Operacinis stiprintuvas: perjungimo grandinės, veikimo principas. Neinvertuojamo operacinio stiprintuvo stiprintuvo grandinė
Valdiklis apskaičiuoja paklaidą (skirtumą tarp atskaitos signalo ir grįžtamojo ryšio signalo) ir paverčia jį valdymo veiksmu pagal tam tikrą matematinį veiksmą.
ACS dažniausiai naudojami šie reguliatorių tipai: proporciniai (P), integraliniai (I) ir proporciniai integraliniai (PI). Priklausomai nuo konvertuojamų signalų tipo, išskiriami analoginiai ir skaitmeniniai valdikliai.
Analoginiai reguliatoriai(AP) yra įgyvendinami operacinių stiprintuvų pagrindu, skaitmeninis- remiantis specializuotais skaičiavimo įrenginiais arba mikroprocesoriais. Analoginiai valdikliai konvertuoja tik analoginius signalus, kurie yra nuolatinės laiko funkcijos. Praeinant per AR, konvertuojama kiekviena nuolatinio signalo momentinė reikšmė.
Norint įgyvendinti AR, operacinis stiprintuvas (operacinis stiprintuvas) įjungiamas pagal sumavimo stiprintuvo grandinę su neigiamu grįžtamuoju ryšiu. Reguliatoriaus tipą ir jo perdavimo funkciją lemia rezistorių ir kondensatorių prijungimo grandinė grandinėse prie įėjimo ir OS grįžtamojo ryšio.
Proporcinis reguliatorius (P-reguliatorius) įgyvendinamas, kai rezistorius su varža R OS yra įtrauktas į operatyvinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinę. Šiam reguliatoriui būdingas proporcingumo koeficientas Į , kuris gali būti didesnis arba mažesnis už vieną.
Integruotas reguliatorius (I-reguliatorius) įgyvendinamas, kai į OS grįžtamojo ryšio grandinę įtraukiamas kondensatorius C os. Šio tipo valdikliui būdinga laiko konstanta T.
Proporcinis integralus valdiklis (PI valdiklis) įgyvendinamas įtraukiant rezistorių su varža R os ir kondensatorių C os į operatyvinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinę. Tokiam reguliatoriui būdingi šie parametrai: proporcingumo koeficientas Į ir laiko konstanta T.
Visų tipų reguliatoriams įgyvendinimo grandinėje yra įvesties varža R 1.
Reguliatorių diegimo schemos, įtampos priklausomybė reguliatoriaus U out išėjime nuo įėjimo U in ir jų grafinis pavaizdavimas, taip pat reguliatorių parametrų radimo formulės pateiktos 1 lentelėje.
1 lentelė – Reguliatoriai
Paaiškinkite, kam skirti srovės jutikliai, kokie reikalavimai jiems keliami. Pateikite nuolatinės srovės elektros pavaros su transformatoriaus srovės jutikliu ir srovės jutiklio, pagrįsto šuntu, funkcines schemas.
Srovės jutikliai (DT) skirti gauti informaciją apie variklio srovės stiprumą ir kryptį. Jiems taikomi šie reikalavimai:
Valdymo charakteristikos tiesiškumas diapazone nuo 0,1I nom iki 5I nom ne mažesnis kaip 0,9;
Galios elektros grandinės ir valdymo sistemos galvaninės izoliacijos galimybė;
Didelis našumas.
AED koordinačių jutiklis gali būti struktūriškai pavaizduotas kaip nuoseklus matavimo keitiklio (MT) ir suderinimo įrenginio (CU) jungtis (1 pav.). Matavimo keitiklis konvertuoja koordinates Xį elektros įtampos signalą ir(arba dabartinė aš), proporcingas X. Atitikimo įrenginys konvertuoja išvesties signalą ir IP į grįžtamojo ryšio signalą u os, kuris savo dydžiu ir forma tenkina ACS.
1 pav. AED koordinačių jutiklio struktūrinė schema
Dyzeliniame kure kaip matavimo keitikliai naudojami srovės transformatoriai, papildomos (kompensacinės) išlyginamųjų droselių apvijos, Hall elementai, šuntai.
Srovės jutikliai, pagrįsti šuntais, plačiai naudojami variklio srovei matuoti. Šuntas yra keturių gnybtų rezistorius su grynai aktyvia varža R w(neindukcinis šuntas), prie kurių srovės gnybtų prijungta maitinimo grandinė, o prie potencialo - matavimo. (2 paveikslas)
Norint susilpninti šunto įtaką srovės pratekėjimui variklio grandinėje, jo varža turi būti minimali. Vardinis įtampos kritimas per šuntą paprastai yra 75 mV, todėl jis turi būti stiprinamas stiprintuvu U. Kadangi šuntas turi potencialų ryšį su maitinimo grandine, srovės daviklyje turi būti galvaninės izoliacijos įtaisas (UGR). Kaip tokie įrenginiai naudojami transformatoriai ir optoelektroniniai įrenginiai.
2 pav. Srovės jutiklio įjungimo schema, pagrįsta šuntu
Srovės transformatoriais paremtas DT dažniausiai naudojamas nuolatinės srovės AED variklių srovei matuoti, kai jie maitinami simetriniais tiltiniais vienfaziais ir trifaziais lygintuvais. Vienfaziam lygintuvui (3 pav.) naudojamas vienas srovės transformatorius (TA1), o trifaziui – trys transformatoriai. Siekiant užtikrinti srovės transformatorių darbo režimą, artimą trumpojo jungimo režimui, jų antrinės apvijos apkraunamos mažos varžos rezistoriais RCT (0,2 ... 1,0 Ohm). Antrinių apvijų kintamoji įtampa konvertuojama lygintuvu VD1 ... VD4.
2 pav. Srovės jutiklio, pagrįsto srovės transformatoriumi, įjungimo schema
13. Pateikite armatūros EMF jutiklio funkcinę schemą, paaiškinkite jo veikimo principą.
Esant mažiems greičio reguliavimo diapazono reikalavimams (iki 50), EMF grįžtamasis ryšys naudojamas kaip pagrindinis grįžtamasis ryšys elektrinėje pavaroje. Armatūros EMF jutiklio veikimo principas pagrįstas variklio EML apskaičiavimu.
EML jutiklio funkcinė schema parodyta 1 paveiksle.
1 pav. Armatūros EML jutiklio funkcinė schema
Armatūros įtampai matuoti naudojamas daliklis ant rezistorių R2, R3. Variklio armatūros srovei matuoti naudojama papildoma išlyginamojo droselio apvija L1.2. Įtampa ir aš per skirstytuvą RC filtras ir kartotuvas A1 tiekiamas į sumatorių A2. Signalas, proporcingas įtampos kritimui per armatūros apviją, taip pat tiekiamas į sumatoriaus A2 įėjimą R i. c ∙i i.
Išėjimo įtampos išraiška u de stiprintuvas A2 pastoviam veikimui turi formą
kur Į de yra EML jutiklio perdavimo koeficientas,
e Aš esu armatūros emf.
Norint gauti signalą, proporcingą variklio armatūros įtampai, varžinį įtampos daliklį taip pat galima įjungti pagal šią schemą
2 pav. – Įtampos jutiklio įjungimo schema
Daliklio išėjimo įtampa yra
Įtampos jutiklyje, be skirstytuvo, taip pat gali būti galvaninės izoliacijos įtaisų ir
stiprintuvas.
14. Nubraižykite vertikalios vienkanalės impulsinės fazės valdymo sistemos schemą, paaiškinkite jos veikimo principą naudojant laiko diagramas.
Lygintuvo tiristoriams valdyti naudojama impulsinio fazės valdymo sistema (SIPC), kuri atlieka šias funkcijas:
Laiko momentų, kuriais turėtų atsidaryti tam tikri tiristoriai, nustatymas; šie laiko momentai nustatomi valdymo signalu, gaunamu iš ACS išvesties į SIFU įvestį;
Atidarymo impulsų, perduodamų tinkamu laiku į tiristorių valdymo elektrodus ir turinčių reikiamą amplitudę, galią ir trukmę, formavimas.
Apsvarstykite vertikalių vieno kanalo SIFU, valdančių vienfazio tiltinio lygintuvo tiristorių, veikimą (1 pav.).
1 paveikslas – vienfazio tiltinio lygintuvo schema
GPN kintamosios įtampos generatorius įsijungia, kai gaunama įtampa iš sinchronizatoriaus C (2 pav.). Tai atsitinka tuo momentu, kai į tiristorius tiekiama tiesioginė įtampa, t.y. natūraliuose perjungimo taškuose.
2 pav. Vertikalios vieno kanalo SIFU schema
Iš GPN išvesties pjūklo įtampa tiekiama į JAV palyginimo įrenginį, kur ji lyginama su valdymo įtampa U y (3 pav.). Pjūklo ir valdymo įtampų lygybės momentu US generuoja impulsą, kuris per impulsų skirstytuvą RI patenka į impulsų formuotoją FI1 arba FI2, o po to per išėjimo formuotoją VF1 arba VF2 į lygintuvo tiristorius. Išvesties formuotojai sustiprina atidarymo impulsus galios atžvilgiu ir gali atskirti SIFU nuo galios skyriaus. Komparatorius, pagrįstas operaciniu stiprintuvu, naudojamas kaip JAV.
3 pav. – SIFU darbo schemos
15. Pateikite elektrinės pavaros su trifaziu nuliniu reversiniu lygintuvu su jungtiniu valdymu funkcinę schemą ir paaiškinkite jos veikimo principą.
Bendrai valdant tiristorių rinkinius, atidarymo impulsai vienu metu taikomi abiem VS1, VS2, VS3 ir VS4, VS5, VS6 rinkiniams (1 pav.). Tuo pačiu metu, priklausomai nuo variklio sukimosi krypties, vienas rinkinys veikia lygintuvo režimu, o kitas - inverterio režimu. Armatūros srovė teka per komplektą, veikiantį lygintuvo režimu.
1 paveikslas – jungtinis trifazio nulio vožtuvų rinkinių valdymas
reversinis lygintuvas
Lygintuvo tiristoriaus valdymo sistemoje yra du SIFU (SIFU1, SIFU2) ir analoginis keitiklis A1.
Jei VS1, VS2, VS3 veikia lygintuvo režimu, o VS4, VS5, VS6 inverterio režimu, tai variklis sukasi į priekį. Priešingu atveju variklis sukasi atgal.
Kadangi atidarymo impulsai taikomi abiem rinkiniams, grandinėje per du atvirus vožtuvus, pavyzdžiui, VS1 ir VS6, susidaro uždara transformatoriaus TV1 antrinės apvijos dviejų fazių grandinė.
Šioje grandinėje veikia dviejų antrinės apvijos fazių EMF suma, kuri vadinama išlyginamasis EMF:
kur e 1, e 2 - atitinkamai rinkinių VS1...VS3 ir VS4...VS6 ištaisytas EMF.
