Operasyonel yükselteç düzenlemesi. Elektrikli bir sürücüdeki düzenleyicileri koordine edin. AmLahx, asimptotik döngüler oluşturmaya ve istenen döngü yöntemini kullanarak denetleyicileri sentezlemeye yönelik bir programdır.

Kontrolör uyumsuzluğu hesaplar ve bunu belirli bir matematiksel işleme göre kontrol eylemine dönüştürür. VSAU temel olarak aşağıdaki kontrolör türlerini kullanır: orantısal (P), integral (I), orantılı-integral (PI), orantısal-integral-türev (PID). Dönüştürülen sinyallerin türüne bağlı olarak analog ve dijital regülatörler ayırt edilir. Analog regülatörler (AR) operasyonel yükselteçlere dayalı olarak uygulanır, dijital - özel bilgi işlem aygıtlarına veya mikroişlemcilere dayalıdır. Analog denetleyiciler yalnızca zamanın sürekli fonksiyonu olan analog sinyalleri dönüştürür. AP'den geçerken sürekli bir sinyalin her anlık değeri dönüştürülür.

AR'yi uygulamak için, negatif geri beslemeli bir toplama yükseltici devresine göre bir işlemsel yükselteç (op-amp) bağlanır. Regülatörün tipi ve transfer fonksiyonu, girişteki devrelerdeki ve op-amp geri beslemesindeki dirençleri ve kapasitörleri bağlamak için kullanılan devre tarafından belirlenir.

Regülatörleri analiz ederken, doğrusal çalışma modunda negatif geri beslemeli bir op-amp için yüksek derecede doğrulukla karşılanan iki ana varsayımı kullanacağız:

Diferansiyel giriş voltajı sen op-amp girişi sıfıra eşittir;

Op-amp'in çevirici ve çevirici olmayan girişleri akım tüketmez, yani. giriş akımları (Şekil 2.2). Evirici olmayan giriş "sıfır" veriyoluna bağlı olduğundan, ilk varsayıma göre evirici girişin potansiyeli φa da sıfırdır.

Pirinç. 2.2. Oransal kontrolörün fonksiyonel diyagramı

Denklem (2.1)'deki değişkenlerin arttırılmasına geçerek ve Laplace dönüşümünü kullanarak P-regülatörünün transfer fonksiyonunu elde ederiz:

Nerede - Oransal kazanç.

Böylece, P-regülatöründe hata sinyalinin orantılı bir amplifikasyonu (sabit ile çarpılarak) gerçekleştirilir. senırk

Katsayı birden büyük veya küçük olabilir. İncirde. 2.3 bağımlılığı gösterir sen en = f(t) Hata sinyali değiştiğinde P-regülatörü senırk

Bir op-amp kapasitör C'nin op-amp geri besleme devresine bağlanmasıyla entegre bir regülatör (I-regülatör) uygulanır (Şekil 2.4). I kontrol cihazının transfer fonksiyonu

entegrasyon sabiti nerede, s.

Pirinç. 2.4. Entegre bir regülatörün fonksiyonel diyagramı

I denetleyicisi hata sinyalini entegre eder senırk

Oransal-integral kontrolör (PI kontrolör), geri besleme döngüsüne bir direnç ROU ve bir kapasitör COU dahil edilerek uygulanır (Şekil 2.6).

Pirinç. 2.6. PI denetleyicinin fonksiyonel şeması

PI kontrol cihazının transfer fonksiyonu

oransal ve integral kontrolörlerin transfer fonksiyonlarının toplamıdır. PI denetleyici, P ve I denetleyicilerin özelliklerine sahip olduğundan, eş zamanlı olarak hata sinyalinin oransal amplifikasyonunu ve entegrasyonunu gerçekleştirir. senırk

Oransal-integral-türevli bir kontrolör (PID kontrolörü), en basit durumda, PI kontrolöründeki C3 ve C OS kapasitörlerini R3 ve ROC dirençlerine paralel olarak bağlayarak uygulanır (Şekil 2.8).

Pirinç. 2.8. PID kontrol cihazının fonksiyonel şeması

PID denetleyici aktarım işlevi

PID kontrol cihazının oransal kazancı nerede; - farklılaşma sabiti; - entegrasyon sabiti; ; .

PID kontrolörün transfer fonksiyonu oransal, integral ve diferansiyel kontrolörlerin transfer fonksiyonlarının toplamıdır. PID denetleyicisi, hata sinyalinin eş zamanlı oransal amplifikasyonunu, farklılaşmasını ve entegrasyonunu gerçekleştirir senırk

17 Soru AEP koordinat sensörleri.

Sensörün blok şeması. AED (otomatik elektrikli tahrik), kontrollü koordinatlara ilişkin geri bildirim sinyallerini almak için sensörleri kullanır. Sensör AED'nin kontrollü koordinatının durumu hakkında onunla etkileşime girerek bilgi veren ve bu etkileşime verilen reaksiyonu elektrik sinyaline dönüştüren bir cihazdır.

AED'de kontrol edilen elektriksel ve mekanik koordinatlardır: akım, voltaj, EMF, tork, hız, yer değiştirme vb. Bunları ölçmek için uygun sensörler kullanılır.

AED koordinat sensörü yapısal olarak bir ölçüm dönüştürücünün (MT) ve bir eşleştirme cihazının (CU) seri bağlantısı olarak temsil edilebilir (Şekil 2.9). Ölçüm dönüştürücü koordinatı dönüştürür X elektrik voltajı sinyalinde Ve(veya mevcut Ben), orantılı X . Eşleştirme cihazı çıkış sinyalini dönüştürür Ve Geri bildirim sinyaline IP sen işletim sistemi , boyutu ve şekli kundağı motorlu silahlara uygundur.

Pirinç. 2.9. AEP koordinat sensörünün blok şeması

Akım sensörleri. Akım sensörleri (CT), motor akımının gücü ve yönü hakkında bilgi elde etmek için tasarlanmıştır. Aşağıdaki gereksinimlere tabidirler:

0,1I nom ila 5 I nom aralığındaki kontrol özelliklerinin doğrusallığı 0,9'dan az değildir;

Güç devresi ve kontrol sisteminin galvanik izolasyonunun mevcudiyeti;

Yüksek performans.

DT'de ölçüm transdüserleri olarak akım transformatörleri, yumuşatma bobinlerinin ek (dengeleme) sargıları, Hall elemanları ve şöntler kullanılır.

Şönt bazlı akım sensörleri motor akımını ölçmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Şant tamamen aktif dirence sahip dört terminalli bir dirençtir R sh (endüktif olmayan şönt), güç devresi akım terminallerine bağlanır ve ölçüm devresi potansiyel terminallerine bağlanır.

Ohm kanununa göre aktif direnç üzerindeki gerilim düşümü ve=R w Ben.

Şantın motor devresindeki akımın geçişi üzerindeki etkisini azaltmak için direnci minimum düzeyde olmalıdır. Şönt boyunca nominal voltaj düşüşü genellikle 75 mV'dir, bu nedenle gerekli değerlere (3,0...3,5 V) yükseltilmesi gerekir. Şöntun güç devresiyle potansiyel bağlantısı olduğundan akım sensörünün galvanik izolasyon cihazı içermesi gerekir. Bu tür cihazlar olarak transformatör ve optoelektronik cihazlar kullanılmaktadır. Şönte dayalı bir akım sensörünün blok şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 2.13.

Pirinç. 2.13.Şönt tabanlı bir akım sensörünün blok şeması

Şu anda, mevcut sensörler dayalı Salon elemanları, ince bir plaka veya film formunda yarı iletken malzemeden yapılmışlardır (Şekil 2.14). Bir elektrik akımı IX, indüksiyonlu bir manyetik alana dik olarak yerleştirilmiş bir plakadan geçtiğinde İÇİNDE, Hall emk'si plakada indüklenir e X:

malzemenin özelliklerine ve plakanın boyutlarına bağlı bir katsayı nerede.

Gerilim sensörleri. İÇİNDE Dirençli voltaj bölücüler, elektrikli bir sürücüde voltaj ölçüm dönüştürücüsü olarak kullanılır (Şekil 2.16).

Pirinç. 2.16. Bir voltaj sensörünün fonksiyonel diyagramı

Bölücü çıkış voltajı.

EMF sensörleri. Hız kontrol aralığına yönelik düşük gereksinimlerle (50'ye kadar), elektrikli sürücüde ana geri bildirim olarak EMF geri bildirimi kullanılır.

Pirinç. 2.17. Armatür EMF sensörünün fonksiyonel şeması

Hız sensörleri. Motor rotorunun açısal hızıyla orantılı bir elektrik sinyali elde etmek için takojeneratörler ve darbe hız sensörleri kullanılır. Takojeneratörler analog otomatik kontrol sistemlerinde, darbeli olanlarda - dijital olanlarda kullanılır.

