rumah » Masyarakat dan budaya » Diagram rangkaian pengatur gas buang elektronik pada op-amp. Penguat operasional: rangkaian switching, prinsip operasi

Diagram rangkaian pengatur gas buang elektronik pada op-amp. Penguat operasional: rangkaian switching, prinsip operasi

Artikel ini akan membahas penguat operasional standar, dan juga memberikan contoh berbagai mode pengoperasian perangkat ini. Saat ini, tidak ada satu pun perangkat kontrol yang dapat berfungsi tanpa amplifier. Ini adalah perangkat yang benar-benar universal yang memungkinkan Anda melakukan berbagai fungsi dengan sinyal. Anda akan mempelajari lebih lanjut tentang cara kerja perangkat ini dan apa sebenarnya yang dapat Anda lakukan oleh perangkat ini.

Penguat pembalik

Rangkaian penguat inverting op-amp cukup sederhana, bisa dilihat pada gambar. Ini didasarkan pada penguat operasional (rangkaian koneksinya dibahas dalam artikel ini). Selain itu, di sini:

Ada penurunan tegangan pada resistor R1; nilainya sama dengan nilai masukan.
Ada juga R2 pada resistor - sama dengan outputnya.

Dalam hal ini, rasio tegangan keluaran terhadap resistansi R2 sama nilainya dengan rasio tegangan masukan terhadap R1, tetapi bertanda sebaliknya. Mengetahui nilai resistansi dan tegangan, Anda dapat menghitung penguatannya. Untuk melakukan ini, Anda perlu membagi tegangan keluaran dengan tegangan masukan. Dalam hal ini, penguat operasional (rangkaian koneksinya bisa apa saja) dapat memiliki penguatan yang sama, apa pun jenisnya.

Operasi umpan balik

Sekarang kita perlu melihat lebih dekat pada satu poin penting - bagaimana umpan balik bekerja. Katakanlah ada tegangan pada input. Untuk mempermudah penghitungan, anggap nilainya sama dengan 1 V. Anggap juga R1=10 kOhm, R2=100 kOhm.

Sekarang mari kita asumsikan bahwa beberapa situasi yang tidak terduga telah muncul, yang menyebabkan tegangan pada keluaran tahap diatur ke 0 V. Selanjutnya, gambaran menarik diamati - dua resistansi mulai bekerja berpasangan, bersama-sama mereka menciptakan pembagi tegangan. Pada keluaran tahap pembalik, dipertahankan pada level 0,91 V. Dalam hal ini, op-amp memungkinkan ketidaksesuaian pada masukan dicatat, dan tegangan pada keluaran menurun. Oleh karena itu, sangat sederhana untuk merancang rangkaian penguat operasional yang mengimplementasikan fungsi penguat sinyal dari sebuah sensor, misalnya.

Dan perubahan ini akan terus berlanjut hingga keluaran mencapai nilai stabil 10 V. Pada saat inilah potensial pada masukan penguat operasional akan sama. Dan jumlahnya akan sama dengan potensi bumi. Di sisi lain, jika tegangan pada keluaran perangkat terus menurun dan kurang dari -10 V, potensi pada masukan akan menjadi lebih rendah dibandingkan dengan ground. Konsekuensinya adalah tegangan keluaran mulai meningkat.

Rangkaian ini memiliki kelemahan besar - impedansi masukan sangat kecil, terutama untuk amplifier dengan penguatan tegangan tinggi, jika rangkaian umpan balik ditutup. Dan desain yang dibahas lebih lanjut tidak memiliki semua kekurangan ini.

Penguat non-pembalik

Gambar tersebut menunjukkan rangkaian penguat operasional non-pembalik. Setelah menganalisanya, kita dapat menarik beberapa kesimpulan:

Nilai tegangan UA sama dengan tegangan masukan.
Tegangan UA dikeluarkan dari pembagi, yang sama dengan rasio produk tegangan keluaran dan R1 dengan jumlah resistansi R1 dan R2.
Jika nilai UA sama dengan tegangan masukan, maka penguatannya sama dengan rasio tegangan keluaran terhadap masukan (atau Anda dapat menambahkan satu pada rasio resistansi R2 dan R1).

Desain ini disebut penguat non-pembalik; ia memiliki impedansi masukan yang hampir tak terbatas. Misalnya, untuk penguat operasional seri 411, nilainya minimum 1012 Ohm. Dan untuk penguat operasional berdasarkan transistor semikonduktor bipolar, biasanya lebih dari 108 Ohm. Tetapi impedansi keluaran kaskade, serta rangkaian yang dibahas sebelumnya, sangat kecil - sepersekian ohm. Dan ini harus diperhitungkan ketika menghitung rangkaian menggunakan penguat operasional.