EMF išlyginimas e ur sukuria išlyginamąją srovę I ur. Kalbant apie cirkuliacinę srovę, TV1 transformatorius yra trumpojo jungimo režime, nes transformatoriaus aktyvioji ir indukcinė varžos nedidelės. Todėl, siekiant apriboti viršįtampio srovę, į jos srauto grandinę įtraukiami viršįtampio reaktoriai L1 ir L2.
Be viršįtampių reaktorių įjungimo, viršįtampio srovę riboja suderintas rinkinių valdymas, kuriame nuolatinis viršįtampio EMF komponentas. Euras lygus nuliui, t.y.
E ur \u003d E 1 + E 2 \u003d E 0 (cosα 1 + cosα 2) \u003d 0, (1)
kur E 1, E 2- nuolatiniai EML komponentai e 1 ir e 2 atitinkamai; E 0- pastovus ištaisyto EML komponentas, kai α = 0; α 1 , α 2 - aibių VS1...VS3 ir VS4... VS6 atsidarymo kampai.
Sąlyga (1) bus įvykdyta, kai a 1 + a 2 =p. Ši sąlyga yra suderinto tiristorių rinkinių valdymo sąlyga.
Bendras valdymas turi šiuos privalumus:
· Balansuojančios srovės užtikrina abiejų rinkinių laidumą, neatsižvelgiant į variklių apkrovos srovės dydį ir dėl to charakteristikų tiesiškumą (nėra pertraukiamo srovės režimo).
· Didelis greitis, dėl nuolatinio pasirengimo srovės keitimui, kuris nėra susijęs su jokiu perjungimu grandinėje.
Tačiau naudojant bendrą valdymą, būtina įrengti viršįtampio reaktorius, todėl padidėja elektros pavaros masė, kaina ir matmenys. Cirkuliuojančių srovių srautas padidina maitinimo grandinės elementų apkrovą ir sumažina lygintuvo efektyvumą.
16. Nubraižykite elektros pavaros su atbulinės eigos lygintuvu su atskiru valdymu blokinę schemą ir paaiškinkite jos veikimo principą.
Reversiniame lygintuve su atskiru valdymu, kai vienas tiristorių komplektas veikia lygintuvo arba inverterio režimu, kitas komplektas visiškai neveikia (atsidaro impulsai). Dėl to nėra viršįtampio srovės kilpos, todėl nebereikia viršįtampio reaktorių.
Elektros pavaros su atbulinės eigos lygintuvu su atskiru valdymu (RVR) blokinė schema parodyta 1 pav. RVR veikimą užtikrina papildomi tiristoriaus valdymo sistemos elementai: vožtuvo laidumo jutiklis (DPV), loginis perjungimo įrenginys ( LPU), charakteristikų jungiklis (RC).
1 pav. Elektrinės pavaros su reversiniu lygintuvu konstrukcinė schema
su atskiru valdymu
DPV skirtas nustatyti lygintuvo tiristorių būseną (atvirą arba uždarą) ir generuoti signalą apie jų blokavimą, kuris prilygsta srovės nebuvimui rinkiniuose.
LPU atlieka šias funkcijas:
Parenka norimą vožtuvų komplektą "Pirmyn" arba "Atgal" (KV "V" arba KV "N"), priklausomai nuo reikiamos variklio srovės krypties, nustatytos signalu U zt
Draudžia vienu metu atsirasti atidarymo impulsų abiejuose tiristorių rinkiniuose, naudojant klavišus „Pirmyn“ („B“) ir „Atgal“ („H“);
Draudžiama tiekti atidarymo impulsus į pradedančią veikti rinkinį, kol srovė praeis anksčiau veikusiame rinkinyje;
Sudaro laikiną pauzę tarp visų anksčiau veikusio rinkinio tiristorių uždarymo momento ir atidarymo impulsų tiekimo į pradedančią veikti rinkinį momento.
Charakteristikos jungiklis skirtas suderinti SIFU α = ƒ(u y) vienpolio reguliavimo charakteristiką su grįžtamuoju signalu U y.
Variklio keitimas atbuline eiga prasideda nuo greičio atskaitos ženklo pasikeitimo, dėl kurio pasikeičia srovės atskaitos U zt ženklas. Dėl to sumažėja valdymo įtampa U y, padidėja vožtuvo „Priekyje“ tiristorių atsidarymo kampas α 1, todėl sumažėja EMF E 1 ir dėl to sumažėja armatūros srovė iki nulio. Vožtuvų uždarymas fiksuojamas DPV. Gavęs signalą iš DPV, LPU uždraudžia tiekti impulsus abiejų rinkinių tiristoriams (atsidaro "B") ir vienu metu pradeda skaičiuoti laikiną pauzę. Pasibaigus, LPU generuoja leidimą tiekti atidarymo impulsus „Atgal“ vožtuvo rinkinio tiristoriams („N“ užsidaro) ir perjungti PH. Perjungus PH, pasikeičia valdymo įtampos U y poliškumas SIFU įėjime. Nuo šio momento HF "N" pradedamas taikyti atidarymo impulsas su kampu α 2, užtikrinant įrenginio veikimą keitiklio režimu. Kadangi sukimosi EMF yra didesnis nei E 2, armatūros srovė teka priešinga kryptimi. Variklis persijungia į generatoriaus režimą, atlikdamas regeneracinį stabdymą.
Atskiras valdymas turi šiuos privalumus:
Nėra viršįtampių reaktorių, o tai žymiai sumažina reversinio lygintuvo dydį, svorį ir kainą;
Nėra cirkuliuojančios srovės, todėl lygintuve sumažėja galios nuostoliai ir padidėja jo efektyvumas.
Atskiros lygties trūkumai yra šie:
Nutrūkstamo srovės režimo buvimas, dėl kurio reikia tiesinti lygintuvo valdymo charakteristikas;
Sudėtingesnė valdymo sistema dėl sveikatos priežiūros įstaigų, WPV ir PH;
Negyvos pauzės buvimas perjungiant rinkinius.
Pateikite ir apibūdinkite EP uždaras struktūras, pastatytas remiantis išorinių trikdžių kompensavimo ir nukrypimo principu. Nubraižykite nuolatinės srovės elektros pavaros pavaldžios valdymo dviejų kilpų sistemos blokinę schemą ir apibūdinkite jos blokus.
Uždaros konstrukcijos EA yra statomos pagal išorinių trikdžių kompensavimo ir nukrypimo principą, dar vadinamą grįžtamojo ryšio principu.
Kompensavimo principą panagrinėkime kompensavimo pavyzdžiu būdingiausio išorinio elektros pavaros trikdymo - apkrovos momento Ms koreguojant jos greitį ω (1a pav.).
1 pav. Uždarosios EP konstrukcijos
Pagrindinis tokios uždaros EA struktūros bruožas yra grandinės, per kurią signalas proporcingas apkrovos momentui, buvimas.
Um = Km∙Ms, kur Km yra proporcingumo koeficientas.
Dėl to EP valdomas suminis signalas U ∆ , kuris, automatiškai besikeičiantis su apkrovos momento svyravimais, užtikrina greičio palaikymą tam tikrame lygyje. Nepaisant efektyvumo, EA valdymas pagal šią schemą retai atliekamas, nes trūksta paprastų ir patikimų apkrovos momento Ms jutiklių.
Todėl daugumoje uždarų grandinių naudojamas nuokrypio principas, kuriam būdinga grįžtamojo ryšio grandinė, jungianti EA išėjimą prie jo įvesties. Šiuo atveju, reguliuojant greitį, naudojama greičio grįžtamojo ryšio grandinė (1b pav.), pagal kurią informacija apie esamą greičio reikšmę (signalas Uos=Kos ∙ ω) tiekiama į EA įėjimą, kur ji atimama iš greičio atskaitos signalas Uss. Valdymas vykdomas nukrypimo signalu U ∆ =Uzs-Uos (jis dar vadinamas neatitikimo arba klaidos signalu), kuris, jei greitis skiriasi nuo nustatyto, automatiškai atitinkamai keičiasi ir ACS pagalba pašalina šiuos nukrypimus.
Priklausomai nuo reguliuojamų koordinačių tipo, EP naudoja grįžtamąjį ryšį apie greitį, padėtį, srovę, magnetinį srautą, įtampą, EMF.
Subordinuoto reguliavimo sistema.
Norint kontroliuoti EUT judėjimą, kartais reikia pakoreguoti kelias EA koordinates. Pavyzdžiui, srovė (sukimo momentas) ir greitis. Šiuo atveju uždarieji EA atliekami pagal schemą su pavaldžių koordinačių valdymu.
2 pav. Dviejų kilpų pavaldinio valdymo sistemos struktūrinė schema
Šioje schemoje kiekvienos koordinatės reguliavimą atlieka savi valdikliai (srovės RT ir greičio RS), kurie kartu su atitinkamais grįžtamaisiais atsakais su koeficientais K oss ir K oss sudaro uždaras kilpas. Šios grandinės yra išdėstytos taip, kad srovės grandinės Uzt įvesties (nustatymo) signalas būtų išorinės greičio grandinės išėjimo signalas. Taigi vidinė srovės kilpa bus pavaldi išorinei greičio kilpai – pagrindinei reguliuojamai EA koordinatei. Signalas U ∆ iš RT išėjimo tiekiamas į tiristoriaus keitiklį TP. EM elektros variklį sudaro dvi dalys: elektrinė (ESD) ir mechaninė (MChD).
Pagrindinis tokios schemos privalumas yra galimybė optimaliai sureguliuoti kiekvienos koordinatės reguliavimą. Be to, srovės kilpos pavaldumas greičio kilpai leidžia supaprastinti srovės ir sukimo momento ribojimo procesą, kuriam reikia tik palaikyti signalą greičio reguliatoriaus išvestyje (atskaitos signalas). atitinkamu lygiu.
Paaiškinkite, kam skirti statiniai dažnio keitikliai su tarpine nuolatinės srovės grandimi (SFC CRCT). Pateikite CFC CRPT blokines schemas, kurios skiriasi IM statoriaus įtampos reguliavimo būdu.
SFC PZPT yra skirti paversti pastovios amplitudės ir dažnio kintamą įtampą į kintamą įtampą su reguliuojama amplitudė ir dažnis.
Priklausomai nuo įtampos reguliavimo metodo, yra trys SFC CRPT tipai:
1. SFC PZPT su valdomu lygintuvu
Šioje grandinėje įtampos amplitudė reguliuojama lygintuvo išėjime (1 pav.).
1 pav. – SFC PZPT su valdomu lygintuvu
SW – valdomas lygintuvas, kintamosios srovės energiją paverčia nuolatinės srovės energija.
F - filtras, skirtas išlyginti srovės ir įtampos pulsaciją.
I - keitiklis, skirtas paversti nuolatinę srovę į kintamąją.
SUV - lygintuvo valdymo sistema.
IMS – inverterio valdymo sistema.
FP – funkcinis keitiklis, naudojamas dažnio atskaitos signalui U c konvertuoti. f. įtampos atskaitos signale U c. u . priklausomai nuo įgyvendinamo dažnių valdymo dėsnio.