Hız sensörleri, sürücünün statik ve dinamik parametrelerini bir bütün olarak belirlediklerinden, kontrol özelliklerinin doğrusallığı, çıkış voltajının kararlılığı ve dalgalanma seviyesi açısından katı gereksinimlere tabidir.

Kalıcı mıknatıslı DC takojeneratörler elektrikli sürücülerde yaygınlaştı. Ters titreşim seviyesini azaltmak için elektrik motoruna takojeneratörler yerleştirilmiştir.

Darbeli hız sensörlerinde, birincil ölçüm dönüştürücüsü olarak darbe sayısının milin dönme açısıyla orantılı olduğu darbeli yer değiştirme dönüştürücüleri kullanılır.

Konum sensörleri. İÇİNDEŞu anda, makinelerin ve mekanizmaların hareketli parçalarının hareketini ölçmek için elektrikli sürücülerde endüksiyon ve fotoelektronik dönüştürücüler kullanılmaktadır.

İndüksiyon transformatörleri, dönen transformatörleri, selsinleri ve indüktosinleri içerir. İndüktosinler dairesel veya doğrusal olabilir.

Dönen transformatörler (VT) a dönme açısını bu açıyla orantılı sinüzoidal bir voltaja dönüştüren alternatif akımın elektrikli mikromakineleri olarak adlandırılır. Otomatik kontrol sisteminde dönen transformatörler, sistemin belirli bir konumdan sapmasını kaydeden uyumsuzluk ölçer olarak kullanılır.

Dönen bir transformatör, stator ve rotor üzerinde birbirine 90° kaydırılmış iki özdeş tek fazlı dağıtılmış sargıya sahiptir. Rotor sargısındaki voltaj, kayar halkalar ve fırçalar veya halka transformatörleri kullanılarak giderilir.

Sinüs modunda VT'nin çalışma prensibi, statorun titreşimli manyetik akısı tarafından rotor sargısında indüklenen voltajın, stator ve rotor sargılarının eksenlerinin açısal konumuna bağımlılığına dayanır.

Selsin iki sargılı alternatif akımlı bir elektrik mikro makinesidir: uyarma ve senkronizasyon. Uyarma sargısının faz sayısına bağlı olarak, tek ve üç fazlı senkronlar ayırt edilir. Senkronizasyon sargısı her zaman üç fazlıdır. Kundağı motorlu silahlarda, halka transformatörlü temassız senkronlar yaygın olarak kullanılmaktadır.

Temassız bir senkronizörün halka transformatörlü senkronizasyon sargısı, statorun oluklarında bulunur, uyarma sargısı, senkronizörün rotorunun oluklarında veya belirgin kutuplarında bulunur. Halka transformatörünün özelliği, birincil sargısının stator üzerinde, ikincil sargının ise rotor üzerinde bulunmasıdır. Sargılar, rotora dahili bir manyetik devre ile ve statora harici bir devre ile bağlanan stator ve rotorun halka manyetik çekirdeklerinden oluşan manyetik bir sisteme yerleştirilmiş halkalar biçimindedir. Kundağı motorlu silahlarda genlik ve faz rotasyon modlarında senkronlar kullanılır.

Genlik modunda synsyn sargılarını açmak için devre şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. 2.19. Bu modda senkronizörün giriş koordinatı rotor dönüş açısı τ'dır. Faz sargısının merkez çizgisi referans noktası olarak alınır A.

Pirinç. 2.19. Genlik modunda synsyn sargılarının açılmasının fonksiyonel diyagramı

Faz kaydırma modunda synsyn sargılarının açılmasına yönelik devre şeması Şekil 1'de gösterilmektedir. 2.20. Bu modda senkronizörün giriş koordinatı dönme açısı τ'dır ve çıkış koordinatı, çıkış EMF'sinin φ fazıdır. e alternatif besleme voltajına göre değişir.

Pirinç. 2.20. Faz rotasyon modunda synsyn sargılarının açılmasının fonksiyonel diyagramı

18 Soru Darbe fazlı kontrol sistemleri. Tristör kontrolünün prensipleri.

Doğrultucularda kontrollü anahtar olarak tristörler kullanılır. Tristörü açmak için iki koşulun karşılanması gerekir:

Anot potansiyeli katot potansiyelini aşmalıdır;

Kontrol elektroduna bir açma (kontrol) darbesi uygulanmalıdır.

Tristörün anot ve katodu arasında pozitif bir voltajın ortaya çıktığı ana denir. doğal açılma anı. Açılma dürtüsünün sağlanması, doğal açılma anına göre bir açılma açısı ile geciktirilebilir. Sonuç olarak, tristör giriş işlemi boyunca akım akışının başlaması geciktirilir ve doğrultucu voltajı düzenlenir.

Doğrultucu tristörlerini kontrol etmek için aşağıdaki işlevleri yerine getiren bir darbe faz kontrol sistemi (PPCS) kullanılır:

Belirli tristörlerin açılması gereken anların belirlenmesi; bu zaman anları, ACS çıkışından SIFU girişine gelen bir kontrol sinyali tarafından ayarlanır;

İletilen açma darbelerinin oluşumu BEN tristörlerin kontrol elektrotlarına doğru zamanlarda ve gerekli genlik, güç ve süreye sahip olması.

Doğal açılma noktasına göre açılma darbelerinin kaymasını elde etme yöntemine göre yatay, dikey ve entegre kontrol prensipleri ayırt edilir.

Yatay kontrol ile (Şekil 2.28), kontrol alternatif sinüzoidal voltaj sen y gerilime göre faz dışıdır (yatay olarak) sen 1, doğrultucuyu besliyor. Zamanın bir anında ωt=α Kontrol voltajından dikdörtgen kilit açma darbeleri oluşturulur sen GT . Yatay kontrol, elektrikli tahriklerde pratik olarak kullanılmaz; bunun nedeni, α açısının sınırlı kontrol aralığıdır (yaklaşık 120°).

Dikey kontrol ile (Şekil 2.29), kontrol voltajı eşit olduğunda açma darbelerinin beslenme anı belirlenir. sen değişken referans voltajıyla (dikey) y (şekli sabit). Gerilim eşitliği anında dikdörtgen darbeler oluşur sen GT.

Entegre kontrol ile (Şekil 2.30), alternatif kontrol voltajı eşit olduğunda açma darbelerinin beslenme anı belirlenir. ve sabit referans gerilimi ile sen o s. Gerilim eşitliği anında dikdörtgen darbeler oluşur. sen GT.

Pirinç. 2.28. Yatay kontrol prensibi

Pirinç. 2.29. Dikey kontrol prensibi

Pirinç. 2.30. Entegre kontrol prensibi

Açılma açısını a sayma yöntemine göre SIFU'lar çok kanallı ve tek kanallı olarak ikiye ayrılır. Çok kanallı SIFU'larda, her doğrultucu tristörün açısı a kendi kanalında, tek kanallılarda - tüm tristörler için tek kanalda ölçülür. Endüstriyel elektrikli tahriklerde ağırlıklı olarak dikey kontrol prensibine sahip çok kanallı SIFU'lar kullanılır.

KONTROL SİSTEMLERİNİN TİPİK CİHAZLARI

Düzenleyiciler

Modern otomasyon sistemlerinin önemli bir işlevi koordinatlarının düzenlenmesi, yani gerekli değerlerin gerekli doğrulukla korunmasıdır. Bu işlev, aralarında düzenleyicilerin büyük önem taşıdığı çok sayıda farklı unsur kullanılarak uygulanır.

Regülatör kontrol sisteminin çalışma koşullarının gerektirdiği matematiksel işlemlere karşılık gelen kontrol sinyalinin dönüşümünü gerçekleştirir. Tipik gerekli işlemler aşağıdaki sinyal dönüşümlerini içerir: orantılı, orantılı-integral, orantılı-integral-diferansiyel.

