek piegādāti 1. punktam (4.2. att., V) caur individuālu ieejas pretestības. Nepieciešamās regulatoru pārsūtīšanas funkcijas tiek iegūtas, pateicoties sarežģītas aktīvās-kapacitatīvās pretestības atgriezeniskās saites ķēdē Z os un ieejas ķēdēs Z iekšā. Regulatora pārsūtīšanas funkcija attiecībā pret jebkuru no ieejām, neņemot vērā izejas sprieguma inversiju
. (4.1)
Atkarībā no pārsūtīšanas funkcijas veida darbības pastiprinātāju var uzskatīt par vienu vai otru funkcionālo regulatoru. Nākotnē, lai ieviestu regulatorus, mēs apsvērsim tikai komutācijas shēmas, kuru pamatā ir apgrieztā ievade.
Proporcionālais kontrolieris (P-kontrolieris) -Šis ir stingrs atgriezeniskās saites darbības pastiprinātājs, kas parādīts attēlā. 4.3, A. Tās pārsūtīšanas funkcija
W(p) = k P, (4.2)
Kur k P- P-regulatora pastiprinājuma koeficients.
Kā izriet no pārsūtīšanas funkcijas (4.2.), operacionālā pastiprinātāja joslas platumā P-regulatora logaritmiskā amplitūdas frekvences reakcija (LAFC) ir paralēla frekvences asij. w, un fāze ir nulle (4.3. att., b).
Integrēts kontrolieris (I-regulators) tiek iegūts, iekļaujot atgriezeniskās saites cilpā kondensatoru, kā parādīts attēlā. 4.4, A, vienlaikus integrējot ieejas signālu un kontroliera pārsūtīšanas funkciju
 |
, (4.3)
Kur T un = R C os- integrācijas konstante.
Kā izriet no (4.3), izejas signāla fāzes nobīde ir vienāda ar - lpp/ 2, LFC slīpums ir -20 dB/dec, un logaritmiskā fāzes frekvences reakcija (LPFR) ir paralēla frekvences asij w(4.4. att. b).
Proporcionālais integrālais kontrolieris (PI kontrolieris ) tiek iegūts, paralēli savienojot P- un I-regulatorus, tas ir
Pārvades funkciju (4.4) var iegūt uz viena darbības pastiprinātāja, iekļaujot tā atgriezeniskajā saitē aktīvo-kapacitatīvo pretestību Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), kā parādīts attēlā. 4,5, A.
Pēc tam saskaņā ar (4.1.)
,
Kur T 1 = R os C os; T I = R C os; k P = R os / R in.
PI kontrollera logaritmiskie frekvences raksturlielumi ir parādīti attēlā. 4,5, b.
Proporcionālais diferenciālais kontrolieris (PD kontrolieris) tiek iegūts, paralēli savienojot P-regulatoru un diferenciālo D-regulatoru, tas ir
W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)
Pārraides funkcija (4.5) tiek iegūta, pievienojot kondensatoru operētājsistēmas pastiprinātāja ieejas rezistoram, kā parādīts attēlā. 4.6, A. Tad, ņemot vērā (4.1), mums ir
Kur T 1 = R in C collas; k P = R os / R in.
 |
PD kontrollera logaritmiskie frekvences raksturlielumi ir parādīti attēlā. 4.6, b.
Proporcionālais-integrālais-atvasinātais kontrolieris (PID kontrolieris).Šo regulatoru iegūst, paralēli savienojot trīs regulatorus - P-regulatoru, I-regulatoru un D-regulatoru. Tās pārsūtīšanas funkcijai ir forma
. (4.6)
Pārraides funkciju (4.6) vienmēr var realizēt, paralēli savienojot PD kontrolieri un I kontrolieri, kuriem ir attiecīgi pārsūtīšanas funkcijas (4.5) un (4.3). Šajā gadījumā PID regulatora ķēdi var realizēt, izmantojot trīs darbības pastiprinātājus. Pirmais pastiprinātājs realizē PD regulatora funkciju (4.6. att., A), otrais pastiprinātājs ir I-regulatora funkcija (4.4. att., A), trešais pastiprinātājs (4.3. att., A) ir pirmā un otrā pastiprinātāja izejas signālu summēšanas funkcija.
Ja parametri k P, T I Un T D uzlikt ierobežojumu
tad pārsūtīšanas funkciju (4.6) var uzrakstīt kā
, (4.7)
Kur k P = (T 1 + T 2) / T I; T D = (T 1 T 2) / T I.
PID regulators ar pārsūtīšanas funkciju (4.7) ir PD regulatora un PI regulatora secīgs savienojums, un to var realizēt vienā darbības pastiprinātājā ar pretestību atgriezeniskās saites ķēdē.
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
un pretestība ievades ķēdē
.