Priklausomai nuo filtro Ф nuolatinės srovės jungtyje, autonominis keitiklis And yra padalintas į AI srovę ir AI įtampą. Dirbtinio intelekto pagrindu veikiančiame FH filtras yra reaktorius L su dideliu induktyvumu (2a pav.). Toks keitiklis yra srovės šaltinis, todėl šioje grandinėje variklio valdymo veiksmas yra dažnis ir statoriaus srovė.
2 pav. – filtrų schemos
AI įtampa yra įtampos šaltinis, kurio filtre, be induktyvumo L, yra didelis kondensatorius C (2b pav.). Variklio valdymo veiksmas FFS sistemoje su AI įtampa yra įtampos amplitudė ir dažnis.
2 pav. SFC PZPT su nevaldomu lygintuvu ir keitikliu su impulsų pločio valdymu (PWIC) nuolatinės srovės jungtyje (3 pav.).
3 pav. – SFC PZPT su nevaldomu lygintuvu ir PSHIU
Šiuo atveju įtampos reguliavimas atliekamas PSHIM, kuris yra sumontuotas tarp nevaldomo HV lygintuvo ir keitiklio I. Nereguliuojama nuolatinė įtampa iš ŠV tiekiama į PSHIM, kur ji reguliuojama verte, konvertuojama į stačiakampių impulsų seka, filtruojama F filtru ir tiekiama į I keitiklio įvestį.
3. SFC PZPT su nekontroliuojamu lygintuvu ir su keitiklio įtampos impulsų pločio moduliavimu (4 pav.).
4 pav. SFC PZPT įtampos impulsų pločio moduliavimas keitiklyje
Šioje schemoje įtampos amplitudės ir dažnio reguliavimas yra derinamas I. Impulso pločio moduliacija pasiekiama naudojant sudėtingą vartų perjungimo algoritmą ir gali būti įgyvendinama tik keitikliuose su valdomais klavišais: su galios tranzistoriais arba su dirbtinai perjungiamais tiristoriais.
PWM valdiklių, naudojančių operacinius stiprintuvus, pranašumai yra tai, kad galima naudoti beveik bet kokį operatyvinį stiprintuvą (žinoma, įprastoje perjungimo grandinėje).
Efektyvus išėjimo įtampos lygis reguliuojamas keičiant įtampos lygį neinvertuojančiame operatyvinio stiprintuvo įėjime, o tai leidžia grandinę naudoti kaip neatskiriamą įvairių įtampos ir srovės reguliatorių, taip pat grandinių su sklandžiu uždegimu ir gesimu dalį. kaitinamųjų lempų.
Schema lengva kartoti, nėra retų elementų, o su tvarkingais elementais pradeda veikti iš karto, be reguliavimo. Galios lauko efekto tranzistorius parenkamas pagal apkrovos srovę, tačiau norint sumažinti šiluminės galios sklaidą, pageidautina naudoti tranzistorius, skirtus didelei srovei, nes. jie turi mažiausiai atvirą pasipriešinimą.
Lauko efekto tranzistoriaus radiatoriaus plotą visiškai lemia jo tipo ir apkrovos srovės pasirinkimas. Jei grandinė bus naudojama įtampai reguliuoti borto tinkluose + 24 V, kad būtų išvengta lauko tranzistoriaus užtvaro gedimo tarp tranzistoriaus kolektoriaus VT1 ir sklendės VT2 turėtų būti įtrauktas 1K rezistorius ir rezistorius R6 šuntas su bet kokiu tinkamu 15 V zenerio diodu, likę grandinės elementai nesikeičia.
Visose anksčiau svarstytose grandinėse, kaip galios lauko tranzistorius, n- kanalų tranzistoriai, kaip labiausiai paplitę ir pasižymintys geriausiomis charakteristikomis.
Jei reikia reguliuoti įtampą esant apkrovai, kurios vienas iš išėjimų yra prijungtas prie „masės“, tada naudojamos grandinės, kuriose n- kanalo lauko tranzistorius kanalizacija yra prijungtas prie maitinimo šaltinio +, o apkrova įjungiama šaltinio grandinėje.
Siekiant užtikrinti visišką lauko tranzistoriaus atidarymą, valdymo grandinėje turi būti mazgas, skirtas padidinti įtampą vartų valdymo grandinėse iki 27–30 V, kaip tai daroma specializuotose mikroschemose. U 6 080B ... U6084B , L9610, L9611 , tada tarp vartų ir šaltinio bus ne mažesnė kaip 15 V įtampa. Jei apkrovos srovė neviršija 10A, galite naudoti galios lauką p - kanalų tranzistoriai, kurių diapazonas dėl technologinių priežasčių gerokai siauresnis. Tranzistoriaus tipas taip pat keičiasi grandinėje VT1 , ir valdymo charakteristika R7 keičia į atvirkštinį. Jei pirmosios grandinės valdymo įtampos padidėjimas (kintamo rezistoriaus slankiklis pasislenka į maitinimo šaltinio "+") sumažina išėjimo įtampą esant apkrovai, tada antroje grandinėje ši priklausomybė yra atvirkštinė. Jei tam tikroje grandinėje reikalinga atvirkštinė išėjimo įtampos priklausomybė nuo įėjimo įtampos nuo pradinės, tada grandinėse reikia pakeisti tranzistorių struktūrą VT1, ty tranzistorius VT1 pirmoje grandinėje reikia prijungti kaip VT1 antroji schema ir atvirkščiai.
Pagrindiniai reguliatorių tipai, naudojami gręžimo įrenginių pavarų valdymo sistemose
Analoginiai valdikliai elektros pavarų pagalbinio valdymo sistemose yra sukurti remiantis operaciniais stiprintuvais (operaciniais stiprintuvais) - nuolatinės srovės stiprintuvais su didele įėjimo ir labai maža išėjimo varža. Integrinių grandynų technologija šiuo metu leidžia gaminti aukštos kokybės ir nebrangius operatyvinius stiprintuvus. Tam tikroje veikimo diapazono dalyje operatyvinis stiprintuvas veikia kaip linijinis įtampos stiprintuvas, turintis labai didelį stiprinimą (10 5–10 6). Jei op-amp grandinė nenumato neigiamo grįžtamojo ryšio iš išvesties į įvestį, tada dėl didelio stiprinimo ji būtinai pateks į soties režimą. Todėl operatyvinio stiprintuvo valdiklio grandinėse yra neigiamų atsiliepimų.
Operacijos stiprintuvas gavo savo pavadinimą dėl to, kad jis gali atlikti įvairias matematines operacijas, tokias kaip daugyba, sumavimas, integravimas ir diferencijavimas. Įprasti reguliatoriai yra pastatyti invertuojamojo stiprintuvo pagrindu, o įvesties ir išvesties grandinėse, be varžų, gali būti ir talpų.
Kadangi operatyvinio stiprintuvo stiprinimas yra didelis (Ku= = 10 5 +10 6), o išėjimo įtampą Uout riboja maitinimo įtampa CPU, tada taško potencialas A(1 pav., a) cpA = wout/Ku yra artimas nuliui, t.y. taškas A atlieka tariamosios žemės funkciją (įžeminti tašką A neįmanoma, kitaip grandinė taps neveikianti).
Ryžiai. 1 pav. Analoginio reguliatoriaus, pagrįsto operaciniu stiprintuvu (a), struktūra. Proporcinio reguliatoriaus su kontroliuojamu išėjimo signalo apribojimu schema (b). Valdiklio su valdomu išėjimo signalo apribojimu įvesties ir išvesties charakteristika (c)
Įvairių tipų reguliatorių schemos, perdavimo funkcijos ir perėjimo funkcijos pateiktos lentelėje.
Įvairių tipų reguliatorių schemos ir dinaminės charakteristikos
Norint gauti proporcingą valdiklį (P-reguliatorių), rezistoriai yra įtraukti į OS įvestį ir grįžtamojo ryšio grandinę; integruotas reguliatorius (I-reguliatorius) apima rezistorių įvesties grandinėje ir kondensatorių grįžtamojo ryšio grandinėje; PI valdiklis į įvesties grandinę-rezistorių, o į grįžtamojo ryšio grandinę - nuosekliai sujungtas rezistorius ir kondensatorius. PID valdiklis gali būti įdiegtas viename stiprintuve, naudojant aktyviąsias talpines grandines įėjime ir grįžtamojo ryšio grandinėje.
Pramonė gamina įvairių tipų operacinius stiprintuvus ant integrinių grandynų (IC) – tiek apvalių, tiek stačiakampių. Labiausiai paplitę reguliatorių konstravimui buvo K140UD7, K553UD2, K157UD2 ir kt.
Galima sumažinti analoginių elektrinių pavarų valdymo sistemų prietaisų dydį ir padidinti jų patikimumą, jų gamybai įdiegus hibridinę technologiją. Gaminant hibridines integrines grandynas (HIC), aktyvieji elementai (OC) montuojami ant spausdintinės plokštės kietojo kūno (neįpakuotos) konstrukcijos, o kondensatoriai ir rezistoriai montuojami naudojant plėvelės technologiją (purškiančios plėvelės iš laidžių, pusiau laidžios ir nelaidžios medžiagos). Gautas modulis gali būti užpildytas mišiniu arba dedamas į korpusą.
Elektros pavaros koordinačių (srovės, greičio ir kt.) ribojimas atliekamas įtraukiant ribojančius mazgus į išorinės valdymo kilpos valdiklio struktūrą. Pastarasis gali būti valdomas ir nevaldomas. pav., 6
parodyta proporcinio reguliatoriaus išėjimo įtampos ribojimo schema su atjungimo diodais VD1, VD2 ir valdoma atskaitos įtampa Vop. Grandinė leidžia gauti asimetrišką kilmės atžvilgiu asimetrišką įvesties-išėjimo charakteristiką su skirtingu ribotos išėjimo įtampos lygiu (pav.) Yra ir kitų galimybių valdyti operatyvinio stiprintuvo išėjimo įtampą naudojant tranzistorius.
Dar visai neseniai buitinių gręžimo įrenginių pavarų automatizuotoje elektrinėje pavaroje daugiausia buvo naudojama analoginė kompiuterinė technologija. Pastaraisiais metais nemažai projektavimo ir tyrimų organizacijų dirba kuriant mikroprocesorines valdymo sistemas. Lyginant su analoginėmis sistemomis, mikroprocesorinės sistemos turi nemažai privalumų. Pažymėkime kai kuriuos iš jų.
Lankstumas. Galimybė perprogramuojant keisti ne tik valdymo sistemos parametrus, bet ir algoritmus bei net struktūrą. Tuo pačiu metu sistemos techninė įranga išlieka nepakitusi. Analoginėse sistemose reikės pertvarkyti aparatinę įrangą. Mikrokompiuterio programinę įrangą galima nesunkiai koreguoti tiek prieš paleidimą, tiek jų veikimo metu. Dėl to sumažėja derinimo darbų sąnaudos ir terminai bei keičiasi jų pobūdis, nes būtinus eksperimentus charakteristikoms ir parametrams nustatyti bei valdiklių reguliavimą gali atlikti pats mikrokompiuteris automatiškai pagal iš anksto paruoštą programa.