Analog regülatörün temeli operasyonel bir amplifikatördür - geri bildirim olmadığında yüksek bir kazanca sahip olan bir doğru akım amplifikatörü. Entegre işlemsel yükselteçler en yaygın olarak kullanılır. İşlemsel yükselteç, bir giriş diferansiyel yükseltecinin ( DU) ters ve doğrudan girişli, voltaj amplifikatörü ( BM), yüksek kazanç ve bir güç amplifikatörü uygulamak ( AKIL), işlemsel yükselticinin gerekli yük kapasitesini sağlar. İşlemsel yükseltecin fonksiyonel diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.1. İşlemsel yükseltecin tek çipli, küçük boyutlu tasarımı, parametrelerin yüksek stabilitesini sağlar ve bu da yüksek bir DC kazancı elde etmeyi mümkün kılar. Diyagramdan elde edilen noktalar Kl, K2, KZ Yüksek frekanslarda kazancı azaltan ve geri bildirimle amplifikatörün stabilitesini artıran harici düzeltme devrelerini bağlamak için tasarlanmıştır. Düzeltme devreleri olmadan, yeterince yüksek frekanslarda, birikmiş faz gecikmesi 180° olduğunda, geri beslemenin işareti değişir ve büyük bir kazançla işlemsel yükselteç kendi kendini uyarır ve kendi kendine salınım moduna girer. İncirde. 4.1 aşağıdaki gösterimler kullanılmıştır: Yukarı- amplifikatör besleme voltajı; kullanıcı arayüzü- amplifikatörün ters girişi yoluyla giriş kontrol voltajı; U paketi- amplifikatörün doğrudan girişi yoluyla giriş kontrol voltajı; Sen dışarıdasın- amplifikatör çıkış voltajı. Yukarıdaki voltajların tümü, iki kutuplu bir güç kaynağının ortak teline göre ölçülür.

İşlemsel yükseltecin bağlantı devreleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.2. İşlemsel yükselticinin diferansiyel aşaması iki kontrol girişine sahiptir: doğrudan potansiyel ile U paketi ve potansiyelle ters kullanıcı arayüzü(Şekil 4.2, A).

Amplifikatörün çıkış voltajı, kazanç ve amplifikatör girişlerinin potansiyel farkının çarpımı ile belirlenir;

U çıkış = k уо (U yukarı - U уу) = k уо U у,

Nerede peki- işlemsel yükselticinin diferansiyel kazancı; sen- amplifikatörün diferansiyel giriş voltajı, yani doğrudan ve ters girişler arasındaki voltaj. Geri besleme olmadığında entegre işlemsel yükselteçlerin diferansiyel kazancı.

Giriş voltajlarına göre U vhp Ve sen neçıkış voltajı farkla belirlenir

U çıkış = k yukarı U giriş - k ui U giriş,

doğrudan girdi kazançları nerede k paketi ve ters girişle ki ui amplifikatör anahtarlama devresi tarafından belirlenir. Şekil 2'de gösterilen doğrudan giriş anahtarlama devresi için. 4.3, B kazanç formülle belirlenir

,

ve Şekil 2'de gösterilen ters giriş anahtarlama devresi için. 4.3, V, - formüle göre

Çeşitli regülatör devreleri oluşturmak için genellikle ters girişli bir işlemsel yükselteç devresi kullanılır. Tipik olarak düzenleyicilerin birden fazla girişi olması gerekir. Giriş sinyalleri nokta 1'e sağlanır (Şekil 4.2, V) bireysel giriş dirençleri aracılığıyla. Regülatörlerin gerekli transfer fonksiyonları, geri besleme devresindeki karmaşık aktif-kapasitif dirençler sayesinde elde edilir. Z'ler ve giriş devrelerinde Z girişi. Çıkış voltajının ters çevrilmesini hesaba katmadan regülatörün herhangi bir girişe göre transfer fonksiyonu

. (4.1)

Transfer fonksiyonunun türüne bağlı olarak işlemsel yükselteç, bir veya başka bir fonksiyonel düzenleyici olarak düşünülebilir. Gelecekte regülatörleri uygulamak için yalnızca ters girişe dayalı anahtarlama devrelerini ele alacağız.

Oransal kontrolör (P-kontrolör) - Bu, Şekil 2'de gösterilen sıkı geri beslemeli op amp'tir. 4.3, A. Onun transfer fonksiyonu

W(p) = kP, (4.2)

Nerede kP- P-regülatörünün kazancı.

Transfer fonksiyonundan (4.2) takip edildiği gibi, işlemsel yükseltecin bant genişliği dahilinde, P-regülatörün logaritmik genlik frekans tepkisi (LAFC), frekans eksenine paraleldir. w ve faz sıfırdır (Şekil 4.3, B).

İntegral kontrolör (I-regülatör)Şekil 2'de gösterildiği gibi geri besleme döngüsüne bir kapasitör dahil edilerek elde edilir. 4.4, A, giriş sinyalini ve kontrolörün transfer fonksiyonunu entegre ederken

, (4.3)

Nerede C os'ta T ve = R- entegrasyon sabiti.

(4.3)'ten takip edildiği gibi, çıkış sinyalinin faz kayması şuna eşittir: P/ 2, LFC -20 dB/dec eğime sahiptir ve logaritmik faz frekans tepkisi (LPFR) frekans eksenine paraleldir w(Şekil 4.4, B).

Oransal integral denetleyici (PI denetleyici ) P- ve I-regülatörlerin paralel bağlanmasıyla elde edilir, yani

Transfer fonksiyonu (4.4), bir işlemsel yükseltecin geri beslemesine aktif-kapasitif reaktansı dahil ederek elde edilebilir. Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p)Şekil 2'de gösterildiği gibi. 4.5, A.

Daha sonra (4.1)’e göre

,

Nerede T 1 = R ya da C os; C os'ta T ben = R; k P = R os / R in.

PI denetleyicinin logaritmik frekans özellikleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.5, B.

Oransal diferansiyel kontrol cihazı (PD kontrol cihazı) bir P-regülatörünün ve bir diferansiyel D-regülatörünün paralel bağlanmasıyla elde edilir, yani

W PD (p) = k P + T D p = k P (T 1 p+1). (4.5)

Transfer fonksiyonu (4.5), Şekil 2'de gösterildiği gibi op-amp'in giriş direncine bir kapasitör bağlanarak elde edilir. 4.6, A. O zaman (4.1)’i hesaba katarsak,

Nerede T 1 = R, C'de; k P = R os / R in.

PD kontrolörünün logaritmik frekans özellikleri Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.6, B.

Oransal-integral-türev denetleyici (PID denetleyici). Bu regülatör, üç regülatörün paralel bağlanmasıyla elde edilir - P-regülatörü, I-regülatörü ve D-regülatörü. Transfer fonksiyonu şu şekildedir:

. (4.6)

Transfer fonksiyonu (4.6), her zaman, sırasıyla transfer fonksiyonları (4.5) ve (4.3)'e sahip olan bir PD kontrolörü ve bir I kontrolörünün paralel bağlanmasıyla gerçekleştirilebilir. Bu durumda PID kontrol devresi üç işlemsel yükselteç kullanılarak gerçekleştirilebilir. İlk amplifikatör bir PD regülatörünün işlevini yerine getirir (Şekil 4.6, A), ikinci amplifikatör I-regülatörün işlevidir (Şekil 4.4, A), üçüncü amplifikatör (Şekil 4.3, A) birinci ve ikinci amplifikatörlerin çıkış sinyallerinin toplanmasının fonksiyonudur.

Parametreler ise kP, T ben Ve TD kısıtlama getirmek

bu durumda transfer fonksiyonu (4.6) şu şekilde yazılabilir:

, (4.7)

Nerede k P = (T 1 +T 2) / T ben; T D = (T 1 T 2) / T ben.

Transfer fonksiyonuna (4.7) sahip bir PID kontrol cihazı, bir PD kontrol cihazının ve bir PI kontrol cihazının sıralı bağlantısıdır ve geri besleme devresinde dirençli tek bir işlemsel yükselteç üzerinde uygulanabilir.

Z os (p) = R os + 1/(C os p)

ve giriş devresindeki direnç

.

Bu durumda kontrolörün zaman sabitleri T 1 = R, C'de, T 2 =R os C os, T 0 =R, C os'ta.

Bir amplifikatör için PID kontrol devresi Şekil 2'de gösterilmektedir. 4.7, A ve Şekil 2'deki logaritmik frekans özellikleri. 4.7, B.

PD kontrol cihazının ve PID kontrol cihazının dikkate alınan devreleri, amplifikatörün giriş devrelerinde, yüksek frekanslı girişim için sıfıra yakın bir direnci temsil eden kapasitörlere sahiptir. Regülatörlerin stabilitesini arttırmak için, kapasitöre seri olarak küçük dirençli (kapasitörün kapasitansından en az bir büyüklük sırası daha az) ek bir direnç bağlayabilirsiniz.

Düzenleyiciler, bunların işleyişi ve teknik uygulamaları /1/'de daha ayrıntılı olarak ele alınmaktadır.

Kendi kendine test soruları

1. Otomasyon sistemi düzenleyicileri hangi işlevi yerine getirir?

2. Otomasyon sistemlerinin düzenleyicileri tarafından kontrol sinyalinin hangi tipik dönüşümleri gerçekleştirilir?

3. Çoğu modern analog regülatörün yapısının temeli nedir?

4. İşlemsel yükselteçlerin temel özellikleri nelerdir?