Šajā gadījumā kontroliera laika konstantes T 1 = R in C collas, T 2 =R os C os, T 0 =R C os.
 |
PID regulatora ķēde vienam pastiprinātājam ir parādīta attēlā. 4.7, A, un tā logaritmiskās frekvences raksturlielumi attēlā. 4.7, b.
Aplūkojamajās PD regulatora un PID regulatora shēmās pastiprinātāja ieejas ķēdēs ir kondensatori, kas augstfrekvences traucējumiem ir nullei tuvu pretestība. Lai palielinātu regulatoru stabilitāti, varat pievienot papildu rezistoru ar nelielu pretestību (vismaz par vienu pakāpi mazāku par kondensatora kapacitāti) virknē ar kondensatoru.
Regulatori, to darbība un tehniskās realizācijas sīkāk aplūkotas /1/.
Pašpārbaudes jautājumi
1. Kādu funkciju veic automatizācijas sistēmu regulatori?
2. Kādas tipiskas vadības signāla transformācijas veic automatizācijas sistēmu regulatori?
3. Kas ir pamatā modernāko analogo regulatoru uzbūvei?
4. Kādas ir operacionālo pastiprinātāju galvenās īpašības?
5. Kādas ir tipiska operētājsistēmas pastiprinātāja ievades koordinātas?
6. Kāda ir tipiska operētājsistēmas pastiprinātāja izejas koordināte?
7. Kādi komponenti ir iekļauti operacionālā pastiprinātāja funkcionālajā shēmā?
8. Nosauciet tipiskās shēmas operacionālo pastiprinātāju pieslēgšanai.
9. Kādu tipisku darbības pastiprinātāja shēmu parasti izmanto regulatoru ieviešanai?
10. Norādiet invertējošās ieejas ķēdes darbības pastiprinātāja pārvades funkciju.
11. Kurā elementā operacionālā pastiprinātāja atgriezeniskās saites ķēdē atrodas proporcionālais regulators?
12. Kurā elementā operacionālā pastiprinātāja ieejas ķēdē atrodas proporcionālais regulators?
13. Dodiet proporcionālā kontrollera pārsūtīšanas funkciju.
14. Kādi ir proporcionālā regulatora amplitūdas frekvences un fāzes frekvences raksturlielumi?
15. Kurā elementā operacionālā pastiprinātāja atgriezeniskās saites ķēdē ir integrēts regulators?
16. Kurā elementā ir integrēts regulators operacionālā pastiprinātāja ieejas ķēdē?
17. Dodiet integrālā regulatora pārneses funkciju.
18. Kāds ir integrālā regulatora logaritmiskās amplitūdas frekvences reakcijas slīpums?
19. Kāda ir integrālā regulatora fāzes frekvences reakcija?
20. Kādus elementus satur operacionālā pastiprinātāja atgriezeniskās saites ķēde?
21. Kurā elementā atrodas proporcionāli-integrālā regulatora operacionālā pastiprinātāja ieejas ķēde?
22. Dodiet proporcionāli-integrālā kontrollera pārsūtīšanas funkciju.
23. Kurā elementā atrodas proporcionālā diferenciālā regulatora darbības pastiprinātāja atgriezeniskās saites ķēde?
24. Dodiet proporcionāli-diferenciālā kontrollera pārsūtīšanas funkciju.
25. Ar kādiem proporcionālā-integrālā-atvasinātā kontrollera parametru ierobežojumiem tas tiek realizēts vienā darbības pastiprinātājā?
26. Kādus elementus satur proporcionālā-integrālā-atvasinātā kontrollera ieejas ķēde, kuras pamatā ir viens operacionālais pastiprinātājs?
27. Kādus elementus satur proporcionālā-integrālā-atvasinātā kontrollera atgriezeniskās saites ķēde, kuras pamatā ir viens darbības pastiprinātājs?
Intensitātes regulatori
Tipisks galvenais bloks elektriskās piedziņas vadības sistēmās un citās automatizācijas sistēmās ir integrators vai intensitātes regulators(ZI). SI uzdevums ir veidot vienmērīgu galvenā signāla maiņu, pārejot no viena līmeņa uz otru, proti, radīt lineāru signāla kāpumu un kritumu vajadzīgajā ātrumā. Stabilā stāvoklī spriegums pie intensitātes ģeneratora izejas ir vienāds ar spriegumu tā ieejā.