Rangkaian Penguat AC

Kedua rangkaian yang dibahas sebelumnya di artikel berfungsi. Tetapi jika hubungan antara sumber sinyal input dan penguat adalah arus bolak-balik, maka Anda harus menyediakan landasan untuk arus pada input perangkat. Selain itu, Anda perlu memperhatikan fakta bahwa nilai saat ini sangat kecil.

Jika sinyal AC diperkuat, penguatan sinyal DC perlu dikurangi menjadi satu. Hal ini terutama berlaku untuk kasus di mana penguatan tegangan sangat besar. Berkat ini, pengaruh tegangan geser yang diarahkan ke input perangkat dapat dikurangi secara signifikan.

Contoh kedua rangkaian untuk bekerja dengan tegangan bolak-balik

Di sirkuit ini, pada level -3 dB, korespondensi dengan frekuensi 17 Hz dapat dilihat. Di atasnya, impedansi kapasitor berada pada level dua kilo-ohm. Oleh karena itu, kapasitor harus cukup besar.

Untuk membangun penguat AC, Anda perlu menggunakan rangkaian op-amp jenis non-pembalik. Dan harus mempunyai penguatan tegangan yang cukup besar. Namun kapasitornya mungkin terlalu besar, jadi sebaiknya tidak digunakan. Benar, Anda harus memilih tegangan geser yang tepat, menyamakan nilainya dengan nol. Atau Anda dapat menggunakan pembagi berbentuk T dan meningkatkan nilai resistansi kedua resistor dalam rangkaian.

Skema mana yang lebih baik untuk digunakan?

Kebanyakan desainer lebih memilih amplifier non-inverting karena mempunyai impedansi masukan yang sangat tinggi. Dan mereka mengabaikan rangkaian tipe pembalik. Namun yang terakhir ini memiliki keuntungan besar - tidak menuntut penguat operasional itu sendiri, yang merupakan "jantungnya".

Selain itu, karakteristiknya pun nyatanya jauh lebih baik. Dan dengan bantuan landasan imajiner, Anda dapat dengan mudah menggabungkan semua sinyal, dan sinyal tersebut tidak akan saling mempengaruhi. Rangkaian penguat DC berdasarkan penguat operasional juga dapat digunakan dalam desain. Itu semua tergantung kebutuhan.

Dan hal terakhir adalah jika seluruh rangkaian yang dibahas di sini dihubungkan ke keluaran stabil op-amp lain. Dalam hal ini, nilai impedansi masukan tidak memainkan peran penting - setidaknya 1 kOhm, setidaknya 10, setidaknya tak terhingga. Dalam hal ini, tahap pertama selalu menjalankan fungsinya dalam kaitannya dengan tahap berikutnya.

Sirkuit pengulang

Repeater berdasarkan penguat operasional beroperasi mirip dengan emitor yang dibangun di atas transistor bipolar. Dan ia melakukan fungsi serupa. Pada dasarnya, ini adalah penguat non-pembalik di mana resistansi resistor pertama sangat besar, dan resistansi resistor kedua adalah nol. Dalam hal ini, keuntungannya sama dengan kesatuan.

Ada jenis penguat operasional khusus yang digunakan dalam teknologi hanya untuk rangkaian repeater. Mereka memiliki karakteristik yang jauh lebih baik - biasanya kinerja tinggi. Contohnya termasuk penguat operasional seperti OPA633, LM310, TL068. Yang terakhir memiliki badan seperti transistor, serta tiga terminal. Seringkali penguat seperti itu disebut buffer. Faktanya adalah mereka memiliki sifat isolator (impedansi masukan sangat tinggi dan impedansi masukan sangat rendah). Kira-kira prinsip yang sama digunakan untuk membangun rangkaian penguat arus berdasarkan penguat operasional.

Modus aktif

Pada dasarnya, ini adalah mode operasi di mana output dan input penguat operasional tidak kelebihan beban. Jika sinyal yang sangat besar diterapkan ke masukan rangkaian, maka pada keluarannya sinyal tersebut akan mulai dipotong sesuai dengan level tegangan kolektor atau emitor. Tetapi ketika tegangan keluaran ditetapkan pada level cutoff, tegangan pada masukan op-amp tidak berubah. Dalam hal ini, rentangnya tidak boleh lebih besar dari tegangan suplai

Kebanyakan rangkaian op-amp dirancang sedemikian rupa sehingga ayunan ini lebih kecil 2 V dari tegangan suplai.Tetapi itu semua tergantung pada rangkaian penguat op-amp spesifik yang digunakan. Ada batasan yang sama pada stabilitas berdasarkan penguat operasional.