5. Tipik bir op-amp'in giriş koordinatları nelerdir?

6. Tipik bir op amp'in çıkış koordinatı nedir?

7. İşlemsel yükseltecin fonksiyonel devresinde yer alan bileşenler nelerdir?

8. İşlemsel yükselteçleri bağlamak için tipik devreleri adlandırın.

9. Regülatörleri uygulamak için genellikle hangi tipik işlemsel yükselteç devresi kullanılır?

10. Evirici giriş devresi için işlemsel yükseltecin transfer fonksiyonunu verin.

11. İşlemsel yükseltecin geri besleme devresinde oransal denetleyici hangi elemanda bulunur?

12. İşlemsel yükseltecin giriş devresinde oransal denetleyici hangi elemanda bulunur?

13. Oransal kontrolörün transfer fonksiyonunu veriniz.

14. Oransal denetleyicinin genlik frekansı ve faz frekansı özellikleri nelerdir?

15. İşlemsel yükseltecin geri besleme devresinde hangi eleman entegre bir regülatör içerir?

16. İşlemsel yükseltecin giriş devresinde hangi eleman entegre bir regülatör içerir?

17. İntegral regülatörün transfer fonksiyonunu veriniz.

18. Bir integral regülatörün logaritmik genlik frekans tepkisinin eğimi nedir?

19. İntegral regülatörün faz frekans tepkisi nedir?

20. İşlemsel yükseltecin geri besleme devresi hangi elemanları içerir?

21. Oransal-integral regülatörün işlemsel yükseltecinin giriş devresini hangi eleman içerir?

22. Oransal-integral kontrolörün transfer fonksiyonunu veriniz.

23. Oransal diferansiyel regülatörün işlemsel yükselticisinin geri besleme devresini hangi eleman içerir?

24. Oransal-diferansiyel kontrolörün transfer fonksiyonunu verin.

25. Oransal-integral-türev kontrolörünün parametreleri üzerindeki hangi kısıtlamalar altında, tek bir işlemsel yükselteç üzerinde uygulanır?

26. Tek bir işlemsel yükselteci temel alan oransal-integral-türevli kontrolörün giriş devresi hangi elemanları içerir?

27. Tek bir işlemsel yükselteci temel alan orantısal-integral-türevli bir kontrolörün geri besleme devresi hangi elemanları içerir?

Yoğunluk kontrolörleri

Elektrikli tahrik kontrol sistemleri ve diğer otomasyon sistemlerinde tipik bir ana ünite entegratör veya yoğunluk kontrolörü(ZI). SI'nın görevi, bir seviyeden diğerine geçerken ana sinyalde yumuşak bir değişiklik oluşturmak, yani sinyalin gerekli oranda doğrusal bir yükselişini ve düşüşünü oluşturmaktır. Kararlı durumda, yoğunluk jeneratörünün çıkışındaki voltaj, girişindeki voltaja eşittir.

İncirde. Şekil 4.8, üç işlemsel yükselteçten oluşan tek entegreli SI'nın blok diyagramını göstermektedir. Tüm amplifikatörler, ters girişli bir devreye göre bağlanır. İlk amplifikatör U1, geri bildirim olmadan çalışır ancak çıkış voltajı sınırlamasıyla çalışır U1,Şekil 2'de çıkış voltajının ters çevrilmesi dikkate alınmadan gösterilen dikdörtgen bir özelliğe sahiptir. 4.9, A. İkinci işlemsel yükselteç U2 sabit bir entegrasyon oranına sahip bir entegratör olarak çalışır

(4.8)

Entegrasyon oranı değiştirilerek ayarlanabilir Rin2. Üçüncü amplifikatör U3 negatif geri besleme voltajı üretir

. (4.9)

Girişe bir referans voltajı uygulandığında U zçıkış voltajı (4.8)'e göre doğrusal olarak artar. Zamanın bir anında t=tp, Ne zaman U з = - U os, entegrasyon durur ve çıkış voltajı (4.9)'daki gibi aşağıdaki değere ulaşır , daha da değişmeden kalır. Ayar voltajını girişten çıkarırken ( u z = 0) çıkış voltajının sıfıra doğrusal olarak düşürülmesi süreci meydana gelir (Şekil 4.9, B).

Bu koruyucu cihazın çıkış voltajının değişim hızı, (4.8)'de belirtildiği gibi, voltaj değerinin değiştirilmesiyle değiştirilebilir. U 1örneğin amplifikatör geri besleme devresindeki zener diyotları seçerek U1 gerekli değere eşit stabilizasyon voltajı ile U 1 veya ürünün değerini değiştirerek R in2 C oc2.

İncirde. 4.10, A Gösterilen, ortak bir tabana sahip bir devreye göre bağlanan iki kutuplu bir transistör temelinde yapılan tek entegreli bir SI'nın başka bir devresidir. Bu devre bir transistörün özelliklerini kullanır ( T) bir akım yükselticisi olarak. Kapasitör şarjı ( İLE) her zaman sabit bir kollektör akımında meydana gelir ben, verilen emitör akımı tarafından belirlenir ben e. Bu durumda voltajın zaman içindeki değişim oranı dışarıdasın ZI çıkışında | du out /dt| = ben/C. ZI kontrolünün özellikleri dışarıdasın = = f(t)Şekil 2'de gösterilmiştir. 4.10, B. Çıkış sinyalinin değişim hızı voltajı değiştirerek ayarlanabilir sen akımın değiştiği oranda ben e ve buna bağlı olarak mevcut ben veya kapasitörün kapasitansını değiştirmek. Kararlı durumda, kapasitör her zaman voltajla şarj edilir sen içeridesin. Doğrultucu köprü, voltajın işaretinden bağımsız olarak transistör kolektör akımının sabit bir yönünü sağlar sen içeridesin. ZI /1, 7/'de ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.

Kendi kendine test soruları

1. Otomasyon devrelerinde yoğunluk kontrolörleri hangi amaçla kullanılır?

2. Yoğunluk üretecinin giriş ve çıkış koordinatları nelerdir?

3. Yoğunluk üretecinin statik kazancı nedir?

4. Tek entegreli yoğunluk jeneratörlerinin çıkışındaki voltaj, giriş voltajındaki adım değişiklikleriyle nasıl değişmeli?

5. Entegre yoğunluk kontrolörleri hangi amplifikatörlere dayanarak inşa ediliyor?

6. Bir kerelik entegre yoğunluk kontrolörünü uygulamak için ters giriş yoluyla bağlanan kaç işlemsel yükselteç gereklidir?

7. Mikro devreler üzerinde yapılan tipik bir tek entegre yoğunluk kontrol devresindeki üç işlemsel yükseltecin her birinin amacını belirtin.

8. Üç işlemsel yükselteç üzerindeki tek entegreli yoğunluk üretecinin çıkış voltajının değişim hızını hangi parametreler etkiler?

9. Tek entegreli transistör yoğunluk kontrolörünün devresinde kapasitör üzerindeki voltajda doğrusal bir değişiklik nasıl elde edilir?

10. Tek entegreli transistörlü yoğunluk kontrol cihazının çıkış voltajının değişim hızını hangi parametreler etkiler?

Eşleşen öğeler

Kontrol sistemlerindeki işlevsel öğeler, sinyal türü, akım türü, direnç ve güç ve diğer göstergeler açısından heterojen olabilir. Bu nedenle elemanları bağlarken özelliklerini koordine etme görevi ortaya çıkar. Bu sorun elemanların eşleştirilmesiyle çözülür. Bu eleman grubu, akım tipine uygun faz dedektörlerini, sinyal tipine uygun dijital-analog ve analog-dijital dönüştürücüleri, verici takipçilerini, eşleşen giriş ve çıkış dirençlerini, güç amplifikatörlerini, galvanik ayırıcıları ve diğer elemanları içerir. . Koordinasyon işlevi normalde başka amaçlara yönelik unsurlar tarafından da gerçekleştirilebilir. Örneğin, bölüm 4.1'de tartışılan işlemsel yükseltecin, çıkış voltajı ters çevrilmiş girişe bağlandığında, evirmeyen bir girişe göre bir verici takipçisi olduğu ortaya çıkar.

Galvanik ayırma için örneğin bir transformatör voltaj sensörü kullanılabilir. Bu ve benzeri unsurlar açık veya bilindik olup değerlendirmeye alınmayacaktır.

Daha karmaşık standart eşleştirme öğelerini ele alalım.

Faz dedektörü(PD), bilimsel ve teknik literatürde bir dizi başka isim almıştır: faza duyarlı amplifikatör, faza duyarlı doğrultucu, faz ayırıcı, demodülatör.