Visų apribojimų panaikinimas apie valdymo įtaiso sandarą ir valdymo dėsnius. Tuo pačiu skaitmeninių sistemų kokybės rodikliai gali gerokai viršyti nuolatinio valdymo sistemų valdymo kokybės rodiklius. Įdiegus atitinkamas programas, gali būti įgyvendinami kompleksiniai valdymo dėsniai (optimizavimas, pritaikymas, prognozavimas ir kt.), įskaitant tuos, kuriuos labai sunku įgyvendinti naudojant analoginius įrankius. Atsiranda galimybė spręsti intelektines problemas, užtikrinančias technologinių procesų teisingumą ir efektyvumą. Mikrokompiuterio pagrindu galima sukurti bet kokio tipo sistemas, įskaitant sistemas su antraeiliu valdymu, daugiamates sistemas su kryžminėmis jungtimis ir kt.
Savidiagnostika ir savikontrolė skaitmeniniai valdymo prietaisai. Galimybė patikrinti mechaninių pavarų agregatų, galios keitiklių, jutiklių ir kitos įrangos tinkamumą technologinių pauzių metu, t.y. automatinė įrangos būklės diagnostika ir išankstinis įspėjimas apie avarijas. Šias galimybes papildo pažangūs apsaugos nuo trukdymo įrankiai. Pagrindinis dalykas čia yra analoginių duomenų perdavimo linijų pakeitimas skaitmeninėmis, turinčiomis galvaninę izoliaciją, šviesolaidinius kanalus, triukšmui atsparias integrines grandynas kaip stiprintuvus ir jungiklius.
Didesnis tikslumas dėl to, kad nėra analoginiams įrenginiams būdingo nulinio dreifo. Taigi skaitmeninės sistemos, skirtos valdyti elektrinės pavaros greitį, gali padidinti reguliavimo tikslumą dviem dydžiais, palyginti su analoginėmis.
Lengvas vizualizavimas valdymo proceso parametrus naudojant skaitmeninius indikatorius, indikatorių skydelius ir ekranus, organizuojant interaktyvų informacijos mainų su operatoriumi režimą.
Didesnis patikimumas, mažesni matmenys, svoris ir kaina. Aukštą mikrokompiuterių patikimumą, palyginti su analogine technologija, užtikrina didelių integrinių grandynų (LSI) naudojimas, specialių atminties apsaugos sistemų buvimas, atsparumas triukšmui ir kitos priemonės. Dėl aukšto LSI gamybos technologijos lygio sumažėja elektros pavarų valdymo sistemų gamybos sąnaudos. Šie pranašumai ypač akivaizdūs naudojant vienos plokštės ir vieno lusto kompiuterius.
Valdiklis atlieka neatitikimo skaičiavimą ir jo pavertimą valdymo veiksmu pagal tam tikrą matematinį veiksmą. VSAU daugiausia naudoja šių tipų valdiklius: proporcinį (P), integralinį (I), proporcinį-integralinį (PI), proporcinį-integralinį-darinį (PID). Priklausomai nuo konvertuojamų signalų tipo, išskiriami analoginiai ir skaitmeniniai valdikliai. Analoginiai reguliatoriai (AP) yra įgyvendinami operacinių stiprintuvų pagrindu, skaitmeninis - remiantis specializuotais skaičiavimo įrenginiais arba mikroprocesoriais. Analoginiai valdikliai konvertuoja tik analoginius signalus, kurie yra nuolatinės laiko funkcijos. Praeinant per AR, konvertuojama kiekviena nuolatinio signalo momentinė reikšmė.
Norint įgyvendinti AR, operacinis stiprintuvas (operacinis stiprintuvas) įjungiamas pagal sumavimo stiprintuvo grandinę su neigiamu grįžtamuoju ryšiu. Reguliatoriaus tipą ir jo perdavimo funkciją lemia rezistorių ir kondensatorių prijungimo grandinė grandinėse prie įėjimo ir OS grįžtamojo ryšio.
Analizuodami valdiklius, naudosime dvi pagrindines prielaidas, kurios labai tiksliai atitinka operatyvinį stiprintuvą su neigiamu grįžtamuoju ryšiu tiesiniu veikimo režimu:
Diferencinė įėjimo įtampa U OU lygus nuliui;
Op-amp invertuojantys ir neinvertuojantys įėjimai nevartoja srovės, t.y. įėjimo srovės (2.2 pav.). Kadangi neinvertuojantis įėjimas yra prijungtas prie "nulinės" magistralės, tai pagal pirmąją prielaidą invertuojančio įėjimo potencialas φ a taip pat lygus nuliui.
Ryžiai. 2.2. Proporcinio valdiklio funkcinė diagrama
Pereinant prie (2.1) lygties kintamųjų prieaugio ir naudojant Laplaso transformaciją, gauname P valdiklio perdavimo funkciją:
kur - proporcingas pelnas.
Taigi P valdiklyje atliekamas proporcingas neatitikimo signalo stiprinimas (dauginimas iš konstantos). u lenktynes.
Koeficientas gali būti didesnis arba mažesnis už vieną. Ant pav. 2.3 rodo priklausomybę u adresu = f(t) P valdiklis, kai pasikeičia klaidos signalas u lenktynes.
Integruotas valdiklis (I-reguliatorius) įgyvendinamas, kai į operatyvinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinę įtraukiamas kondensatorius C OU (2.4 pav.). I valdiklio perdavimo funkcija
kur yra integracijos konstanta, s.
Ryžiai. 2.4. Integruoto reguliatoriaus funkcinė schema
I-valdiklyje yra integruotas klaidos signalas u lenktynes.
Į grįžtamąjį ryšį įtraukiant rezistorių R oh ir kondensatorių C OU įgyvendinamas proporcinis-integralus valdiklis (PI valdiklis) (2.6 pav.).
Ryžiai. 2.6. PI valdiklio funkcinė schema
PI valdiklio perdavimo funkcija
yra proporcingųjų ir integralinių valdiklių perdavimo funkcijų suma. Kadangi PI valdiklis turi P ir I valdiklių savybes, jis vienu metu atlieka proporcingą klaidos signalo stiprinimą ir integravimą u lenktynes.
Proporcinis-integralinis-diferencialinis reguliatorius (PID valdiklis) įgyvendinamas paprasčiausiu atveju, į PI valdiklį lygiagrečiai su rezistoriais R 3 ir ROC įtraukiant kondensatorius C 3 ir C OS (2.8 pav.).
Ryžiai. 2.8. PID valdiklio funkcinė schema
PID perdavimo funkcija
kur yra proporcingas PID valdiklio stiprinimas; - diferenciacijos konstanta; - integracijos konstanta; ; .
PID valdiklio perdavimo funkcija yra proporcinio, integraliojo ir diferencinio valdiklio perdavimo funkcijų suma. PID valdiklis vienu metu proporcingas stiprinimas, diferencijavimas ir klaidos signalo integravimas u lenktynes.
17 Klausimas AEP koordinačių jutikliai.
Jutiklio blokinė schema. AED (automatizuota elektrinė pavara) jutikliai naudojami grįžtamojo ryšio signalams pagal valdomas koordinates priimti. Jutiklis yra įrenginys, kuris informuoja apie AED valdomos koordinatės būseną sąveikaudamas su ja ir paversdamas atsaką į šią sąveiką elektriniu signalu.
AED valdomos elektrinės ir mechaninės koordinatės: srovė, įtampa, EMF, sukimo momentas, greitis, poslinkis ir kt. Jiems matuoti naudojami atitinkami jutikliai.
AED koordinačių jutiklis struktūriškai gali būti pavaizduotas kaip nuoseklus matavimo keitiklio (MT) ir suderinimo įrenginio (CS) jungtis (2.9 pav.). Matavimo keitiklis konvertuoja koordinates Xį elektros įtampos signalą ir(arba dabartinė i), proporcingas X . Atitikimo įrenginys konvertuoja išvesties signalą ir IP grįžtamojo ryšio signale u OS , kurios savo dydžiu ir forma tenkina ACS.
Ryžiai. 2.9. AED koordinačių jutiklio struktūrinė schema
Srovės jutikliai. Srovės jutikliai (DT) skirti gauti informaciją apie variklio srovės stiprumą ir kryptį. Jiems taikomi šie reikalavimai:
Valdymo charakteristikos tiesiškumas diapazone nuo 0,1I nom iki 5 I nom ne mažesnis kaip 0,9;
Galios elektros grandinės ir valdymo sistemos galvaninės izoliacijos galimybė;
Didelis našumas.
Dyzeliniame kure kaip matavimo keitikliai naudojami srovės transformatoriai, papildomos (kompensacinės) išlyginamųjų droselių apvijos, Hall elementai, šuntai.
Srovės jutikliai, pagrįsti šuntais, plačiai naudojami variklio srovei matuoti. Šuntas yra keturių gnybtų rezistorius su grynai aktyvia varža R sh (neindukcinis šuntas), prie kurio srovės gnybtų prijungta maitinimo grandinė, o prie potencialo - matavimo.
Pagal Ohmo dėsnį įtampos kritimas per aktyviąją varžą u = R w i.
Norint susilpninti šunto įtaką srovės pratekėjimui variklio grandinėje, jo varža turi būti minimali. Vardinis įtampos kritimas per šuntą paprastai yra 75 mV, todėl jį reikia sustiprinti iki reikiamų verčių (3,0...3,5 V). Kadangi šuntas turi potencialų ryšį su maitinimo grandine, srovės jutiklyje turi būti galvaninės izoliacijos įtaisas. Kaip tokie įrenginiai naudojami transformatoriai ir optoelektroniniai įrenginiai. Srovės jutiklio, pagrįsto šuntu, blokinė schema parodyta fig. 2.13.
Ryžiai. 2.13. Srovės jutiklio struktūrinė schema, pagrįsta šuntu
Šiuo metu srovės jutikliai pagrįsti salės elementai, kurie pagaminti iš puslaidininkinės medžiagos plonos plokštės arba plėvelės pavidalu (2.14 pav.). Kai elektros srovė I X praeina per plokštelę, esančią statmenai magnetiniam laukui su indukcija V, Plokštėje indukuojamas salės emf e X:
kur yra koeficientas, priklausantis nuo medžiagos savybių ir plokštės matmenų.
Įtampos jutikliai. V Kaip matavimo įtampos keitiklis elektrinėje pavaroje naudojami varžiniai įtampos dalikliai (2.16 pav.).
Ryžiai. 2.16.Įtampos jutiklio funkcinė schema
Daliklio išėjimo įtampa.
EMF jutikliai. Esant mažiems greičio reguliavimo diapazono reikalavimams (iki 50), EMF grįžtamasis ryšys naudojamas kaip pagrindinis grįžtamasis ryšys elektrinėje pavaroje.