Attēlā 4.8 iesniegts strukturālā shēma viena integrējoša SI, kas sastāv no trim darbības pastiprinātājiem. Visi pastiprinātāji ir savienoti saskaņā ar ķēdi ar invertējošu ieeju. Pirmais pastiprinātājs U1, darbojas bez atgriezeniskās saites, bet ar izejas sprieguma ierobežojumu U 1, ir taisnstūra raksturlielums, kas parādīts, neņemot vērā izejas sprieguma inversiju attēlā. 4,9, A. Otrais darbības pastiprinātājs U2 darbojas kā integrators ar nemainīgu integrācijas ātrumu
(4.8)
Integrācijas ātrumu var pielāgot, mainot Rin2. Trešais pastiprinātājs U3 rada negatīvu atgriezeniskās saites spriegumu
. (4.9)
Kad ieejai tiek pielikts atsauces spriegums U z izejas spriegums palielinās lineāri saskaņā ar (4.8). Laika momentā t=t p, Kad U з = - U os, integrācija apstājas, un izejas spriegums, kā izriet no (4.9), sasniedz vērtību 
, paliek nemainīgs arī turpmāk. Noņemot iestatījuma spriegumu no ieejas ( U z = 0) notiek izejas sprieguma lineāras samazināšanas process līdz nullei (4.9. att., b).
Šīs aizsargierīces izejas sprieguma maiņas ātrums, kā izriet no (4.8), var mainīties, mainot sprieguma vērtību. U 1, piemēram, izvēloties Zener diodes pastiprinātāja atgriezeniskās saites ķēdē U1 ar stabilizācijas spriegumu, kas vienāds ar nepieciešamo vērtību U 1, vai mainot preces vērtību R in2 C oc2.
Attēlā 4.10, A Parādīta cita viena integrējošā SI shēma, kas izgatavota, pamatojoties uz bipolāru tranzistoru, kas savienots saskaņā ar ķēdi ar kopīgu bāzi. Šī ķēde izmanto tranzistora īpašības ( T) kā strāvas pastiprinātājs. Kondensatora uzlāde ( AR) vienmēr notiek pie pastāvīgas kolektora strāvas es uz, ko nosaka dotā emitētāja strāva es e. Šajā gadījumā sprieguma izmaiņu ātrums laika gaitā tu esi ārā pie izejas ZI | duets/dt| = es uz/C. ZI kontroles raksturojums tu esi ārā = = f(t) attēlā parādīts. 4.10, b. Izejas signāla maiņas ātrumu var regulēt, mainot spriegumu U e, proporcionāli mainās strāva es e un attiecīgi strāva es uz, vai mainot kondensatora kapacitāti. Stabilā stāvoklī kondensators vienmēr tiek uzlādēts līdz spriegumam tu iekšā. Taisngrieža tilts nodrošina nemainīgu tranzistora kolektora strāvas virzienu neatkarīgi no sprieguma zīmes tu iekšā. ZI ir detalizēti aplūkoti /1, 7/.
Pašpārbaudes jautājumi
1. Kādam nolūkam automatizācijas ķēdēs izmanto intensitātes regulatorus?
2. Kādas ir intensitātes ģeneratora ieejas un izejas koordinātas?
3. Kāds ir intensitātes ģeneratora statiskais pastiprinājums?
4. Kā jāmainās spriegumam pie vienas integrācijas intensitātes regulatoru izejas, veicot pakāpeniskas izmaiņas? ieejas spriegums?
5. Uz kādu pastiprinātāju pamata tiek būvēti integrējošie intensitātes regulatori?
6. Cik darbības pastiprinātāju, kas savienoti ar apgriezto ieeju, ir nepieciešams, lai ieviestu vienreizēju integrējošu intensitātes regulatoru?
7. Norādiet katra no trim darbības pastiprinātājiem mērķi tipiskā viena integrējošā intensitātes regulatora shēmā, kas izveidota uz mikroshēmām.
8. Kādi parametri ietekmē vienintegrējoša intensitātes ģeneratora izejas sprieguma izmaiņu ātrumu uz trim darbības pastiprinātājiem?
9. Kā viena integrējošā tranzistora intensitātes regulatora ķēdē tiek panākta lineāra sprieguma maiņa kondensatorā?
10. Kādi parametri ietekmē viena integrējošā tranzistora intensitātes regulatora izejas sprieguma izmaiņu ātrumu?
Atbilstoši elementi
Funkcionālie elementi vadības sistēmās var būt neviendabīgi pēc signāla veida, strāvas veida, pretestības un jaudas, kā arī citiem indikatoriem. Tāpēc, savienojot elementus, rodas uzdevums saskaņot to raksturlielumus. Šī problēma tiek atrisināta, saskaņojot elementus. Šajā elementu grupā ietilpst fāzes detektori, kas atbilst strāvas veidam, ciparu-analogā un analogā-digitālā pārveidotāji, kas atbilst signāla veidam, emitenta sekotāji, atbilstošas ieejas un izejas pretestības, jaudas pastiprinātāji, galvaniskie separatori un citi elementi. . Koordinācijas funkciju var veikt arī elementi, kas parasti paredzēti citiem mērķiem. Piemēram, 4.1. sadaļā aplūkotais darbības pastiprinātājs izrādās emitera sekotājs attiecībā pret neinvertējošu ieeju, ja izejas spriegums ir pievienots apgrieztajai ieejai.