FD'nin amacı giriş AC voltajını dönüştürmektir. Sen içeridesin V DC çıkış voltajı Sen dışarıdasın polaritesi ve genliği giriş voltajının fazına bağlı olan J. Böylece PD'nin iki giriş koordinatı vardır: giriş voltajının genliği m cinsinden U ve giriş voltajı fazı J ve bir çıkış koordinatı: çıkış voltajının ortalama değeri Sen dışarıdasın. PD işleminin iki modu vardır: giriş voltajının fazı sabit kaldığında, iki değerden birini alarak 0 veya P, m cinsinden U= var ve Sen dışarıdasın = f(m cinsinden U); faz modu ne zaman Sen içeridesin= sabit, J= var ve Sen dışarıdasın = f(j).

Genlik modunda PD, bir AC uyumsuzluk sinyalinin DC servo sürücülerdeki bir kontrol sinyaline dönüştürücüsü olarak, bir AC takojeneratörün çıkış sinyalinin dönüştürücüsü olarak vb. kullanılır. Faz modunda PD, kontrol edilen ve kontrol değişkeninin düzgün şekilde değişen bir faz olduğu kontrol sistemlerinde kullanılır.

Faz dedektörüne kural olarak voltaj yükseltme işlevi atanmamıştır.

Bu nedenle PD kazancı birliğe yakındır. İncirde. Şekil 4.11 tam dalga PD'nin hesaplanan eşdeğer devresini göstermektedir. Devre, valflerin işlevsel anahtarlarla değiştirildiği sıfır düzeltme devresine karşılık gelir. K1 Ve K2. Yük direnci Rn,çıkış voltajının tahsis edildiği orta noktaları birbirine bağlar A, 0 EMF kontrolünün anahtarları ve kaynakları e y. Kontrol EMF kaynağının iç direnci her devreye verilir Ry. Anahtarların durumu referans EMF tarafından kontrol edilir operasyon algoritmaya göre: e op > 0 için K1 dahil, yani

anahtarlama fonksiyonu y k1= 1,a K2 devre dışı, yani anahtarlama işlevi yk2 = 0. İçin operasyon< 0 yk1 = 0, A yk2= 1. Bu algoritma aşağıdaki formüllerle temsil edilebilir

y'den 1'e = (1+işaret e işlem) /2; y'den 2'ye = (1-işaret e op) /2 . (4.10)

Açıkçası kapalı K1çıkış emk'si dışarı noktalar arasında A, 0 eşittir e-ey, ve kapatıldığında K2 e çıkış = - e y, yani

e dışarı = e y y k1 - e y y k2. (4.11)

(4.10)'u (4.11)'e değiştirmek şunu verir:

e çıkış = e y işareti e op . (4.12)

Algoritmalara (4.11) ve (4.12) karşılık gelen çıkış EMF'sindeki değişikliklerin şeması Şekil 4.12'de gösterilmektedir.

e op = E op m sinwt Ve e y = E y m sin(wt - j),

Nerede E işlem m,E e m- referans EMF ve kontrol EMF'nin genlik değerleri; w referans EMF'nin ve kontrol EMF'nin açısal frekansıdır, ardından düzeltilmiş çıkış EMF'sinin ortalama değeridir

. (4.13)

Çünkü E y m = k p U cinsinden m, ortalama çıkış voltajı , daha sonra (4.13) dikkate alınarak

, (4.14)

Nerede kp- giriş voltajından kontrol EMF'sine transfer katsayısı. Belirli bir PD devre şemasının özelliklerine göre belirlenir.

İçin J= sabit = 0 veya J= sabit = P PD'nin kontrol karakteristiğinin basit olduğu bir genlik çalışma modu vardır:

U çıkış = k FD U giriş,

(4.14) dikkate alındığında genlik modundaki PD kazancı

.

Şu tarihte: J= 0 çıkış voltajı değerleri Sen dışarıdasın pozitif ve ne zaman J = Pçıkış voltajı değerleri negatiftir.

İçin Sen içeridesin= sabit ve J= var PD'nin, kontrol karakteristiğinin şu şekilde olduğu bir faz modu vardır:

U çıkış = k " FD cosj = k "FD sinj",

Nerede j " = p/2 - j ve dikkate alınarak faz modunda PD iletim katsayısı (4.14)

;

küçük J" kontrol karakteristiği

PD'lerin çalışması, özellikleri ve devre şemaları /1/'de tartışılmaktadır.

Dijitalden Analoga Dönüştürücüler(DAC). Dönüştürücü, kontrol sisteminin dijital kısmını analog olanla eşleştirir. DAC'ın giriş koordinatı ikili çok bitli bir sayıdır Bir n = bir n -1 …a ben …a 1 a 0 ve çıkış koordinatı voltajdır Sen dışarıdasın, referans voltajına göre üretilir sen(Şekil 4.13).

DAC devreleri, çıkış voltajının giriş sayısıyla orantılı olması için akımların veya voltajların toplandığı bir direnç matrisi temelinde inşa edilir. DAC üç ana bölümden oluşur: bir direnç matrisi, giriş numarasıyla kontrol edilen elektronik anahtarlar ve çıkış voltajını üreten bir toplama amplifikatörü. İncirde. Şekil 4.14, geri dönüşü olmayan bir DAC'nin basit devresini göstermektedir. Giriş ikili sayısının her basamağı Bir dirence karşılık gelir

R ben = R 0 / 2 ben, (4.15)

Nerede R0- düşük dereceli direnç.

Direnç Ri referans voltajına sahip bir güç kaynağına bağlanır sen elektronik anahtar aracılığıyla Kişu saatte kapalı: bir ben=1 ve şu saatte aç: bir ben= 0. Açıkçası, değere bağlı olarak bir ben için giriş devresi direnci Ben-(4.15) ifadesi dikkate alınarak th kategorisi belirlenecektir.

R ben = R 0 /(2 i a ben). (4.16)

Bundan dolayı ve ben= 0, yani devre bozuktur ve bir ben=1 devre açık ve dirençli R 0 /2 ben .

Şekil 2'deki diyagramda. 4.14 işlemsel yükselteç sen devre gösterimini ve ifadesini (4.16) dikkate alarak giriş akımlarını ve çıkış voltajını toplar

Formun ifadesi (4.17) U çıkış = f(A n)- Bu DAC'nin kontrol özelliğidir. En az önemli birime karşılık gelen bir voltaj ayrıklığına sahip kademeli bir şekle sahiptir,

ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.

Büyüklük ΔU 0 aynı zamanda DAC'nin ortalama transfer katsayısıdır k DAC.

Analogtan dijitale dönüştürücü(ADC) ters problemi çözer - sürekli giriş voltajını bir sayıya, örneğin ikiliye dönüştürür. Her çıkış çok bitli ikili sayı bir ben giriş voltajı değişim aralığına karşılık gelir:

, (4.18)

Nerede U ei = ΔU 0 ben- çıkış ikili sayısına karşılık gelen çıkış voltajının referans değeri bir ben; ΔU 0- çıkış numarasının en az anlamlı basamağının birimine karşılık gelen çıkış voltajının ayrıklığı.

Şu tarihte: N-bit ADC, birbirinden farklı olan sıfır olmayan referans giriş voltajı seviyelerinin toplam sayısı ΔU 0, maksimum çıkış ondalık sayısına eşit N=2 n - 1. Her seviyeden beri sen ben(4.18)'e göre sayı hakkında bilgi taşır, daha sonra ADC'nin çalışmasında ana işlemleri ayırt edebiliriz: giriş ve referans gerilimlerinin karşılaştırılması, seviye numarasının belirlenmesi, belirli bir kodda çıkış numarasının oluşturulması . Ortalama ADC kazancı, karşılık gelen DAC kazancının tersi olarak tanımlanır:

k ADC = 1 / ΔU 0.

Daha sonra ADC kontrol karakteristiğinin denklemi şu şekilde yazılabilir:

ADC kontrol karakteristiğinin bir adım formu vardır.

ADC uygulama devreleri iki ana türe ayrılabilir: paralel eylem ve sıralı eylem.

Paralel ADC'nin temel avantajı yüksek performansıdır. Analog giriş voltajının ondalık çok basamaklı bir sayıya dönüştürülmesi, dijital devre elemanlarının yalnızca iki saat döngüsünde gerçekleşir. Bu tür ADC'lerin ana dezavantajı, devredeki çok sayıda analog karşılaştırıcı ve flip-flop'tur. 2 n - 1 bu da çok bitli paralel ADC'leri aşırı derecede pahalı hale getirir.

Seri bir ADC'de önemli ölçüde daha düşük donanım maliyetleri gerekir. İncirde. Şekil 4.15 sıralı devreler grubuna ait olan bir izleme ADC devresini göstermektedir. Diyagram daha önce belirtilmeyen sembolleri kullanır: GTI- saat puls üreteci, SR- ters sayaç, İLE- karşılaştırıcı, R- çıkış kaydı. Mantıksal elemanların tanımları VE,YA DA HAYIR Genel olarak kabul edilmiş.

