То передаточную функцию (4.18) можно представить в виде
, (4.20) где ; . ПИД-регулятор с передаточной функцией (4.13) представляет собой последовательное включение ПД- и ПИ-регуляторов и может быть выполнен на одном усилителе с и (рис.4.10, а). Тогда , где ; ; . Логарифмические частотные характеристики регулятора, соответствующие (4.20), приведены на рис. 4.10, б. Для снижения уровня помех на выходе регулятора и повышения устойчивости его работы последовательно с конденсатором может быть включен дополнительный резистор с небольшим сопротивлением, как это было отмечено для ПД – регулятора. Для ПИД-регулятора ; ; . Рис.4.11. Аппериодическое звено 1-го порядка (ИА – регулятор)
Передаточная функция ПИД-регулятора . (4.21) Используя схемы включения операционного усилителя, можно получить различные необходимые для управления передаточные функции регуляторов. Например, при в схеме рис. 4.4. получим передаточную функцию инерционного апериодического звена (ИА-регулятора) . (4.22) Если принять ; ; , то получим передаточную функцию (ПИ)2-регулятора . (4.23) На основе операционных усилителей могут выполняться не только регуляторы, но и другие функциональные блоки, например задающие устройства, формирующие входной сигнал в системе управления. Типовым задающим блоком в системах управления электропривода является интегрозадающее устройство или задатчик интенсивности (ЗИ). Задача ЗИ – сформировать плавное изменение задающего сигнала при переходе от одного уровня к другому, а именно создать линейное нарастание и спадание сигнала с требуемым темпом. На рис. 4.12 представлена структурная схема ЗИ, состоящая из трех операционных усилителей. Первый усилитель А1, работающий без обратной связи, но с ограничением по выходному напряжению , имеет характеристику прямоугольной формы (рис. 4.13, а). Второй операционный усилитель А2 работает интегратором с постоянным темпом интегрирования
. (4.24) Темп интегрирования может регулироваться изменением Rвх2. Третий усилитель УЗ формирует отрицательное напряжение обратной связи
Рис. 4.12. Схема интегрозадающего устройства
Рис. 4.13. Характеристика входного усилителя (а) и диаграмма изменения выходного напряжения (б) интегрозадающего устройства
. При подаче на вход задающего напряжения выходное напряжение линейно возрастает согласно (4.25). В момент времени , когда , интегрирование прекращается, и выходное напряжение, достигнув значения остается далее неизменным. При снятии с входа задающего напряжения () происходит процесс линейного уменьшения выходного напряжения до нулевого значения (рис. 4.13, б).
4.2. Согласующие элементы
Функциональные элементы в составе систем управления – датчики, регуляторы, задающие блоки – могут быть разнородными по типу сигнала, роду тока, по сопротивлениям и мощности и т.п. Поэтому при соединении элементов возникает задача согласования их характеристик. Эту задачу решают согласующие элементы. К данной группе элементов относятся фазовые детекторы, согласующие род тока, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи, согласующие тип сигнала, эмиттерные повторители, согласующие входные и выходные сопротивления, усилители мощности, гальванические разделители и другие элементы. Функцию согласования могут выполнять также элементы, нормально предназначенные для других целей. Например, рассмотренный в § 4.1 операционный усилитель оказывается эмиттерным повторителем относительно неинвертируемого
Рис. 4.14. Входные и выходные координаты фазового детектора
входа при подключении выходного напряжения на инвертируемый вход. Для гальванического разделения может быть использован датчик напряжения. Такие и подобные им элементы оказываются очевидными или известными и не рассматриваются в данном параграфе. Выделим из группы согласующих элементов для рассмотрения функционально более сложные и вместе с тем типовые элементы – фазовые детекторы, а также цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Фазовый детектор (ФД) в научно-технической литературе получил ряд других названий: фазочувствительный усилитель, фазочувствительный выпрямитель, фазовый дискриминатор, демодулятор. В каждом названии делается попытка подчеркнуть основную функцию данного элемента в рассматриваемой схеме. Примем распространенное название – фазовый детектор, вкладывая в него все функции, возлагаемые на данный элемент. Назначение ФД – преобразование входного напряжения переменного тока в выходное напряжение постоянного тока, полярность и амплитуда которого зависят от фазы входного напряжения (φ). Таким образом, ФД имеет две входные координаты и φ и одну выходную координату (рис. 4.14). Различают два режима работы ФД: амплитудный режим, когда фаза входного напряжения остается постоянной, принимая одно из двух значений 0 или p, и ; фазовый режим, когда , , . В амплитудном режиме ФД применяется как преобразователь сигнала рассогласования переменного тока в управляющий сигнал в следящих приводах постоянного тока, как преобразователь выходного сигнала тахогенератора переменного тока, как выходной каскад (демодулятор) в усилителях с промежуточным усилением на переменном токе и т.д. В фазовом режиме ФД применяется в системах управления, в которых контролируемой и управляющей величиной является плавно изменяющаяся фаза. В этом режиме ФД получает питание от фазовращательных устройств. На фазовый детектор, как правило, не возлагается функция усиления напряжения. Поэтому коэффициент усиления ФД близок к единице. На рис. 4.15 изображена расчетная схема замещения двухполупериодного ФД. Схема соответствует нулевой схеме выпрямления, в которой вентили заменены функциональными ключами К1 и К2. Сопротивление нагрузки , на котором выделяется выходное напряжение, соединяет средние точки а, 0 ключей и источников ЭДС управления . В каждый контур введено внутреннее сопротивление источника ЭДС управления . Состоянием ключей управляет опорная ЭДС в соответствии с алгоритмом: для К1 включен, т.е. , a K2отключен.
т.е. ; для , а . Данный алгоритм может быть представлен формулами (4.26) Очевидно, что при замкнутом К1 выходная ЭДС между точками а, О равна , а при замкнутом К2 , т.е. . (4.27)
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|