Ryžiai. 2.17. Armatūros EMF jutiklio funkcinė schema
Greičio davikliai. Norint gauti elektros signalą, proporcingą variklio rotoriaus kampiniam greičiui, naudojami tachogeneratoriai ir impulsų greičio jutikliai. Tachogeneratoriai naudojami analoginėse automatinio valdymo sistemose, impulsiniai – skaitmeninėse.
Greičio jutikliams taikomi griežti valdymo charakteristikų tiesiškumo, išėjimo įtampos stabilumo ir jos pulsacijos lygio reikalavimai, nes jie nustato visos pavaros statinius ir dinaminius parametrus.
Elektrinėje pavaroje plačiai naudojami nuolatinės srovės tachogeneratoriai su nuolatiniais magnetais. Siekiant sumažinti apyvartos pulsacijų lygį, į elektros variklį įmontuoti tachogeneratoriai.
Impulsų greičio jutikliuose kaip pirminis matavimo keitiklis naudojami impulsų poslinkio keitikliai, kuriuose impulsų skaičius yra proporcingas veleno sukimosi kampui.
Padėties jutikliai. VŠiuo metu elektrinėje pavaroje mašinų ir mechanizmų judančių dalių poslinkiui matuoti naudojami indukciniai ir fotoelektroniniai keitikliai.
Indukciniai transformatoriai apima besisukančius transformatorius, selsinus ir induktosinus. Induktosinai gali būti apskriti arba linijiniai.
Rotaciniai transformatoriai (VT) vadinamos kintamosios srovės elektrinėmis mikromašinomis, kurios sukimosi kampą α paverčia šiam kampui proporcinga sinusine įtampa. Automatinėje valdymo sistemoje kaip nesutapimo matuokliai naudojami besisukantys transformatoriai, kurie fiksuoja sistemos nukrypimą nuo tam tikros iš anksto nustatytos padėties.
Besisukantis transformatorius turi dvi identiškas vienfazes paskirstytas apvijas ant statoriaus ir rotoriaus, paslinktas viena nuo kitos 90 °. Įtampa iš rotoriaus apvijos pašalinama naudojant slydimo žiedus ir šepečius arba naudojant žiedinius transformatorius.
VT veikimo sinusiniu režimu principas pagrįstas pulsuojančio statoriaus magnetinio srauto rotoriaus apvijoje sukeltos įtampos priklausomybe nuo statoriaus ir rotoriaus apvijų ašių kampinės padėties.
Selsyn yra kintamosios srovės elektrinė mikromašina su dviem apvijomis: sužadinimo ir sinchronizacijos. Priklausomai nuo žadinimo apvijos fazių skaičiaus, išskiriami vienfaziai ir trifaziai selsinai. Sinchronizavimo apvija visada yra trifazė. ACS yra plačiai naudojami bekontakčiai selsinai su žiediniu transformatoriumi.
Nekontaktinio selsino su žiediniu transformatoriumi sinchronizacinė apvija dedama į statoriaus griovelius, žadinimo apvija – grioveliuose arba ant ryškių selsininio rotoriaus polių. Žiedinio transformatoriaus ypatumas yra tas, kad jo pirminė apvija yra ant statoriaus, o antrinė - ant rotoriaus. Apvijos yra žiedų pavidalo, dedamos į magnetinę sistemą, kurią sudaro žiedinės statoriaus ir rotoriaus magnetinės grandinės, kurios prie rotoriaus yra sujungtos vidine magnetine grandine, o ant statoriaus - išorine. ACS sistemoje sinchronizatoriai naudojami amplitudės ir fazės poslinkio režimuose.
Selsyn apvijų įjungimo amplitudės režimu schema parodyta fig. 2.19. Sinchronizavimo įvesties koordinatė šiame režime yra rotoriaus sukimosi kampas τ. Atskaitos tašku imama fazinės apvijos vidurio linija A.
Ryžiai. 2.19. Selsyn apvijų įjungimo amplitudės režimu funkcinė schema
Selsyn apvijų įjungimo fazės poslinkio režimu schema parodyta fig. 2.20. Selsyn įvesties koordinatė šiuo režimu yra sukimosi kampas τ, o išėjimo koordinatė yra išėjimo EMF fazė φ e kintamos maitinimo įtampos atžvilgiu.
Ryžiai. 2.20. Funkcinė selsyn apvijų įjungimo fazės poslinkio režimu schema
18 Klausimas Impulsinės fazės valdymo sistemos. Tiristoriaus valdymo principai.
Tiristoriai naudojami kaip valdomi jungikliai lygintuvuose. Norint atidaryti tiristorių, turi būti įvykdytos dvi sąlygos:
Anodo potencialas turi viršyti katodo potencialą;
Valdymo elektrodui turi būti taikomas atidarymo (valdymo) impulsas.
Vadinamas momentas, kai tarp tiristoriaus anodo ir katodo atsiranda teigiama įtampa natūralaus atsivėrimo momentas. Atidarymo impulso pristatymas gali būti atidėtas, palyginti su natūralaus atidarymo momentu, atsidarymo kampu. Dėl to atidedamas srovės pratekėjimas per tiristorių, kuris pradeda veikti, ir reguliuojama lygintuvo įtampa.
Lygintuvo tiristoriams valdyti naudojama impulsinio fazės valdymo sistema (SIPC), kuri atlieka šias funkcijas:
Laiko momentų, kuriais turėtų atsidaryti tam tikri tiristoriai, nustatymas; šie laiko momentai nustatomi valdymo signalu, gaunamu iš ACS išvesties į SIFU įvestį;
Perduodamų atidarymo impulsų susidarymas aš tinkamu laiku prie tiristorių valdymo elektrodų ir turint reikiamą amplitudę, galią ir trukmę.
Pagal atidarymo impulsų poslinkio gavimo būdą natūralaus atsidarymo taško atžvilgiu išskiriami horizontalūs, vertikalūs ir integruojantys valdymo principai.
Su horizontaliu valdymu (2.28 pav.), valdymo kintamosios srovės sinusoidinė įtampa u y yra fazinis poslinkis (horizontaliai) įtampos atžvilgiu u 1 tiekiantis lygintuvą. Laiko momentu ωt=α iš valdymo įtampos susidaro stačiakampiai suveikimo impulsai U gt . Horizontalus valdymas elektrinėse pavarose praktiškai nenaudojamas dėl riboto kampo α reguliavimo diapazono (apie 120°).
Vertikalaus valdymo atveju (2.29 pav.) atidarymo impulsų tiekimo momentas nustatomas, kai valdymo įtampa yra lygi. u y (pastovios formos) su kintama atskaitos įtampa (vertikaliai). Įtampos lygybės momentu susidaro stačiakampiai impulsai U gt.
Integruojant valdymą (2.30 pav.) atidarymo impulsų tiekimo momentas nustatomas, kai kintamoji valdymo įtampa yra lygi. ir pas su pastovia atskaitos įtampa U o p Įtampos lygybės momentu susidaro stačiakampiai impulsai U gt.
Ryžiai. 2.28. Horizontalaus valdymo principas
Ryžiai. 2.29. Vertikalaus valdymo principas
Ryžiai. 2.30. Integravimo valdymo principas
Pagal atidarymo kampo a nuskaitymo metodą, SIFU skirstomas į daugiakanalius ir vieno kanalus. Daugiakanaliuose SIFU kampas a kiekvienam lygintuvo tiristorius matuojamas savo kanale, vieno kanalo - viename kanale visiems tiristoriams. Pramoninėje elektrinėje pavaroje daugiausia naudojami daugiakanaliai SIFU su vertikalaus valdymo principu.
TIPINIAI REGULIAVIMO SISTEMŲ ĮRENGINIAI
Reguliatoriai
Svarbi šiuolaikinių automatikos sistemų funkcija yra jos koordinačių reguliavimas, tai yra, reikiamų jų verčių palaikymas reikiamu tikslumu. Ši funkcija įgyvendinama naudojant daugybę skirtingų elementų, tarp kurių reguliatoriai yra itin svarbūs.
Reguliatorius atlieka valdymo signalo konvertavimą, atitinkantį matematinius veiksmus, reikalingus valdymo sistemos veikimo sąlygoms. Įprastos reikalingos operacijos apima tokius signalų konvertavimus: proporcingas, proporcingas-integralus, proporcingas-integralas-darinė.
Analoginio reguliatoriaus pagrindas yra operacinis stiprintuvas - nuolatinės srovės stiprintuvas, kuris, nesant grįžtamojo ryšio, turi didelį stiprinimą. Didžiausią pritaikymą randa integruoto vykdymo operaciniai stiprintuvai. Operacinis stiprintuvas yra daugiapakopė struktūra, kurioje galima atskirti įvesties diferencialinį stiprintuvą ( DU) su atvirkštiniais ir tiesioginiais įėjimais, įtampos stiprintuvu ( JT), realizuojant didelį stiprinimą ir galios stiprintuvą ( PROTAS), užtikrinant reikiamą operacinio stiprintuvo apkrovą. Operacinio stiprintuvo funkcinė schema parodyta fig. 4.1. Vieno lusto mažo dydžio operacinio stiprintuvo konstrukcija lemia aukštą parametrų stabilumą, leidžiantį gauti didelį nuolatinės srovės stiprinimą. Taškai, gauti iš schemos Kl, K2, KZ skirtas prijungti išorines korekcines grandines, kurios sumažina stiprinimą esant aukštiems dažniams ir padidina stiprintuvo stabilumą su grįžtamuoju ryšiu. Be korekcinių grandinių, esant pakankamai aukštiems dažniams, kai sukauptas fazės atsilikimas yra 180 °, grįžtamojo ryšio ženklas pasikeičia, o esant dideliam padidėjimui, operacinis stiprintuvas savaime susijaudina ir pereina į savaiminio virpesių režimą. Ant pav. 4.1 vartojami šie pavadinimai: Aukštyn- stiprintuvo maitinimo įtampa; U ui- įėjimo įtampos valdymas ant atvirkštinio stiprintuvo įėjimo; U pakuotė- įėjimo įtampos valdymas tiesioginiame stiprintuvo įėjime; Išeini yra stiprintuvo išėjimo įtampa. Visos aukščiau nurodytos įtampos yra matuojamos, palyginti su bendru bipolinio maitinimo šaltinio laidu.
Operacinio stiprintuvo įjungimo schemos parodytos fig. 4.2. Operacinio stiprintuvo diferencialinė pakopa turi du valdymo įėjimus: tiesioginį su potencialu U pakuotė ir atvirkščiai su potencialu U ui(4.2 pav., a).
 |
Stiprintuvo išėjimo įtampą lemia stiprinimo ir stiprintuvo įėjimų potencialų skirtumo sandauga, ty
U out \u003d k yo (U pack - U yi) \u003d k yo U y,
kur k yo- operacinio stiprintuvo diferencinis stiprinimas; tu u- stiprintuvo diferencinė įėjimo įtampa, tai yra įtampa tarp tiesioginių ir atvirkštinių įėjimų. Integruotų operacinių stiprintuvų diferencinis stiprinimas, kai nėra grįžtamojo ryšio.