Karşılaştırmak Sen içeridesin Ve sen iki çıkışlı birleşik bir analog karşılaştırıcı üzerinde gerçekleştirilir: “daha ​​fazla” (>) ve “daha ​​az” (<). ЕслиU in - U e >ΔU 0/ 2, ardından > çıkışında tek bir sinyal belirir ve eleman Ve 1 saat darbelerini yukarı/aşağı sayacının toplama girişine (+1) iletir SR.Çıkış sayısı artıyor SR ve buna göre artar Ah, DAC'yi oluşturdu. Eğer U in - U e < ΔU 0 /2 , ardından çıkışta tek bir sinyal belirir< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент VE 2 sayacın çıkarma girişine (-1) geçiş SR Ve sen azalır. Koşul ne zaman | U in - U e | = ΔU 0 /2 her iki çıkışta İLE sıfır sinyaller ve öğeler vurgulanır Ve 1 Ve VE 2 saat darbeleri için kilitlenir. Sayaç saymayı durdurur ve çıkışında değişmeden kalan sayı, yazmaç çıkışında görünür. R. Bir kayda sayı yazma izni tek elemanlı bir sinyalle verilir VEYA-OLUMSUZ, iki çıkışta bulunur İLE. Bu diyagram göz önüne alındığında Sen içeridesin Ve Ah, ADC'nin çıkış koordinatı boyunca bir denetleyiciyle kapalı bir kontrol sistemi olduğu tespit edilebilir. İLE röle eylemi. Sistem, giriş voltajındaki değişimi DAC çıkışındaki referans voltajıyla ± sabit durum doğruluğuyla izler. U 0 /2 ve dijital çıkışa karşılık gelen bir sayı çıkarır Sen gir. Bir izleme ADC'si, giriş voltajındaki yalnızca oldukça yavaş bir değişimi hızlı bir şekilde dönüştürebilir.

Söz konusu ADC'nin ana dezavantajı zayıf performansıdır. En olumsuz durumda, girişteki maksimum voltaj aniden ayarlandığında, karşılık gelen çıkış değerini dijital kodda üretmek gerekli olacaktır. 2 n - 1 atım Bazı DAC ve ADC devreleri ve bunların işleyişi /1/'de tartışılmaktadır.

Kendi kendine test soruları

1. Otomasyon sistemlerinde neden eşleştirme elemanları kullanılır?

2. Faz dedektörü tarafından hangi dönüşüm gerçekleştirilir?

3. Faz dedektörü hangi modlarda çalışabilir?

4. Faz dedektörünün giriş koordinatları nelerdir?

5. Faz dedektörünün çıkış koordinatı nedir?

6. Faz dedektörünün genlik çalışma modu nedir?

7. Faz dedektörünün faz çalışma modu nedir?

8. Otomasyon sistemlerinde faz dedektörleri ne amaçla kullanılabilir?

9. Genlik modunda çalışan bir faz dedektörünün kontrol karakteristiklerinin formülünü verin.

10. Dijitalden analoga dönüştürücü tarafından hangi dönüşüm gerçekleştirilir?

11. Dijital-analog dönüştürücünün giriş ve çıkış koordinatları nelerdir?

12. Dijital-analog dönüştürücü devresinin ana parçaları nelerdir?

13. Dijital-analog dönüştürücünün kontrol özelliklerini ve ortalama iletim katsayısını hesaplamak için formüller verin.

14. Dijitalden analoğa dönüştürücünün kontrol karakteristiği ne türdür?

15. Analogdan dijitale dönüştürücü tarafından hangi dönüşüm gerçekleştirilir?

16. Analogdan dijitale dönüştürücünün giriş ve çıkış koordinatları nelerdir?

17. Analogdan dijitale dönüştürücünün kontrol özelliklerini ve ortalama iletim katsayısını hesaplamak için formüller verin.

18. Ne tür analogdan dijitale dönüştürücüler vardır?

19. Paralel analogdan dijitale dönüştürücülerin temel avantajları ve dezavantajları nelerdir?

20. Seri analogdan dijitale dönüştürücülerin temel avantajları ve dezavantajları nelerdir?

21. Analogdan dijitale dönüştürücü izleme devresinde neden dijitalden analoğa dönüştürücü kullanılır?

22. İzlemeli analog-dijital dönüştürücünün maksimum kararlı durum mutlak dönüşüm hatası nedir?

SENSÖRLER

Kendi kendine test soruları

1. Dönme açısı sensörünün giriş ve çıkış koordinatları nelerdir?

2. Yanlış hizalama açısı sensörünün giriş ve çıkış koordinatları nelerdir?

3. Açı sensörleri ve eksen kaçıklık sensörleri hangi sistemlerde kullanılabilir?

4. Üç fazlı kontak senkronizasyonunda kaç sargı var ve nerede var?

5. Selsyn'in giriş ve çıkış koordinatları nelerdir?

6. Selsyn hangi modlarda çalışabilir?

7. Senkronizatörün genlik çalışma modu nedir?

8. Selsyn'in faz çalışma modu nedir?

9. Genlik çalışma modunda bir senkronizörün kontrol özelliklerini hesaplamak için bir formül verin.

10. Faz çalışma modunda bir senkronizörün kontrol özelliklerini hesaplamak için bir formül verin.

11. Bir senkronizatörün kontrol özelliklerini bozan statik hatalarını hangi faktörler belirler?

12. Selsyn'e bağlı olarak döner açı sensörünün hız hatasına ne sebep olur?

13. Selsyn alıcısının rotorunun EMF'sinin genlik değeri ve bu EMF'nin fazı çıkış koordinatları olarak kullanılırsa, uyumsuzluk açısı sensörü devresinde selsyn sensörü ve selsyn alıcısı hangi modda çalışır?

14. Transformatör modunda çalışan iki senkronizöre dayalı bir uyumsuzluk sensörünün kontrol özelliklerini hesaplamak için bir formül verin.

15. Selsyn bazlı döner açı sensörlerinin temel dezavantajları nelerdir?

16. Dönme açısı sensörlerinin girişinde redüksiyon ölçüm dişlileri hangi amaçla kullanılmaktadır?

17. Dönme açısı sensörlerinin girişinde kademeli ölçüm dişlileri hangi amaçla kullanılmaktadır?

18. Redüksiyon ölçüm dişlileri kullanıldığında açı ölçüm hatası nasıl değişir?

19. Ayrık açılı sensörlerin kullanılması ne zaman uygundur?

20. Kod diskine dayalı bir dijital dönme açısı sensörünün tasarımında mevcut olan ana unsurlar nelerdir?

21. Kod diskine dayalı bir dijital dönme açısı sensörünün kontrol karakteristiği neden adım adım karaktere sahiptir?

22. Bir kod diskine dayalı olarak dijital dönme açısı sensörünün ayrık aralığını hesaplamak için bir formül verin.

23. Bir kod diskine dayalı olarak dijital dönme açısı sensörünün mutlak hatasını hesaplamak için bir formül verin.

24. Kod diskine dayalı bir dijital dönme açısı sensörünün bit kapasitesi hangi tasarım önlemleriyle artırılabilir?

Açısal oran sensörleri

DC takojeneratör bağımsız uyarma veya kalıcı mıknatıslara sahip doğru akımlı bir elektrik makinesidir (Şekil 5.6). Giriş koordinatı TG - açısal hız w, çıkış - voltaj Sen dışarıdasın, yük direncine tahsis edilmiştir.

E tg = kФw = I(R tg + R n),

Transfer katsayısı TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- yapıcı sabit; F- manyetik uyarma akısı; R tg- armatür sargısının ve fırça temasının direnci.

Aslında TG'nin transfer katsayısı, fırça temas direncinin ve armatür reaksiyonunun doğrusal olmaması nedeniyle hız değiştiğinde sabit kalmaz. Bu nedenle düşük ve yüksek hız bölgelerinde kontrol karakteristiğinde belirli bir doğrusal olmama gözlenir (Şekil 5.6, B). Düşük voltaj düşüşüne sahip metalize fırçalar kullanılarak düşük hız bölgesindeki doğrusal olmama azaltılır. Endüvi reaksiyonundan kaynaklanan karakteristiğin doğrusal olmaması, hızın yukarıdan sınırlandırılması ve yük direncinin arttırılmasıyla azaltılır. Bu faaliyetleri gerçekleştirirken TG'nin kontrol özelliklerinin neredeyse basit olduğu düşünülebilir.