Piemēram, galvaniskajai atdalīšanai var izmantot transformatora sprieguma sensoru. Šādi un līdzīgi elementi ir acīmredzami vai zināmi un netiks ņemti vērā.
Apskatīsim sarežģītākus standarta saskaņošanas elementus.
Fāzes detektors(PD) zinātniskajā un tehniskajā literatūrā ir saņēmis vairākus citus nosaukumus: fāzes jutīgais pastiprinātājs, fāzes jutīgais taisngriezis, fāzes diskriminators, demodulators.
FD mērķis ir pārveidot ieejas spriegumu maiņstrāva U iekšā V DC izejas spriegums Tu ārā, kuras polaritāte un amplitūda ir atkarīga no ieejas sprieguma fāzes j. Tādējādi PD ir divas ieejas koordinātas: ieejas sprieguma amplitūda U m un ieejas sprieguma fāze j un viena izejas koordināte: izejas sprieguma vidējā vērtība Tu ārā. Ir divi PD darbības režīmi: amplitūdas režīms, kad ieejas sprieguma fāze paliek nemainīga, ņemot vienu no divām vērtībām 0 vai lpp, U m= var un Tu ārā = f(U m); fāzes režīms, kad U iekšā= konst., j= var un Tu ārā = f(j).
Amplitūdas režīmā PD tiek izmantots kā maiņstrāvas neatbilstības signāla pārveidotājs vadības signālā līdzstrāvas servo piedziņās, kā maiņstrāvas tahoģeneratora izejas signāla pārveidotājs un tā tālāk. Fāzes režīmā PD tiek izmantots vadības sistēmās, kurās kontrolētais un vadības mainīgais ir vienmērīgi mainīga fāze.
Fāzes detektoram, kā likums, nav piešķirta sprieguma pastiprināšanas funkcija.
Tāpēc PD pieaugums ir tuvu vienotībai. Attēlā Tiek parādīts 4.11 dizaina shēma pilna viļņa PD nomaiņa. Ķēde atbilst nulles taisnošanas ķēdei, kurā vārsti tiek aizstāti ar funkcionāliem slēdžiem K1 Un K2. Slodzes pretestība Rn, uz kura tiek piešķirts izejas spriegums, savieno viduspunktus A, 0 EML kontroles atslēgas un avoti e g. Kontroles EMF avota iekšējā pretestība tiek ievadīta katrā ķēdē R y. Taustiņu stāvokli kontrolē atsauces EMF e op saskaņā ar algoritmu: ja e op > 0 K1 iekļauts, tas ir, tas
 |
pārslēgšanas funkcija y k1= 1,a K2 atspējota, tas ir, tā pārslēgšanas funkcija y k2 = 0. Priekš e op< 0 y k1 = 0, A y k2= 1. Šo algoritmu var attēlot ar formulām
y līdz 1 = (1+zīme e op) /2; y līdz 2 = (1- zīme e op) /2 . (4.10)
Acīmredzot, ar slēgtu K1 izvade emf e ārā starp punktiem A, 0 vienāds ar e y, un kad tas ir aizvērts K2 e out = - e y, tas ir
e out = e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Aizstājot (4.10) ar (4.11), iegūst
e out = e y zīme e op . (4.12)
Izejas EMF izmaiņu diagramma atbilstoši algoritmiem (4.11) un (4.12) parādīta 4.12. attēlā.
e op = E op m sinwt Un e y = E y m sin(wt - j),
Kur E op m,E y m- atsauces EML un kontroles EMF amplitūdas vērtības; w ir atsauces EML un vadības EML leņķiskā frekvence, tad rektificētās izejas EML vidējā vērtība
. (4.13)
Jo E y m = k p U m, vidējais izejas spriegums 
, tad ņemot vērā (4.13.)
, (4.14)
Kur k p- pārneses koeficients no ieejas sprieguma uz vadības EMF. To nosaka konkrētas PD shēmas shēmas iezīmes.
Priekš j= const = 0 vai j= const = lpp ir PD darbības amplitūdas režīms, kuram vadības raksturlielums ir vienkāršs:
U out = k FD U in,
kur, ņemot vērā (4.14), PD pastiprinājumu amplitūdas režīmā
.
Plkst j= 0 izejas sprieguma vērtības Tu ārā ir pozitīvas, un kad j = lpp izejas sprieguma vērtības ir negatīvas.
Priekš U iekšā= const un j= var ir PD fāzes režīms, kuram vadības raksturlielumam ir forma
U out = k " FD cosj = k "FD sinj",
Kur j " = p/2 - j, un PD pārraides koeficients fāzes režīmā, ņemot vērā (4.14.)