Įvesties įtampos atžvilgiu U vhp ir O va išėjimo įtampa nustatoma pagal skirtumą
U out \u003d k pack U in - k u U in,
kur yra tiesioginis įvesties pelnas k pakuotė ir pagal apverstą įvestį k yi nustatoma pagal stiprintuvo perjungimo grandinę. Tiesioginio įėjimo perjungimo grandinei, parodytai fig. 4.3, b, padidėjimas nustatomas pagal formulę
,
ir perjungimo grandinei ant atvirkštinio įėjimo, parodyta fig. 4.3, v, - pagal formulę
Norint sukurti įvairias reguliatoriaus grandines, dažniausiai naudojama operacinio stiprintuvo grandinė su apverstu įėjimu. Paprastai reguliatoriai turi turėti kelis įėjimus. Įvesties signalai paduodami į 1 tašką (4.2 pav., v) per atskiras įėjimo varžas. Reikalingos reguliatorių perdavimo funkcijos gaunamos dėl sudėtingų aktyviųjų-talpinių varžų grįžtamojo ryšio grandinėje Z os ir įvesties grandinėse Z in. Valdiklio perdavimo funkcija bet kurios įvesties atžvilgiu, neatsižvelgiant į išėjimo įtampos inversiją
. (4.1)
Priklausomai nuo perdavimo funkcijos tipo, operacinis stiprintuvas gali būti laikomas vienu ar kitu funkciniu valdikliu. Ateityje, diegdami reguliatorius, apsvarstysime tik atvirkštinio įėjimo perjungimo grandines.
Proporcinis valdiklis (P valdiklis) - Tai yra kietojo grįžtamojo ryšio operacinis stiprintuvas, parodytas Fig. 4.3, a. Jo perdavimo funkcija
W(p) = k П, (4.2)
kur k P- P reguliatoriaus stiprinimas.
Kaip matyti iš perdavimo funkcijos (4.2), operacinio stiprintuvo dažnių juostos pločio P valdiklio logaritminės amplitudės dažnio atsakas (LAFC) yra lygiagretus dažnio ašiai w, o fazė lygi nuliui (4.3 pav., b).
Integruotas valdiklis (I valdiklis) gaunamas įtraukiant kondensatorių į grįžtamąjį ryšį, kaip parodyta Fig. 4.4, a, kartu integruojant įvesties signalą ir valdiklio perdavimo funkciją
 |
, (4.3)
kur T i \u003d R C os yra integracijos konstanta.
Kaip matyti iš (4.3), išėjimo signalo fazės poslinkis yra - p/ 2, LFR nuolydis yra -20 dB/dek, o logaritminis fazės atsakas (LPFR) yra lygiagretus dažnio ašiai w(4.4 pav., b).
Proporcinis integruotas valdiklis (PI valdiklis ) gaunamas lygiagrečiai sujungus P ir I reguliatorius, tai yra
Perdavimo funkciją (4.4) galite gauti viename operaciniame stiprintuve, įtraukdami aktyviąją talpinę varžą į jo grįžtamąjį ryšį Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), kaip parodyta pav. 4,5, a.
Tada pagal (4.1)
,
kur T 1 = R os C os; T I \u003d R C os; k P \u003d R os / R in.
PI valdiklio logaritminės dažnio charakteristikos parodytos fig. 4,5, b.
Proporcinis diferencialo valdiklis (PD valdiklis) gaunamas lygiagrečiai sujungus P reguliatorių ir diferencialinį D reguliatorių, tai yra
W PD (p) \u003d k P + T D p \u003d k P (T 1 p + 1). (4.5)
Perdavimo funkcija (4.5) gaunama prijungus kondensatorių prie operacinio stiprintuvo įėjimo rezistoriaus, kaip parodyta pav. 4.6, a. Tada, atsižvelgiant į (4.1), turime
kur T 1 = R C in; k P \u003d R os / R in.
 |
PD valdiklio logaritminės dažnio charakteristikos parodytos fig. 4.6, b.
Proporcinis-integralinis-išvestinis valdiklis (PID valdiklis).Šis reguliatorius gaunamas lygiagrečiai sujungus tris reguliatorius - P reguliatorių, I reguliatorių ir D reguliatorių. Jo perdavimo funkcija turi formą
. (4.6)
Perdavimo funkcija (4.6) visada gali būti įgyvendinta lygiagrečiai sujungiant PD valdiklį ir I valdiklį, turintį atitinkamai perdavimo funkcijas (4.5) ir (4.3). Šiuo atveju PID valdiklio grandinė gali būti įdiegta trijuose operaciniuose stiprintuvuose. Pirmasis stiprintuvas įgyvendina PD valdiklio funkciją (4.6 pav., a), antrasis stiprintuvas - I-valdiklio funkcija (4.4 pav., a), trečiasis stiprintuvas (4.3 pav., a) yra pirmojo ir antrojo stiprintuvo išėjimo signalų sumavimo funkcija.
Jei parametrai k P, T ir ir T D nustatyti apribojimą
tada perdavimo funkciją (4.6) galima parašyti kaip
, (4.7)
kur k P \u003d (T 1 + T 2) / T IR; T D \u003d (T 1 T 2) / T Ir.
PID valdiklis su perdavimo funkcija (4.7) yra nuoseklus PD valdiklio ir PI valdiklio sujungimas ir gali būti įdiegtas viename operaciniame stiprintuve su varža grįžtamojo ryšio grandinėje
Z os (p) = R os + 1/(C os p)
ir varža įvesties grandinėje
.
Šiuo atveju valdiklio laiko konstantos T 1 = R C in, T 2 \u003d R os C os, T 0 \u003d R C os.
 |
Vieno stiprintuvo PID valdiklio schema parodyta fig. 4.7, a, ir jo logaritminės dažnio charakteristikos pav. 4.7, b.
Nagrinėjamos PD valdiklio ir PID valdiklio grandinės stiprintuvo įvesties grandinėse turi kondensatorius, kurie aukšto dažnio trukdžiams reiškia varžą, artimą nuliui. Norint padidinti reguliatorių stabilumą, su kondensatoriumi nuosekliai galima prijungti papildomą rezistorių, kurio varža yra maža (bent viena eilės tvarka mažesnė už kondensatoriaus talpą).
Reguliatoriai, jų veikimas ir techniniai įgyvendinimai plačiau aptariami /1/.
Klausimai savęs patikrinimui
1. Kokią funkciją atlieka automatikos sistemų reguliatoriai?
2. Kokias tipines valdymo signalo transformacijas gamina automatikos sistemų reguliatoriai?
3. Koks yra moderniausių analoginių reguliatorių kūrimo pagrindas?
4. Kokios yra pagrindinės operacinių stiprintuvų savybės?
5. Kokios yra tipinio operacinio stiprintuvo įėjimo koordinatės?
6. Kokia yra tipinio operacinio stiprintuvo išėjimo koordinatė?
7. Kokie yra operacinio stiprintuvo funkcinės schemos komponentai?
8. Įvardykite tipines operacinių stiprintuvų įjungimo schemas.
9. Kokia yra tipinė operatyvinio stiprintuvo perjungimo grandinė, paprastai naudojama reguliatoriams įdiegti?
10. Pateikite operacinio stiprintuvo perdavimo funkciją perjungimo grandinei invertuojančiame įėjime.
11. Kokiame elemente operacinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinėje yra proporcinis reguliatorius?
12. Kokiame elemente operacinio stiprintuvo įėjimo grandinėje yra proporcinis reguliatorius?
13. Pateikite proporcinio valdiklio perdavimo funkciją.
14. Kokia yra proporcinio reguliatoriaus amplitudės dažnio ir fazės dažnio charakteristikų forma?
15. Kuriame elemente yra integruotas reguliatorius operacinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinėje?
16. Kokiame elemente yra integruotas reguliatorius operacinio stiprintuvo įėjimo grandinėje?
17. Pateikite integruoto valdiklio perdavimo funkciją.
18. Koks yra integruoto valdiklio logaritminės amplitudės dažnio atsako nuolydis?
19. Kokia yra integruoto valdiklio fazinio dažnio atsakas?
20. Kokius elementus sudaro proporcinio integralinio valdiklio operacinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinė?
21. Kokiame elemente yra proporcinio-integrinio reguliatoriaus operacinio stiprintuvo įėjimo grandinė?
22. Pateikite proporcinio-integralinio valdiklio perdavimo funkciją.
23. Kokiame elemente yra proporcinio diferencialinio valdiklio operacinio stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinė?
24. Pateikite proporcinio diferencialinio valdiklio perdavimo funkciją.
25. Esant kokiems proporcinio-integrinio-diferencialinio valdiklio parametrų apribojimams, jis įgyvendinamas viename operaciniame stiprintuve?
26. Kokiuose elementuose yra viename operaciniame stiprintuve pagaminto proporcinio-integrinio-diferencialinio valdiklio įėjimo grandinė?
27. Kokiuose elementuose yra proporcinio-integrinio-diferencialinio valdiklio grįžtamojo ryšio grandinė, pagaminta ant vieno operacinio stiprintuvo?
Rampos
Tipiškas pagrindinis blokas elektros pavaros valdymo sistemose ir kitose automatikos sistemose yra integratorius arba rampos generatorius(ZI). ZI užduotis yra suformuoti sklandų vairavimo signalo pokytį pereinant iš vieno lygio į kitą, būtent, sukurti linijinį signalo kilimą ir kritimą reikiamu tempu. Pastovioje būsenoje įtampa intensyvumo generatoriaus išėjime yra lygi įtampai jo įėjime.
Ant pav. 4.8 parodyta vieno integruojančio SI, susidedančio iš trijų operacinių stiprintuvų, blokinė schema. Visi stiprintuvai yra prijungti pagal grandinę su invertuojamuoju įėjimu. Pirmasis stiprintuvas U1, veikia be grįžtamojo ryšio, bet su išėjimo įtampos apribojimu U1, turi stačiakampio formos charakteristiką, kuri parodyta neatsižvelgiant į išėjimo įtampos inversiją fig. 4.9 a. Antras operacinis stiprintuvas U2 veikia kaip integratorius su pastoviu integravimo greičiu
(4.8)
Integracijos greitį galima valdyti keičiant R in2. Trečiasis stiprintuvas U3 formuoja neigiamą grįžtamojo ryšio įtampą
. (4.9)
Prijungus prie nustatymo įtampos įėjimo U s išėjimo įtampa tiesiškai didėja pagal (4.8). Laiko momentu t = t p, kada U s \u003d - U os, integravimas sustoja, o išėjimo įtampa, kaip matyti iš (4.9), pasiekia reikšmę 
, lieka nepakitęs. Kai nustatymo įtampa pašalinama iš įėjimo ( U c \u003d 0) vyksta tiesinis išėjimo įtampos mažėjimo iki nulio procesas (4.9 pav., b).