Katakanlah ada penurunan tegangan tertentu pada sumber dengan beban mengambang. Jika arus bergerak ke arah normal, Anda mungkin menemui beban yang sekilas tampak aneh. Misalnya, beberapa baterai dengan polarisasi terbalik. Desain ini dapat digunakan untuk mendapatkan arus pengisian langsung.

Beberapa tindakan pencegahan

Penguat tegangan sederhana berdasarkan penguat operasional (rangkaian apa pun dapat dipilih) dapat dibuat secara harfiah “berlutut”. Namun Anda perlu mempertimbangkan beberapa fitur. Sangat penting untuk memastikan hal itu Masukan negatif pada diagram. Hal ini juga menunjukkan bahwa tidak dapat diterima untuk mengacaukan input penguat non-pembalik dan pembalik. Selain itu, loop umpan balik untuk arus searah harus ada. Jika tidak, op-amp akan cepat jenuh.

Kebanyakan op amp memiliki tegangan diferensial masukan yang sangat kecil. Dalam hal ini, perbedaan maksimum antara input non-pembalik dan pembalik dapat dibatasi hingga 5 V untuk setiap sambungan sumber daya. Jika kondisi ini diabaikan, nilai arus yang cukup besar akan muncul pada input, yang akan menyebabkan penurunan semua karakteristik rangkaian.

Hal terburuk tentang ini adalah kehancuran fisik dari penguat operasional itu sendiri. Akibatnya rangkaian penguat operasional berhenti bekerja sepenuhnya.

Seharusnya dipertimbangkan

Dan, tentu saja, kita perlu membicarakan aturan yang harus dipatuhi untuk memastikan pengoperasian penguat operasional yang stabil dan tahan lama.

Yang terpenting op-amp tersebut mempunyai gain tegangan yang sangat tinggi. Dan jika tegangan antara masukan berubah sepersekian milivolt, nilainya pada keluaran dapat berubah secara signifikan. Oleh karena itu, penting untuk diketahui: keluaran dari penguat operasional mencoba memastikan bahwa perbedaan tegangan antara masukan mendekati (idealnya sama) ke nol.

Aturan kedua adalah konsumsi arus penguat operasional sangat kecil, secara harfiah nanoampere. Jika transistor efek medan dipasang pada input, maka dihitung dalam picoamps. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa input tidak mengkonsumsi arus, terlepas dari penguat operasional mana yang digunakan, rangkaian – prinsip operasinya tetap sama.

Namun Anda tidak boleh berpikir bahwa op-amp benar-benar terus-menerus mengubah tegangan pada input. Secara fisik, hal ini hampir mustahil untuk dicapai, karena tidak akan ada korespondensi dengan aturan kedua. Berkat penguat operasional, status semua input dinilai. Menggunakan rangkaian umpan balik eksternal, tegangan ditransfer ke masukan dari keluaran. Hasilnya adalah perbedaan tegangan antara input penguat operasional adalah nol.

Konsep umpan balik

Ini adalah konsep umum dan sudah digunakan dalam arti luas di semua bidang teknologi. Setiap sistem kontrol memiliki umpan balik yang membandingkan sinyal keluaran dan nilai yang ditetapkan (referensi). Tergantung pada nilai saat ini, penyesuaian terjadi ke arah yang diinginkan. Apalagi sistem kendalinya bisa apa saja, bahkan mobil yang melaju di jalan raya.

Pengemudi menginjak rem, dan umpan balik di sini adalah awal dari perlambatan. Dengan menggambar analogi dengan contoh sederhana, Anda dapat lebih memahami umpan balik dalam rangkaian elektronik. Dan feedback negatifnya adalah jika saat menginjak pedal rem mobil berakselerasi.