;
Pie maza j" kontroles raksturlielums
PD darbība, to raksturojums un ķēdes shēmas apspriests /1/.
Pārveidotāji no digitālā uz analogo(DAC). Pārveidotājs saskaņo vadības sistēmas digitālo daļu ar analogo. DAC ievades koordināta ir binārs vairāku bitu skaitlis A n = a n -1 …a i …a 1 a 0, un izejas koordināte ir spriegums Tu ārā, ģenerēts, pamatojoties uz atsauces spriegumu U op(4.13. att.).
DAC shēmas ir veidotas uz rezistoru matricas bāzes, ar kuras palīdzību tiek summētas strāvas vai spriegumi tā, lai izejas spriegums būtu proporcionāls ieejas skaitlim. DAC sastāv no trim galvenajām daļām: rezistoru matricas, elektroniskiem slēdžiem, ko kontrolē ieejas numurs, un summēšanas pastiprinātāja, kas ģenerē izejas spriegumu. Attēlā 4.14 ir dots vienkārša ķēde nereverss DAC. Katrs ievadītā binārā skaitļa cipars An atbilst pretestībai
R i = R 0 / 2 i, (4.15)
Kur R0- zemas kārtas pretestība.
Rezistors R i pieslēdzas barošanas avotam ar atsauces spriegumu U op izmantojot elektronisko atslēgu K i, kas slēgts plkst a i=1 un atvērts plkst a i= 0. Acīmredzot, atkarībā no vērtības a i ievades ķēdes pretestība priekš es- kategoriju, ņemot vērā (4.15), noteiks izteiksme
R i = R 0 /(2 i a i). (4.16)
Tad priekš un es= 0, tas ir, ķēde ir pārtraukta, un par a i=1 ķēde ir ieslēgta un tai ir pretestība R 0/2 i .
Diagrammā attēlā. 4.14 operacionālais pastiprinātājs U summē ieejas strāvas un tā izejas spriegumu, ņemot vērā ķēdes apzīmējumu un izteiksmi (4.16.)
Formas izteiksme (4.17.). U out = f(A n)- Šī ir DAC vadības īpašība. Tam ir pakāpeniska forma ar sprieguma diskrētumu, kas atbilst vismazāk nozīmīgajai vienībai,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Lielums ΔU 0 ir tajā pašā laikā DAC vidējais pārsūtīšanas koeficients k DAC.
Analogo-digitālo pārveidotājs(ADC) atrisina apgriezto problēmu - pārvērš nepārtrauktu ieejas spriegumu skaitļā, piemēram, binārā. Katrs izejas vairāku bitu binārais skaitlis A i atbilst ieejas sprieguma izmaiņu diapazonam:
, (4.18)
Kur U ei = ΔU 0 i- izejas sprieguma atsauces vērtība, kas atbilst izejas binārajam skaitlim A i; ΔU 0- izejas sprieguma diskrētums, kas atbilst izejas skaitļa vismazāk nozīmīgā cipara vienībai.
Plkst n-bit ADC, kopējais ieejas sprieguma līmeņu skaits, kas atšķiras no nulles un kas atšķiras viens no otra ΔU 0, vienāds ar maksimālo izvades decimālskaitli N=2 n-1. Kopš katra līmeņa U e i, saskaņā ar (4.18), nes informāciju par numuru, tad ADC darbībā varam izšķirt galvenās darbības: ieejas un atskaites spriegumu salīdzināšana, līmeņa numura noteikšana, izejas numura ģenerēšana dotajā kodā. . Vidējais ADC pastiprinājums tiek definēts kā atbilstošā DAC pastiprinājuma apgrieztais lielums:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Tad ADC vadības raksturlieluma vienādojumu var uzrakstīt kā
ADC vadības raksturlielumam ir pakāpiena forma.
ADC ieviešanas shēmas var iedalīt divos galvenajos veidos: paralēlā darbība un secīgā darbība.
Paralēlā ADC galvenā priekšrocība ir tā augstā veiktspēja. Analogās ieejas sprieguma pārveidošana par daudzciparu decimālskaitli notiek tikai divos pulksteņa ciklos digitālie elementi shēma. Galvenais šādu ADC trūkums ir liels skaitlis analogie komparatori un flip-flops ķēdē, vienāds ar 2 n - 1, kas vairāku bitu paralēlos ADC padara pārmērīgi dārgus.
Sērijas ADC ir nepieciešamas ievērojami zemākas aparatūras izmaksas. Attēlā Attēlā 4.15 parādīta izsekošanas ADC ķēde, kas pieder secīgo ķēžu grupai. Diagrammā izmantoti iepriekš nepieminētie simboli: GTI- pulksteņa impulsu ģenerators, SR- reversais skaitītājs, UZ- salīdzinājums, R- izvades reģistrs. Loģisko elementu apzīmējumi UN,VAI NĒ vispārpieņemts.