Sondaj kulesi aktüatörlerinin elektrikli tahrikleri için kontrol sistemlerinde kullanılan ana regülatör türleri

Elektrikli sürücüler için bağımlı kontrol sistemlerindeki analog regülatörler, yüksek giriş ve çok düşük çıkış empedanslarına sahip doğru akım amplifikatörleri olan operasyonel amplifikatörler (op-amp'ler) temelinde inşa edilmiştir. Entegre devre teknolojisi artık yüksek kaliteli ve ucuz op-amp'lerin üretilmesini mümkün kılıyor. Çalışma aralığının bir bölümünde op-amp, çok yüksek kazançlı (10 5 - 10 6) doğrusal bir voltaj amplifikatörü gibi davranır. Op-amp devresi çıkıştan girişe negatif geri besleme sağlamıyorsa, yüksek kazanç nedeniyle mutlaka doygunluk moduna geçecektir. Bu nedenle op-amp tabanlı regülatör devreleri negatif geri besleme içerir.
İşlemsel yükselteç adını çarpma, toplama, integral alma ve türev alma gibi çeşitli matematiksel işlemleri gerçekleştirebilmesinden almaktadır. Tipik regülatörler, ters çevirici bir amplifikatör temelinde inşa edilir ve dirençlere ek olarak giriş ve çıkış devreleri kapasitörler içerebilir.
Op-amp kazancı büyük olduğundan (Ku= = 10 5 +10 6) ve çıkış voltajı Uvy, besleme voltajıyla sınırlıdır İŞLEMCİ, o zaman noktanın potansiyeli A(Şekil 1, a) cpA = = uout/Ku sıfıra yakındır, yani. nokta A görünür zemin işlevini yerine getirir (noktayı topraklayın) A bu mümkün değildir, aksi takdirde devre çalışmaz hale gelecektir).

Pirinç. 1. İşlemsel yükselteç (a) üzerinde yapılan analog regülatörün yapısı. Çıkış sinyalinin kontrollü sınırlandırılmasına sahip oransal kontrolörün devresi (b). Çıkış sinyalinin kontrollü sınırlandırılmasıyla giriş-çıkış regülatörünün özellikleri (c)

Çeşitli tipteki regülatörlerin devreleri, transfer fonksiyonları ve geçiş fonksiyonları Tablo'da verilmiştir.

Çeşitli regülatör türlerinin devreleri ve dinamik özellikleri

Oransal bir kontrolör (P-regülatörü) elde etmek için, op-amp'in girişine ve geri besleme devresine dirençler dahil edilir; İntegral regülatör (I-regülatör), giriş devresinde bir direnç ve geri besleme devresinde bir kapasitör içerir; PI denetleyici, giriş devresinde bir direnç ve geri besleme devresinde seri bağlı bir direnç ve kapasitör içerir. PID denetleyicisi, girişte ve geri besleme devresinde aktif kapasitif devreler kullanılarak tek bir amplifikatör üzerinde uygulanabilir.
Endüstri, entegre devreler (IC'ler) üzerinde hem yuvarlak hem de dikdörtgen olmak üzere çeşitli türde işlemsel yükselteçler üretmektedir. Regülatörlerin yapımında en yaygın kullanılan op-amp türleri K140UD7, K553UD2, K157UD2, vb.'dir.
Üretimleri için hibrit teknolojiyi tanıtarak, elektrikli sürücüler için analog kontrol sistemi cihazlarının boyutunu küçültmek ve güvenilirliğini artırmak mümkündür. Hibrit entegre devrelerin (HIC'ler) üretiminde, aktif elemanlar (OA), katı hal (paketlenmemiş) tasarımlı bir baskılı devre kartı üzerine kurulur ve kapasitörler ve dirençler, film teknolojisi yöntemi kullanılarak (iletken filmlerin püskürtülmesiyle) kurulur. , yarı iletken ve iletken olmayan malzemeler). Ortaya çıkan modül bileşikle doldurulabilir veya bir muhafazaya yerleştirilebilir.
Elektrikli sürücünün koordinatlarının (akım, hız vb.) sınırlandırılması, harici kontrol döngüsünün regülatörünün yapısına sınırlama birimleri dahil edilerek gerçekleştirilir. İkincisi kontrol edilebilir veya kontrol edilemez. İncirde., 6 kesme diyotları VD1, VD2 ve kontrollü bir referans voltajı Vop ile oransal bir regülatörün çıkış voltajını sınırlamak için bir devreyi gösterir. Devre, farklı seviyelerde sınırlı çıkış voltajına sahip koordinatların kökenine göre asimetrik bir giriş-çıkış karakteristiği elde etmenizi sağlar (Şekil). Transistörler kullanılarak op-amp çıkış voltajının kontrol edilebilir sınırlama devreleri için diğer seçenekler de mümkündür.
Yakın zamana kadar, yerli sondaj kulelerinin aktüatörlerinin otomatik elektrikli tahrikinde esas olarak analog bilgisayar teknolojisi kullanılıyordu. Son yıllarda çok sayıda tasarım ve araştırma kuruluşu mikroişlemcili kontrol sistemlerinin oluşturulması üzerinde çalışmaktadır. Analog sistemlerle karşılaştırıldığında mikroişlemcili sistemlerin birçok avantajı vardır. Bunlardan bazılarını not edelim.
Esneklik. Yeniden programlayarak yalnızca kontrol sisteminin parametrelerini değil, aynı zamanda algoritmaları ve hatta yapıyı da değiştirme yeteneği. Aynı zamanda sistemin donanımı değişmeden kalır. Analog sistemlerde donanımın yeniden düzenlenmesi gerekir. Mikrobilgisayar yazılımı hem lansman öncesi dönemde hem de çalışması sırasında kolaylıkla ayarlanabilmektedir. Bu sayede, özellikleri ve parametreleri belirlemek ve regülatörleri ayarlamak için gerekli deneyler önceden hazırlanmış bir program kullanılarak mikrobilgisayarın kendisi tarafından otomatik olarak gerçekleştirilebildiğinden, ayarlama çalışmalarının maliyetleri ve zamanlaması azalır ve doğası değişir. .
Tüm kısıtlamaların kaldırılması kontrol cihazının yapısı ve kontrol yasaları hakkında. Aynı zamanda dijital sistemlerin kalite göstergeleri, sürekli kontrol sistemlerinin yönetim kalitesi göstergelerini önemli ölçüde aşabilir. Uygun programların tanıtılmasıyla, analog araçlar kullanılarak uygulanması çok zor olanlar da dahil olmak üzere karmaşık kontrol yasaları (optimizasyon, adaptasyon, tahmin vb.) uygulanabilir. Teknolojik süreçlerin doğruluğunu ve verimliliğini sağlayan entelektüel sorunların çözümü mümkün hale gelir. Her türden sistem, ikincil kontrole sahip sistemler, çapraz bağlantılı çok boyutlu sistemler vb. dahil olmak üzere bir mikro bilgisayar temelinde oluşturulabilir.
Kendi kendine teşhis ve kendi kendine test dijital kontrol cihazları. İşlem kesintileri sırasında mekanik tahrik bileşenlerinin, güç dönüştürücülerinin, sensörlerin ve diğer ekipmanların servis verilebilirliğini kontrol etme yeteneği; Ekipman durumunun otomatik teşhisi ve kazaların erken uyarısı. Bu yetenekler gelişmiş anti-parazit yetenekleriyle tamamlanmaktadır. Burada asıl önemli olan, analog bilgi iletim hatlarının galvanik izolasyon, fiber optik kanallar ve amplifikatör ve anahtar olarak gürültüye dayanıklı entegre devreler içeren dijital hatlarla değiştirilmesidir.
Daha yüksek doğruluk Analog cihazların özelliği olan sıfır sapmanın olmaması nedeniyle. Böylece, dijital elektrikli tahrik hız kontrol sistemleri, analog olanlara kıyasla kontrol doğruluğunda iki kat artış sağlayabilir.
Görselleştirmesi kolay operatörle etkileşimli bir bilgi alışverişi modu düzenleyen dijital göstergelerin, gösterge panellerinin ve ekranların kullanımı yoluyla kontrol sürecinin parametreleri.
Daha fazla güvenilirlik, daha küçük boyutlar, ağırlık ve maliyet. Mikro bilgisayarların analog teknolojiye kıyasla yüksek güvenilirliği, büyük entegre devrelerin (LSI'ler) kullanılması, özel bellek koruma sistemlerinin varlığı, gürültü bağışıklığı ve diğer araçlarla sağlanır. Yüksek düzeydeki LSI üretim teknolojisi sayesinde elektrikli tahrik kontrol sistemlerinin üretim maliyetleri azalır. Bu avantajlar özellikle tek kartlı ve tek çipli bilgisayarlar kullanıldığında belirgindir.

İşlemsel yükselteçler kullanan PWM kontrolörlerinin avantajı, hemen hemen her op-amp'in kullanılabilmesidir (tabii ki tipik bir anahtarlama devresinde).