Dalam elektronik, umpan balik adalah proses di mana sinyal ditransfer dari keluaran ke masukan. Dalam hal ini, sinyal pada input juga ditekan. Di satu sisi, ini bukanlah gagasan yang masuk akal, karena dari luar mungkin tampak bahwa keuntungannya akan berkurang secara signifikan. Omong-omong, para pendiri pengembangan umpan balik di bidang elektronik menerima umpan balik seperti itu. Namun ada baiknya memahami lebih detail pengaruhnya terhadap penguat operasional - pertimbangkan rangkaian praktis. Dan akan menjadi jelas bahwa ini sebenarnya sedikit mengurangi penguatan, tetapi memungkinkan Anda untuk sedikit meningkatkan parameter lainnya:

Menghaluskan karakteristik frekuensi (membawanya ke tingkat yang diperlukan).
Memungkinkan Anda memprediksi perilaku amplifier.
Mampu menghilangkan nonlinier dan distorsi sinyal.

Semakin dalam umpan baliknya (kita berbicara tentang negatif), semakin kecil pengaruh karakteristik loop terbuka pada amplifier. Hasilnya adalah semua parameternya hanya bergantung pada properti apa yang dimiliki rangkaian tersebut.

Perlu diperhatikan fakta bahwa semua penguat operasional beroperasi dalam mode dengan umpan balik yang sangat dalam. Dan penguatan tegangan (dengan loop terbukanya) bahkan bisa mencapai beberapa juta. Oleh karena itu, rangkaian penguat penguat operasional sangat menuntut kepatuhan terhadap semua parameter yang berkaitan dengan catu daya dan level sinyal input.

Pengontrol menghitung kesalahan (perbedaan antara sinyal referensi dan sinyal umpan balik) dan mengubahnya menjadi tindakan kontrol sesuai dengan operasi matematika tertentu.

ACS terutama menggunakan jenis pengontrol berikut: proporsional (P), integral (I) dan proporsional-integral (PI). Tergantung pada jenis sinyal yang dikonversi, regulator analog dan digital dibedakan.

Regulator analog(AR) diimplementasikan berdasarkan penguat operasional, digital- berdasarkan perangkat komputasi khusus atau mikroprosesor. Pengontrol analog hanya mengubah sinyal analog yang merupakan fungsi waktu berkelanjutan. Saat melewati AP, setiap nilai sesaat dari sinyal kontinu diubah.

Untuk mengimplementasikan AR, penguat operasional (op-amp) dihubungkan sesuai dengan rangkaian penguat penjumlahan dengan umpan balik negatif. Jenis regulator dan fungsi alihnya ditentukan oleh rangkaian penghubung resistor dan kapasitor pada rangkaian pada masukan dan umpan balik op-amp.

Pengontrol proporsional (P-regulator) diimplementasikan dengan menghubungkan resistor op-amp dengan resistansi R os ke rangkaian umpan balik. Pengontrol ini dicirikan oleh koefisien proporsionalitas Ke , yang bisa lebih besar atau kurang dari satu.

Regulator integral (I-regulator) diimplementasikan ketika kapasitor op-amp C dihubungkan ke rangkaian umpan balik. Pengendali jenis ini dicirikan oleh konstanta waktu T.

Pengontrol integral proporsional (pengontrol PI) diimplementasikan dengan menghubungkan resistor dengan resistansi Roc dan kapasitor Coc ke rangkaian umpan balik op-amp. Regulator semacam itu dicirikan oleh parameter berikut: koefisien proporsionalitas Ke dan waktu konstan T.

Untuk semua jenis regulator, rangkaian implementasi memiliki resistansi input R 1.

Skema penerapan regulator, ketergantungan tegangan pada keluaran regulator U keluar pada masukan U masuk dan representasi grafisnya, serta rumus untuk mencari parameter regulator diberikan pada Tabel 1

Tabel 1 - Regulator

Jelaskan kegunaan sensor arus dan persyaratan apa yang berlaku padanya. Berikan diagram fungsional penggerak listrik DC dengan sensor arus transformator dan sensor arus berbasis shunt.

Sensor arus (CT) dirancang untuk memperoleh informasi tentang kekuatan dan arah arus motor. Persyaratan berikut harus dipenuhi:

Linearitas karakteristik pengendalian dalam kisaran 0,1I nom sampai 5I nom tidak kurang dari 0,9;

Ketersediaan isolasi galvanik pada rangkaian tenaga dan sistem kendali;

Kinerja tinggi.

Sensor koordinat AEP secara struktural dapat direpresentasikan sebagai koneksi serial transduser pengukur (MT) dan perangkat pencocokan (CU) (Gambar 1). Transduser pengukur mengubah koordinat X dalam sinyal tegangan listrik Dan(atau saat ini Saya), sebanding X. Perangkat yang cocok mengubah sinyal keluaran Dan IP ke dalam sinyal umpan balik u os, yang ukuran dan bentuknya memenuhi ACS.