Salīdzinājums U iekšā Un U e veikts ar kombinētu analogo komparatoru ar divām izejām: “vairāk nekā” (>) un “mazāk nekā” (<). ЕслиU iekšā - U e >ΔU 0/ 2, tad izejā parādās viens signāls > un elements Un 1 vada pulksteņa impulsus uz augšup/lejup skaitītāja summēšanas ieeju (+1). SR. Izlaiduma skaits pieaug SR, un attiecīgi palielinās ū,ģenerēts DAC. Ja U iekšā - U e < ΔU 0 /2 , tad izejā parādās viens signāls< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент UN 2 pāriet uz skaitītāja atņemšanas ievadi (-1). SR Un U e samazinās. Kad nosacījums | U iekšā - U e | = ΔU 0 /2 uz abām izejām UZ nulles signāli un elementi ir iezīmēti Un 1 Un UN 2 ir bloķēti pulksteņa impulsiem. Skaitītājs pārtrauc skaitīšanu, un reģistra izvadē parādās skaitlis, kas tā izvadē paliek nemainīgs R. Atļauju ierakstīt numuru reģistrā dod viens elements signāls VAI-NAV, iekļauts divās izejās UZ.Ņemot vērā šo shēmu saistībā ar U iekšā Un ū, var konstatēt, ka ADC ir vadības sistēma, kas noslēgta gar izejas koordinātu ar kontrolieri UZ releja darbība. Sistēma uzrauga ieejas sprieguma izmaiņas ar līdzsvara stāvokļa precizitāti ± U 0 /2 un izvada ciparu, kas atbilst digitālajai izvadei U iekšā. Izsekošanas ADC var ātri pārveidot tikai diezgan lēnas ieejas sprieguma izmaiņas.
Galvenais aplūkotā ADC trūkums ir tā slikta veiktspēja. Visnelabvēlīgākajā gadījumā, kad ieejā tiek pēkšņi iestatīts maksimālais spriegums, būs nepieciešams izveidot atbilstošo izejas vērtību ciparu kodā 2 n - 1 sitieniem Dažas DAC un ADC shēmas un to darbība ir apskatītas /1/.
Pašpārbaudes jautājumi
1. Kāpēc automatizācijas sistēmās tiek izmantoti saskaņošanas elementi?
2. Kādu transformāciju veic fāzes detektors?
3. Kādos režīmos var darboties fāzes detektors?
4. Kādas ir fāzes detektora ieejas koordinātas?
5. Kāda ir fāzes detektora izejas koordināte?
6. Kāds ir fāzes detektora amplitūdas darbības režīms?
7. Kāds ir fāzes detektora darbības fāzes režīms?
8. Kam automatizācijas sistēmās var izmantot fāzes detektorus?
9. Norādiet amplitūdas režīmā strādājoša fāzes detektora vadības raksturlielumu formulu.
10. Kādu pārveidošanu veic digitālais-analogais pārveidotājs?
11. Kādas ir digitālā-analogā pārveidotāja ieejas un izejas koordinātas?
12. Kādas ir digitālā-analogā pārveidotāja ķēdes galvenās daļas?
13. Dodiet formulas ciparu-analogā pārveidotāja vadības raksturlielumu un tā vidējā pārraides koeficienta aprēķināšanai.
14. Kāda veida vadības raksturlielums ir ciparu-analogam pārveidotājam?
15. Kādu pārveidošanu veic analogais-digitālais pārveidotājs?
16. Kādas ir analogā-digitālā pārveidotāja ieejas un izejas koordinātas?
17. Dodiet formulas analogā-digitālā pārveidotāja vadības raksturlielumu un tā vidējā pārraides koeficienta aprēķināšanai.