Çıkış etkin voltajının seviyesi, op-amp'in evirici olmayan girişindeki voltaj seviyesinin değiştirilmesiyle düzenlenir; bu, devrenin çeşitli voltaj ve akım regülatörlerinin yanı sıra yumuşak devreli devrelerin ayrılmaz bir parçası olarak kullanılmasına olanak tanır. akkor lambaların ateşlenmesi ve söndürülmesi.
Şema tekrarlanması kolaydır, nadir elementler içermez ve eğer elementler iyi çalışır durumdaysa konfigürasyona gerek kalmadan hemen çalışmaya başlar. Güç alanı etkili transistör yük akımına göre seçilir, ancak termal güç kaybını azaltmak için yüksek akım için tasarlanmış transistörlerin kullanılması tavsiye edilir, çünkü açıkken en az dirence sahiptirler.
Alan etkili bir transistörün radyatör alanı tamamen tipinin seçimine ve yük akımına göre belirlenir. Devre, transistörün toplayıcısı arasındaki alan etkili transistörün kapısının bozulmasını önlemek için yerleşik ağlardaki + 24V voltajı düzenlemek için kullanılacaksa VT1 ve deklanşör VT2 1 K dirençli bir direnci açmalısınız ve direnç R6 Herhangi bir uygun 15 V zener diyotla şönt yapıldığında devrenin geri kalan elemanları değişmez.

Daha önce tartışılan tüm devrelerde, bir güç alanı etkili transistör kullanılır N- Kanal transistörleri en yaygın olanıdır ve en iyi özelliklere sahiptir.

Terminallerinden biri toprağa bağlı olan bir yük üzerindeki voltajın düzenlenmesi gerekiyorsa, o zaman devreler kullanılır. N- Kanal alan etkili transistör, güç kaynağının + ucuna drenaj olarak bağlanır ve yük, kaynak devresinde açılır.

Alan etkili transistörün tamamen açılması olasılığını sağlamak için, kontrol devresi, özel mikro devrelerde yapıldığı gibi, kapı kontrol devrelerindeki voltajı 27 - 30 V'a çıkarmak için bir ünite içermelidir. U 6 080B ... U6084B, L9610, L9611 , o zaman kapı ile kaynak arasında en az 15 V'luk bir voltaj olacaktır. Yük akımı 10A'yı geçmezse, güç alanını kullanabilirsiniz. P - teknolojik nedenlerden dolayı aralığı çok daha dar olan kanal transistörleri. Devredeki transistörün tipi de değişir VT1 ve ayar karakteristiği R7 tersine çevirir. Birinci devrede kontrol voltajındaki bir artış (değişken direnç kaydırıcısı güç kaynağının "+" yönüne doğru hareket eder) yükteki çıkış voltajında ​​\u200b\u200bbir azalmaya neden olursa, ikinci devrede bu ilişki tam tersidir. Belirli bir devre, çıkış voltajının orijinal voltajın giriş voltajına ters bağımlılığını gerektiriyorsa, devrelerdeki transistörlerin yapısı değiştirilmelidir. VT1, yani transistör VT1 ilk devrede şu şekilde bağlanmanız gerekir: VT1 ikinci şema için ve tam tersi.

Konu 11. Elektrikli sürücüdeki kontrolörleri koordine edin

Modern AED kontrol sistemlerinin önemli bir işlevi koordinatlarının düzenlenmesidir, yani gerekli akım, tork, hızlanma ve hız değerlerini gerekli doğrulukla korumaktır. Bu fonksiyonu gerçekleştirmenizi sağlayan ana unsur regülatördür.

RRegülatör, bir otomatik kontrol veya düzenleme sisteminin çalışma koşullarının gerektirdiği matematiksel işleme uygun olarak bir kontrol sinyalini dönüştüren bir cihazdır. Tipik dönüşüm türleri şunları içerir: orantılı - P; orantılı-integral - PI, orantılı-integral-diferansiyel - PID ve diğerleri.

Analog regülatörün temeli, açık durumda yüksek kazancı olan bir doğru akım amplifikatörü olan operasyonel bir amplifikatördür (op-amp). Yuvarlak veya dikdörtgen muhafazalı entegre işlemsel yükselteçler en yaygın olarak kullanılır. İşlemsel yükselteç, evirici ve doğrudan girişlere sahip bir giriş diferansiyel amplifikatörü uzaktan kumandasını, yüksek kazanç uygulayan bir gerilim amplifikatörü UN'yu ve gerekli yük kapasitesini sağlayan bir güç amplifikatörü PA'yı ayırt edebildiğimiz çok aşamalı bir yapıdır. operasyonel amplifikatör. İşlemsel yükseltecin tek çipli, küçük boyutlu tasarımı, parametrelerin yüksek stabilitesini sağlar ve bu da yüksek bir DC kazancı elde etmeyi mümkün kılar. Endüstriyel elektronikte kullanılan entegre op-amp'ler aşağıdaki özelliklere sahiptir:

Açık durum diferansiyel kazancı
k siz = 10 3 ¸ 10 5;

Giriş empedansı R> 100 kOhm'da;

Çıkış empedansı Rçıkış = 0,2 ¸1 kOhm;

Yük direnci R n > 2 kOhm;

Bant genişliği F P< 1 МГц;

Besleme gerilimi sen p = ±15 V.

Regülatörler oluşturmak için genellikle, Şekil 11.1'de gösterilen, transfer fonksiyonuna sahip, ters çevirici girişli bir op-amp devresi kullanırlar.

Giriş devresinde aktif ve karmaşık dirençlerin kullanılması ( Z giriş) ve geri bildirimde ( Z os) çeşitli transfer fonksiyonlarına sahip kontrolörler elde etmek mümkündür.

Tipik regülatörlerin devrelerini, transfer fonksiyonlarını, logaritmik frekans özelliklerini (LFC) ve faz-frekans özelliklerini (PFC) ele alalım.

1. Oransal (P-) kontrolör– katı negatif geri beslemeli amplifikatör.

Pirinç. 11.2. P-regülatör devresi ve özellikleri

P-regülatörünün transfer fonksiyonu

– P-regülatörünün kazanç katsayısı.

2. İntegral regülatör (I-regülatör)

Pirinç. 11.3. I-regülatör devresi ve özellikleri

I kontrolörünün transfer fonksiyonu

– entegrasyon sabiti.

3. Oransal – integral regülatör (PI – regülatör) P ve I düzenleyicilerin paralel bağlantısıdır.

Pirinç. 11.4. PI kontrol devresi ve özellikleri

PI denetleyicinin aktarım işlevi

Nerede

4. Oransal farklılaştırıcı kontrolör (PD - kontrolör).

P ve D regülatörlerinin fonksiyonlarını birleştirir. Paralel bağlantıyla alındı İLE giriş direncine giriş R giriş

Pirinç. 11.5. PD regülatör devresi ve özellikleri

PD kontrol cihazının transfer fonksiyonu

Nerede

Bu devrenin çalışmasına önemli miktarda yüksek frekanslı girişim eşlik eder; İLE sıfıra yakın bir direnci temsil ediyor. Çalışma stabilitesini arttırmak için, kapasitöre seri olarak küçük bir Δ direncine sahip ek bir direnç bağlanır. R Yüksek frekanslı girişim akımlarını sınırlayan giriş. Δ ile transfer fonksiyonu R giriş:

nerede Δ T=Δ R giriş İLE içinde, Δ'da T << T 1 frekans yanıtı pratik olarak Δ olmadan yanıttan farklı değildir R giriş

5. Periyodik olmayan regülatör(eylemsizlik birinci dereceden).

Pirinç. 11.6. A-regülatör devresi ve özellikleri

A-regülatörünün transfer fonksiyonu

– periyodik olmayan bağlantının zaman sabiti.

Devre (Şekil 11.7) benzer bir transfer fonksiyonuna sahiptir.

Pirinç. 11.7. A-regülatör devresi (II seçeneği)

6. Oransal integral-türev denetleyici (PID).Üç regülatörün fonksiyonlarını aynı anda yerine getirir.

Pirinç. 11.8. PID kontrol devresi ve özellikleri

PID denetleyici aktarım işlevi

Nerede

Regülatörün çıkışındaki gürültü seviyesini azaltmak ve bir kapasitörle seri olarak çalışmasının stabilitesini arttırmak İLE giriş küçük dirençli bir dirence bağlanabilir Δ R girişi (PD regülatöründe olduğu gibi).

Fonksiyonel potansiyometreli regülatör devresi, standart devreye kıyasla daha fazla işlevselliğe sahiptir. Z 1 , Z 2. Girişteki gürültünün etkisini azaltmak için kapasitörler kullanılmaz, yalnızca aktif direnç açılır R giriş