Šio PG išėjimo įtampos kitimo greitis, kaip nurodyta (4.8), gali būti keičiamas keičiant įtampos vertę U 1, pavyzdžiui, stiprintuvo grįžtamojo ryšio grandinėje pasirinkus zenerio diodus U1 kurių stabilizavimo įtampa lygi reikiamai vertei U 1, arba keičiant prekės vertę R in2 C os2.
Ant pav. 4.10, a parodyta kita vieno integravimo SI grandinė, pagaminta remiantis dvipoliu tranzistorius, sujungtas pagal bendros bazės grandinę. Ši grandinė naudoja tranzistoriaus savybes ( T) kaip srovės stiprintuvas. Kondensatoriaus įkrovimas ( SU) visada vyksta esant pastoviai kolektoriaus srovei aš į nustatoma pagal duotą emiterio srovę t.y. Šiuo atveju įtampos kitimo greitis laikui bėgant tu išeini prie išėjimo ZI | du out /dt| = aš į/C. ZI valdymo charakteristika tu išeini = = f(t) parodyta pav. 4.10, b. Išėjimo signalo kitimo greitį galima reguliuoti keičiant įtampą Uh, proporcingai kuriam pasikeičia srovė t.y ir, atitinkamai, srovė aš į, arba keičiant kondensatoriaus talpą. Pastovioje būsenoje kondensatorius visada įkraunamas iki įtampos tu įeini. Lygintuvas užtikrina, kad tranzistoriaus kolektoriaus srovės kryptis būtų pastovi, nepaisant įtampos ženklo tu įeini. GN išsamiai aptariami /1, 7/.
Klausimai savęs patikrinimui
1. Kokiam tikslui automatikos grandinėse naudojami intensyvumo reguliatoriai?
2. Kokios yra intensyvumo generatoriaus įvesties ir išvesties koordinatės?
3. Koks yra rampos generatoriaus statinis stiprinimas?
4. Kaip turėtų kisti įtampa atskirai integruojančių rampos generatorių išėjime, kintant laipsniškai įėjimo įtampai?
5. Kokių stiprintuvų pagrindu yra statomi integraciniai intensyvumo valdikliai?
6. Kiek operacinių stiprintuvų, prijungtų prie atvirkštinio įėjimo, reikia, kad būtų sukurtas vienas integruojantis intensyvumo generatorius?
7. Nurodykite kiekvieno iš trijų operacinių stiprintuvų paskirtį tipinėje vieno integruojančio intensyvumo generatoriaus, pagaminto ant mikroschemų, schemoje.
8. Kokie parametrai įtakoja vieno integruojančio intensyvumo generatoriaus išėjimo įtampos kitimo greitį ant trijų operacinių stiprintuvų?
9. Dėl ko pasiekiamas tiesinis įtampos pokytis per kondensatorių vieno integruojančio tranzistoriaus intensyvumo generatoriaus grandinėje?
10. Kokie parametrai įtakoja pavieniui integruojančio tranzistoriaus intensyvumo generatoriaus išėjimo įtampos kitimo greitį?
Derantys elementai
Funkciniai valdymo sistemų sudėties elementai gali būti nevienalyčiai pagal signalo tipą, srovės tipą, varžą ir galią bei kitus rodiklius. Todėl jungiant elementus iškyla jų charakteristikų derinimo problema. Ši problema išspręsta derinant elementus. Šiai elementų grupei priklauso fazių detektoriai, atitinkantys srovės tipą, skaitmeninio-analoginio ir analoginio-skaitmeno keitikliai, atitinkantys signalo tipą, emiterių sekėjai, derančios įėjimo ir išėjimo varžos, galios stiprintuvai, galvaniniai separatoriai ir kiti elementai. . Koordinavimo funkciją taip pat gali atlikti elementai, paprastai skirti kitiems tikslams. Pavyzdžiui, operacinis stiprintuvas, aptartas 4.1 skirsnyje, yra emiterio sekėjas neinvertuotos įvesties atžvilgiu, kai išėjimo įtampa yra prijungta prie apverstos įvesties.
Pavyzdžiui, galvaniniam atskyrimui galima naudoti transformatoriaus įtampos jutiklį. Tokie ir panašūs elementai yra akivaizdūs arba žinomi ir nebus svarstomi.
Apsvarstykite sudėtingesnius tipinius atitikimo elementus.
Fazės detektorius(PD) mokslinėje ir techninėje literatūroje gavo daugybę kitų pavadinimų: fazei jautrus stiprintuvas, fazei jautrus lygintuvas, fazinis diskriminatorius, demoduliatorius.
FD paskirtis yra konvertuoti įėjimo kintamosios srovės įtampą U inį nuolatinės srovės išėjimo įtampą Išeini, kurio poliškumas ir amplitudė priklauso nuo įėjimo įtampos fazės j. Taigi PD turi dvi įvesties koordinates: įvesties įtampos amplitudę U m ir įėjimo įtampos fazė j ir viena išėjimo koordinatė: vidutinė išėjimo įtampos reikšmė Išeini. Yra du FD veikimo režimai: amplitudės režimas, kai įėjimo įtampos fazė išlieka pastovi, imant vieną iš dviejų reikšmių 0 arba p, U m= var ir Išeini = f(U m); fazinis režimas, kai U in= const, j= var ir Išeini = f(j).
Amplitudės režimu PD naudojamas kaip kintamosios srovės nesutapimo signalo keitiklis į valdymo signalą nuolatinės srovės servo pavarose, kaip kintamosios srovės tachogeneratoriaus išėjimo signalo keitiklis ir pan. Faziniu režimu PD naudojamas valdymo sistemose, kuriose valdomas ir valdomas kintamasis yra sklandžiai besikeičianti fazė.
Paprastai fazės detektoriui įtampos stiprinimo funkcija nepriskiriama.
Todėl PD padidėjimas yra artimas vienybei. Ant pav. 4.11 parodyta visos bangos FD konstrukcijos ekvivalentinė grandinė. Grandinė atitinka nulinės ištaisymo grandinę, kurioje vožtuvai pakeičiami funkciniais jungikliais K1 ir K2. Atsparumas apkrovai R n, ant kurio paskirstyta išėjimo įtampa, jungia vidurio taškus a, 0 EML valdymo raktai ir šaltiniai e at.Į kiekvieną grandinę įvedama valdymo EMF šaltinio vidinė varža R Klavišų būseną valdo etaloninis EMF e op pagal algoritmą: kai e op > 0 K1įjungtas, tai yra
 |
perjungimo funkcija y k1= 1,a K2 išjungtas, t.y. jo perjungimo funkcija y k2 = 0. Dėl e op< 0 y k1 = 0, a y k2= 1. Šį algoritmą galima pavaizduoti formulėmis
y iki 1 = (1+ženklas e op) /2; y iki 2 \u003d (1 ženklas e op) / 2 . (4.10)
Aišku, su uždaromis K1 išvestis emf e išeina tarp taškų a, 0 yra lygus e y, o kai uždaryta K2 e out \u003d - e y, tai yra
e out \u003d e y y k1 - e y y k2. (4.11)
Pakeitus (4.10) į (4.11), gaunama
e out \u003d e y sign e op . (4.12)
Atitinkamai (4.11) ir (4.12) algoritmus, išėjimo EMF kitimo diagrama parodyta 4.12 pav.
e op = E op m sinwt ir e y \u003d E y m sin (wt - j),
kur E op m,E prie m- atskaitos emf ir valdymo emf amplitudės vertės; w- pamatinio EML ir valdymo EML kampinis dažnis, tada vidutinė ištaisytos išvesties EML vertė
. (4.13)
Nes E y m = k p U m, vidutinė išėjimo įtampos vertė 
, tada atsižvelgiant į (4.13)
, (4.14)
kur k p- perdavimo koeficientas iš įėjimo įtampos į valdymo EMF. Jį lemia konkrečios PD grandinės schemos ypatybės.
Dėl j= const = 0 arba j= const = p yra PD veikimo amplitudės režimas, kurio valdymo charakteristika yra tiesi:
U out = k FD U in,
kur, atsižvelgiant į (4.14), PD stiprinimas amplitudės režimu
.
At j= 0 išėjimo įtampos verčių Išeini yra teigiami ir j = p išėjimo įtampos vertės yra neigiamos.
Dėl U in= const ir j= var, vyksta PD fazės režimas, kurio valdymo charakteristika turi formą
U out \u003d k "FD cosj = k "FD sinj",
kur j" = p/2 - j, ir PD perdavimo koeficientą faziniu režimu, atsižvelgiant į (4.14)
;
Prie mažų j" valdymo charakteristika
FD veikimas, jų charakteristikos ir schemos aptartos /1/.
Skaitmeniniai-analoginiai keitikliai(DAC). Keitiklis suderina skaitmeninę valdymo sistemos dalį su analogine. DAC įvesties koordinatė – dvejetainis kelių bitų skaičius A n \u003d a n -1 ... a i ... a 1 a 0, o išėjimo koordinatė yra įtampa Išeini, sudarytas remiantis etalonine įtampa U op(4.13 pav.).
DAC grandinės statomos rezistorių matricos pagrindu, kurios pagalba srovės arba įtampos sumuojamos taip, kad išėjimo įtampa būtų proporcinga įėjimo skaičiui. Kaip DAC dalį galima išskirti tris pagrindines dalis: rezistorių matricą, elektroninius jungiklius, valdomus įvesties numeriu, ir sumavimo stiprintuvą, kuris formuoja išėjimo įtampą. Ant pav. 4.14 paveiksle parodyta paprasta nereversinio DAC schema. Kiekvienas įvesto dvejetainio skaičiaus skaitmuo An rungtynių pasipriešinimas
R i = R 0 / 2 i, (4.15)
kur R0- žemo laipsnio atsparumas.
Rezistorius R i prijungtas prie maitinimo šaltinio su etalonine įtampa U op per elektroninį raktą K i, kuris uždarytas val a i=1 ir atidaryta a i= 0. Aišku, priklausomai nuo reikšmės a iįvesties grandinės varža aš- skaitmuo, atsižvelgiant į (4.15), nustatomas pagal išraišką
R i \u003d R 0 / (2 i a i). (4.16)
Tada už a i= 0 , tai yra, grandinė nutrūkusi, ir už a i\u003d 1 grandinė įjungta ir turi varžą R 0/2 i .
Diagramoje pav. 4.14 operacinis stiprintuvas At sumuoja įvesties sroves ir jos išėjimo įtampą, atsižvelgiant į grandinės žymėjimus ir išraišką (4.16)
Formos išraiška (4.17). U out \u003d f (A n) yra DAC valdymo charakteristika. Jis yra laiptuotos formos, o įtampos skiriamoji geba atitinka mažiausiai reikšmingo skaitmens vienetą,
ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.
Vertė ∆U0 taip pat yra vidutinis DAC perdavimo koeficientas k DAC.