18. Kādi analogo-digitālo pārveidotāju veidi pastāv?
19. Kādas ir paralēlo analogo-digitālo pārveidotāju galvenās priekšrocības un trūkumi?
20. Kādas ir seriālo analogo-digitālo pārveidotāju galvenās priekšrocības un trūkumi?
21. Kāpēc analogā-digitālā pārveidotāja izsekošanas shēmā tiek izmantots ciparu-analogais pārveidotājs?
22. Kāda ir izsekošanas analogā-digitālā pārveidotāja maksimālā līdzsvara stāvokļa absolūtās konversijas kļūda?
SENSORI
Pašpārbaudes jautājumi
1. Kādas ir rotācijas leņķa sensora ieejas un izejas koordinātas?
2. Kādas ir novirzes leņķa sensora ieejas un izejas koordinātas?
3. Kādās sistēmās var izmantot leņķa sensorus un kļūdu sensorus?
4. Cik tinumu un kur tas ir trīsfāzu kontaktu sinhronizācijai?
5. Kādas ir selsyn ievades un izejas koordinātas?
6. Kādos režīmos var darboties selsyn?
7. Kāds ir sinhronizatora darbības amplitūdas režīms?
8. Kāds ir selsyn darbības fāzes režīms?
9. Dodiet formulu sinhronizatora vadības raksturlielumu aprēķināšanai amplitūdas darbības režīmā.
10. Dodiet formulu sinhronizatora vadības raksturlielumu aprēķināšanai fāzes darbības režīmā.
11. Kādi faktori nosaka sinhronizatora statiskās kļūdas, kas kropļo tā vadības raksturlielumus?
12. Kas izraisa rotācijas leņķa sensora ātruma kļūdu, pamatojoties uz selsinu?
13. Kādā režīmā darbojas selsins sensors un selsins uztvērējs nesakritības leņķa sensora ķēdē, ja par tā izvades koordinātēm tiek izmantota selsinīna uztvērēja rotora EML amplitūdas vērtība un šī EMF fāze?
14. Dodiet formulu neatbilstības sensora vadības raksturlielumu aprēķināšanai, pamatojoties uz diviem sinhronizatoriem, kas darbojas transformatora režīmā.
15. Kādi ir galvenie trūkumi rotācijas leņķa sensoriem, kuru pamatā ir selsyn?
16. Kādam nolūkam rotācijas leņķa sensoru ieejā izmanto reduktora mērīšanas zobratus?
17. Kādam nolūkam rotācijas leņķa sensoru ieejā tiek izmantoti paaugstināšanas mērīšanas zobrati?
18. Kā mainās leņķa mērīšanas kļūda, izmantojot reduktora mērīšanas zobratus?
19. Kad ir lietderīgi izmantot diskrētu leņķu sensorus?
20. Kādi ir galvenie elementi digitālā griešanās leņķa sensora konstrukcijā, kura pamatā ir koda disks?
21. Kāpēc uz koda diska balstīta digitālā griešanās leņķa sensora vadības raksturlielumam ir pakāpenisks raksturs?
22. Dodiet formulu digitālā griešanās leņķa sensora diskrētā intervāla aprēķināšanai, pamatojoties uz koda disku.
23. Dodiet formulu digitālā griešanās leņķa sensora absolūtās kļūdas aprēķināšanai, pamatojoties uz koda disku.
24. Ar kādiem projektēšanas pasākumiem var palielināt uz koda diska balstīta digitālā rotācijas leņķa sensora bitu ietilpību?
Leņķiskā ātruma sensori
DC tahoģenerators pārstāv elektriskā automašīna Līdzstrāva ar neatkarīgu ierosmi vai pastāvīgajiem magnētiem (5.6. att.). Ievades koordināte TG - leņķiskais ātrums w, izeja - spriegums Tu ārā, kas piešķirts slodzes pretestībai.
E tg = kФw = I(R tg + R n),
Pārneses koeficients TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- konstruktīvā konstante; F- magnētiskās ierosmes plūsma; R tg- armatūras tinuma un sukas kontakta pretestība.
 |
Stingri sakot, TG pārneses koeficients nepaliek nemainīgs, mainoties ātrumam birstes kontakta pretestības un armatūras reakcijas nelinearitātes dēļ. Tāpēc zema un liela ātruma zonās regulēšanas raksturlīknē tiek novērota noteikta nelinearitāte (5.6. att., b). Nelinearitāte zemā ātruma zonā tiek samazināta, izmantojot metalizētas birstes ar zemu sprieguma kritumu. Raksturlieluma nelinearitāte armatūras reakcijas dēļ tiek samazināta, ierobežojot ātrumu no augšas un palielinot slodzes pretestību. Veicot šīs darbības, TG kontroles īpašības var uzskatīt par gandrīz vienkāršiem.
28. Suimu regulatori.
1. “Ievades-izejas” klases analogie regulatori, kuru pamatā ir darbības pastiprinātāji
Neatkarīgi no regulatoru tehnoloģiskā mērķa tie visi ir sadalīti 2 lielās klasēs:
“Ievades/izejas” klases parametriskie kontrolleri (P-, PI-, PID- uc kontrolieri);
ACS stāvokļa regulatori (periodiski, modāli utt.).
Pirmā regulatoru klase ES vadības sistēmas funkcionālajās diagrammās ir apzīmēta kā pārejas funkcija.
1. Proporcionālais kontrolieris (P-kontrolieris).
Regulatora shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 4.19.
Mēs pieņemsim, ka kontrollera ieejā ir vadības kļūdas signāls X iekšā, un X in = X h - X os. Turklāt divu rezistoru vietā R Z un R tiek izmantota viena OS - R ievade
Uārā ( t)=UZ reg X in( t).
2. Integrāls regulators (I-regulators).
Regulatora shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 4.22.
Rīsi. 4.22. Integrētā regulatora shematiskā diagramma
Kontrollera pārsūtīšanas funkcija
Kur T T Un = R VX AR 0 .
Regulatora laika raksturlielumi:
Uārā ( t)=Uārā (0)+ 1/ ( R VX AR 0)X in( t)t.
P 
pārejošs process regulatorā nulles sākuma apstākļos ( U izvadei (0)=0) būs tāda forma, kā parādīts attēlā. 4.23.
Integrētā regulatora funkcionālā shēma ir parādīta attēlā. 4.24.
3. Diferenciāļa regulators (D-regulators).
Regulatora shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 4.25.
Kontrollera pārsūtīšanas funkcija
Kur T D ir integratora laika konstante, T D = R 0 AR VH.
Regulatora laika raksturlielumi:
Uārā ( t)=T D (t),
Kur (t) ir Diraka delta funkcija.
Pārejas procesam regulatorā būs tāda forma, kā parādīts attēlā. 4.26.
AR 
Jāatzīmē, ka pašu operacionālo pastiprinātāju ierobežotais frekvenču joslas platums neļauj veikt tīru (ideālu) diferenciāciju. Turklāt diferenciālo regulatoru zemās trokšņu noturības dēļ ir izveidojusies prakse izmantot reālas diferencējošas saites, un šādu regulatoru shēmas nedaudz atšķiras no tām, kas parādītas attēlā. 4.25.
Diferenciāļa regulatora funkcionālā diagramma ir parādīta attēlā. 4.27.
4. Proporcionālais-integrālais kontrolieris (PI kontrolleris).
Regulatora shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 4.28.
Kontrollera pārsūtīšanas funkcija
Kur K REG - regulatora pārraides koeficients, K REG = R 0 /R VX;
T Un vai integratora laika konstante, T Un = R VX AR 0 .
Regulatora laika raksturlielumi:
Uārā ( t)=Uārā (0) + ( K REG + t/ ( R VX AR 0))X in( t).
Pārejas procesam kontrolierī nulles sākuma apstākļos būs tāda forma, kā parādīts attēlā. 4.29.
Proporcionālā-integrālā kontrollera pārsūtīšanas funkcija bieži tiek parādīta nevis kā divu terminu summa, bet gan kā tā sauktā izodroma saite.
, (4.53)
Kur T IZ ir izodromiskās saites laika konstante, T NO = R 0 C 0 ,
T Un vai kontroliera integrācijas laiks ir nemainīgs, T Un = R VX C 0 .
ACS struktūrā iekļautais PI kontrolleris nodrošina kompensāciju par vienu lielu vadības objekta laika konstanti (sk. 8.1. nodaļu).
Proporcionālais diferenciālais kontrolieris (PD kontrolieris) Regulatora shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 4.31.
Kur K K REG = R 0 /R VX;
T D ir integratora laika konstante, T D = R 0 AR VH.
Regulatora laika raksturlielumi:
Uārā ( t)= K REG X in( t) +T D (t),
Kur (t) ir Diraka delta funkcija.
P 
Pārejas procesam PD kontrollerī būs tāda forma, kā parādīts attēlā. 4.32, regulatora funkcionālā shēma ir parādīta attēlā. 4.33.
Rīsi. 4.32. Pārejošs process PD kontrollerī
6. Proporcionālais-integrālais-atvasinātais kontrolleris (PID)
regulators)
Regulatora shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 4.34.
Kontrollera pārsūtīšanas funkcija
Kur K REG - regulatora pārraides koeficients, K REG = R 0 /R VX + C VX / AR 0 ;
T Un vai integrācijas laiks ir nemainīgs, T Un = R VX AR 0 ;
T D - diferenciācijas laika konstante, T D = R 0 AR VH.
Regulatora laika raksturlielumi:
Uārā ( t)=Uārā (0) + K REG X in( t) + (1/T UN P) X in( t) + T D (t),
Kur (t) ir Diraka delta funkcija.
Pārejas procesam regulatorā būs tāda forma, kā parādīts attēlā. 4.35, funkcionālā diagramma ir parādīta attēlā. 4.36.
Pēc analoģijas ar PI kontrolieri, PID kontrollera MM bieži tiek attēlots kā otrās kārtas izodroma saite.
, (4.56)
Kur T IZ,1 , T IZ,2 - izodromiskās saites laika konstantes; T IZ,1 = R 0 AR 0 ,T IZ,2 = =R ievade AR ievade
PID regulators nodrošina divu lielu vadības objekta laika konstantu kompensāciju, nodrošinot dinamisko procesu intensitāti ACS.