Analoginis skaitmeninis keitiklis(ADC) išsprendžia atvirkštinę problemą – paverčia nuolatinę įėjimo įtampą į skaičių, pavyzdžiui, dvejetainį. Kiekvienas išvesties kelių bitų dvejetainis skaičius Ai atitinka įėjimo įtampos diapazoną:
, (4.18)
kur U ei \u003d ΔU 0 i- išėjimo įtampos etaloninė vertė, atitinkanti išėjimo dvejetainį skaičių Ai; ∆U0- išėjimo įtampos diskretiškumas, atitinkantis mažiausiai reikšmingo išėjimo skaičiaus skaitmens vienetą.
At n-bit ADC, bendras nulinių atskaitos įėjimo įtampos lygių, kurie skiriasi vienas nuo kito, skaičius ∆U0, yra lygus didžiausiam išvesties dešimtainiam skaičiui N = 2 n - 1. Nuo kiekvieno lygio U e i, pagal (4.18), neša informaciją apie skaičių, tuomet galima išskirti pagrindines ADC veikimo operacijas: įėjimo ir atskaitos įtampų palyginimas, lygio numerio nustatymas, išėjimo skaičiaus formavimas duotame kode. . Vidutinis ADC stiprinimas apibrėžiamas kaip atitinkamo DAC stiprinimo atvirkštinis dydis:
k ADC = 1 / ΔU 0.
Tada ADC valdymo charakteristikos lygtis gali būti parašyta kaip
ADC valdymo charakteristika turi laiptuotą formą.
ADC įgyvendinimo schemas galima suskirstyti į du pagrindinius tipus: lygiagretus veiksmas ir serijinis veiksmas.
Pagrindinis lygiagretaus veikimo ADC privalumas yra didelis greitis. Analoginės įvesties įtampos konvertavimas į dešimtainį daugiaženklį skaičių įvyksta tik per du skaitmeninės grandinės elementų veikimo ciklus. Pagrindinis tokių ADC trūkumas yra didelis analoginių lygintuvų ir šlepečių skaičius grandinėje, lygus 2n - 1, todėl kelių bitų lygiagretaus tipo ADC yra nepaprastai brangūs.
Nuosekliam ADC reikalingos žymiai mažesnės techninės įrangos sąnaudos. Ant pav. 4.15 parodyta sekimo ADC grandinė, kuri priklauso nuoseklių grandinių grupei. Diagramoje naudojami anksčiau nepaminėti simboliai: GTI- laikrodžio impulsų generatorius, SR- atvirkštinis skaitiklis, KAM- lyginamoji priemonė, R- išvesties registras. Loginiai pavadinimai IR,ARBA NE visuotinai priimtas.
Palyginimas U in ir Uh yra atliekama naudojant kombinuotą analoginį lyginamąjį įrenginį su dviem išėjimais: „didesnis“ (>) ir „mažiau“ (<). ЕслиU in - U e >∆U0/ 2, tada išvestyje yra vienas signalas, o elementas ir 1 veda laikrodžio impulsus į aukštyn/žemyn skaitiklio sumuojančią įvestį (+1). SR. Išėjimo skaičius auga SR, ir atitinkamai didėja. Uh sukurtas DAC. Jeigu U in - U e < ∆U0 /2 , tada išvestyje pasirodo vienas signalas< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент IR 2 pereiti prie skaitiklio atimties (-1) įvesties SR ir Uh mažėja. Kai sąlyga | U in - U e | = ∆U0 /2 ant abiejų išėjimų KAM nulis signalų ir elementų paryškinami ir 1 ir IR 2 yra užrakinti pagal laikrodžio impulsus. Skaitiklis nustoja skaičiuoti, o jo išvestyje nepakitęs skaičius pasirodo registro išvestyje R. Leidimas įrašyti skaičių į registrą duoda vieno elemento signalą ARBA-NEįtraukta į du išėjimus KAM. Atsižvelgiant į šią diagramą U in ir Uh galima nustatyti, kad ADC yra valdymo sistema, uždaryta pagal išvesties koordinates su valdikliu KAM estafetės veiksmas. Sistema stebi įėjimo įtampos pokytį pastoviu tikslumu ± U 0 /2 ir pateikia skaitmeninį išvesties numerį, atitinkantį U in. Stebėjimo ADC gali greitai konvertuoti tik gana lėtą įėjimo įtampos pokytį.
Pagrindinis nagrinėjamo ADC trūkumas yra prastas veikimas. Nepalankiausiu atveju, kai maksimali įtampa įėjime yra nustatyta į šuolį, reikės išduoti atitinkamą išėjimo vertę skaitmeniniame kode. 2n - 1 ciklai. Kai kurios DAC ir ADC grandinės bei jų veikimas aptartos /1/.
Klausimai savęs patikrinimui
1. Kodėl automatizavimo sistemose naudojami atitikimo elementai?
2. Kokią transformaciją atlieka fazinis detektorius?
3. Kokiais režimais gali veikti fazės detektorius?
4. Kokios fazės detektoriaus įvesties koordinatės?
5. Kokia fazės detektoriaus išėjimo koordinatė?
6. Koks yra fazės detektoriaus amplitudės režimas?
7. Koks fazinio detektoriaus veikimo režimas?
8. Kam automatikos sistemose gali būti naudojami fazių detektoriai?
9. Pateikite fazinio detektoriaus, veikiančio amplitudės režimu, valdymo charakteristikos formulę.
10. Kokį konvertavimą atlieka skaitmeninis-analoginis keitiklis?
11. Kokios yra skaitmeninio-analoginio keitiklio įvesties ir išvesties koordinatės?
12. Kokios yra pagrindinės skaitmeninio-analoginio keitiklio grandinės dalys?
13. Pateikite skaitmeninio-analoginio keitiklio valdymo charakteristikos ir jos vidutinio perdavimo koeficiento skaičiavimo formules.
14. Kokia yra skaitmeninio-analoginio keitiklio valdymo charakteristika?
15. Kokį konvertavimą atlieka analoginis-skaitmeninis keitiklis?
16. Kokios yra analoginio-skaitmeninio keitiklio įvesties ir išvesties koordinatės?
17. Pateikite analoginio-skaitmeninio keitiklio valdymo charakteristikų ir jo vidutinio perdavimo koeficiento skaičiavimo formules.
18. Kokie yra analoginio-skaitmeninio keitiklių tipai?
19. Kokie pagrindiniai lygiagrečių analoginių-skaitmeninių keitiklių privalumai ir trūkumai?
20. Kokie yra pagrindiniai nuoseklių analoginių-skaitmeninių keitiklių privalumai ir trūkumai?
21. Kodėl sekimo analoginio-skaitmeninio keitiklio grandinėje naudojamas skaitmeninis-analoginis keitiklis?
22. Kokia yra didžiausia sekimo analoginio-skaitmeninio keitiklio pastovios būsenos absoliučios konversijos paklaida?
JUTIKLIAI
Klausimai savęs patikrinimui
1. Kokios yra sukimosi kampo jutiklio įvesties ir išvesties koordinatės?
2. Kokios yra klaidos kampo jutiklio įvesties ir išvesties koordinatės?
3. Kokiose sistemose galima naudoti kampo jutiklius ir poslinkio jutiklius?
4. Kiek apvijų ir kur turi trifazis kontaktas selsyn?
5. Kokios yra selsyn įvesties ir išvesties koordinatės?
6. Kokiais režimais gali veikti selsyn?
7. Koks yra selsino amplitudės režimas?
8. Koks yra selsino fazinis režimas?
9. Pateikite selsyn valdymo charakteristikų skaičiavimo formulę veikimo amplitudiniu režimu.
10. Pateikite selsyn valdymo fazinio veikimo režimo charakteristikų skaičiavimo formulę.
11. Kokie veiksniai lemia sinchronizacijos statines paklaidas, kurios iškreipia jo valdymo charakteristiką?
12. Kas sukėlė sukimosi kampo jutiklio greičio paklaidą pagal selsiną?
13. Kokiu režimu selsyn-jutiklis ir selsyn-imtuvas veikia nesutapimo kampo jutiklio grandinėje, jei kaip jo išėjimo koordinatės naudojama selsin-imtuvo rotoriaus EML amplitudės reikšmė ir šio EML fazė?
14. Pateikite nesutapimo jutiklio valdymo charakteristikų skaičiavimo formulę pagal dvi sinchronizacijas, veikiančias transformatoriaus režimu.
15. Kokie yra pagrindiniai selsyn pagrindu veikiančių kampo jutiklių trūkumai?
16. Kokiam tikslui sukimosi kampo daviklių įėjime naudojamos redukcijos matavimo reduktorius?
17. Kokiam tikslui sukimosi kampo jutiklių įėjime naudojami didėjantys matavimo reduktoriai?
18. Kaip keičiasi kampo matavimo paklaida naudojant laiptines matavimo pavaras?
19. Kada tikslinga naudoti diskrečiųjų kampų jutiklius?
20. Kokie pagrindiniai elementai yra projektuojant skaitmeninį kodavimo įrenginį, pagrįstą kodo disku?
21. Kodėl skaitmeninio kodavimo įrenginio, pagrįsto kodo disku, valdymo charakteristika yra laiptuota?
22. Pateikite skaitmeninio sukimosi kampo jutiklio diskretiškumo intervalo skaičiavimo formulę pagal kodų diską.
23. Pateikite skaitmeninio kampo jutiklio absoliučios paklaidos skaičiavimo formulę pagal kodų diską.
24. Kokiomis projektavimo priemonėmis galima padidinti skaitmeninio sukimosi kampo jutiklio, pagrįsto kodo disku, bitų gylį?
Kampinio greičio jutikliai
DC tachogeneratorius yra nuolatinės srovės elektros mašina su nepriklausomu žadinimu arba nuolatiniais magnetais (5.6 pav.). Įvesties koordinatė TG – kampinis greitis w, išėjimas – įtampa Išeini, priskirtas apkrovos pasipriešinimui.
E tg \u003d kФw \u003d I (R tg + R n),
TG perdavimo koeficientas, V/rad; k \u003d pN / (2p a)- konstrukcinė konstanta; F- sužadinimo magnetinis srautas; R tg- armatūros apvijos ir šepečio kontakto atsparumas.
 |
TG pavaros santykis, griežtai tariant, keičiant greitį nekinta pastovus dėl šepečio kontakto pasipriešinimo ir armatūros reakcijos netiesiškumo. Todėl mažų ir didelių greičių zonose valdymo charakteristikoje pastebimas tam tikras netiesiškumas (5.6 pav. b). Netiesiškumas mažo greičio zonoje sumažinamas naudojant metalizuotus šepečius su mažu įtampos kritimu. Charakteristikos netiesiškumas dėl armatūros reakcijos sumažinamas ribojant greitį iš viršaus ir didinant apkrovos pasipriešinimą. Kai imamasi šių priemonių, TG valdymo charakteristikos gali būti laikomos beveik paprastomis.