Gambar 1 – Diagram blok sensor koordinat AEP

Transformator arus, belitan tambahan (kompensasi) dari smoothing choke, elemen Hall, dan shunt digunakan sebagai transduser pengukur di DT.

Sensor arus berbasis shunt banyak digunakan untuk mengukur arus motor. Melangsir adalah resistor empat terminal dengan resistansi aktif murni R w(shunt non-induktif), rangkaian daya dihubungkan ke terminal arus, dan rangkaian pengukur dihubungkan ke terminal potensial. (Gambar 2)

Untuk mengurangi pengaruh shunt pada aliran arus pada rangkaian motor, resistansinya harus minimal. Penurunan tegangan nominal pada shunt biasanya 75 mV, sehingga harus diperkuat dengan menggunakan amplifier.Karena shunt mempunyai sambungan potensial ke rangkaian daya, maka sensor arus harus dilengkapi dengan alat isolasi galvanik (GID). Perangkat transformator dan optoelektronik digunakan sebagai perangkat tersebut.

Gambar 2 – Diagram rangkaian untuk menghubungkan sensor arus berdasarkan shunt

DT berdasarkan trafo arus terutama digunakan dalam AED DC untuk mengukur arus motor ketika motor tersebut ditenagai oleh penyearah jembatan simetris satu fasa dan tiga fasa. Untuk penyearah satu fasa (Gambar 3), digunakan satu trafo arus (TA1), dan untuk penyearah tiga fasa, digunakan tiga trafo yang dihubungkan ke bintang. Untuk memastikan mode operasi transformator arus dekat dengan mode hubung singkat, belitan sekundernya dibebani dengan resistor resistansi rendah R CT (0,2...1,0 Ohm). Konversi tegangan bolak-balik belitan sekunder dilakukan oleh penyearah VD1...VD4.

Gambar 2 – Diagram rangkaian untuk menghubungkan sensor arus berdasarkan trafo arus

13. Berikan diagram fungsional sensor EMF jangkar, jelaskan prinsip pengoperasiannya.

Dengan persyaratan rendah untuk rentang kendali kecepatan (hingga 50), umpan balik EMF digunakan sebagai umpan balik utama dalam penggerak listrik. Prinsip pengoperasian sensor EMF jangkar didasarkan pada perhitungan EMF motor.

Diagram fungsional sensor EMF ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 – Diagram fungsional sensor EMF jangkar

Untuk mengukur tegangan jangkar digunakan pembagi pada resistor R2, R3. Untuk mengukur arus jangkar motor, digunakan belitan tambahan L1.2 dari smoothing choke. Tegangan dan saya melalui pembagi, filter RC dan repeater A1 diumpankan ke adder A2. Sinyal yang sebanding dengan penurunan tegangan pada belitan jangkar juga disuplai ke input penambah A2 R saya. ts ∙i saya.

Ekspresi tegangan keluaran kamu penguat A2 untuk operasi kondisi tunak memiliki bentuk

Di mana Ke de – koefisien transmisi sensor EMF,

e Saya adalah emf jangkar.

Untuk memperoleh sinyal yang sebanding dengan tegangan pada jangkar motor, dapat juga dihubungkan pembagi tegangan resistif sesuai rangkaian berikut.

Gambar 2 – Diagram koneksi sensor tegangan

Tegangan keluaran pembagi adalah

Selain pembagi, sensor tegangan juga dapat berisi perangkat isolasi galvanik dan

penguat.

14. Gambarlah diagram sistem kendali fase pulsa saluran tunggal vertikal, jelaskan prinsip pengoperasiannya menggunakan diagram waktu.

Untuk mengontrol thyristor penyearah, sistem kontrol fase pulsa (PPCS) digunakan, yang melakukan fungsi berikut:

Penentuan momen di mana thyristor spesifik tertentu harus dibuka; momen waktu tersebut diatur oleh sinyal kendali yang berasal dari keluaran ACS ke masukan SIFU;

Pembentukan pulsa pembukaan yang ditransmisikan pada waktu yang diperlukan ke elektroda kontrol thyristor dan memiliki amplitudo, daya, dan durasi yang diperlukan.

Mari kita pertimbangkan pengoperasian SIFU saluran tunggal vertikal yang mengendalikan thyristor penyearah jembatan fase tunggal (Gambar 1).

Gambar 1 – Diagram penyearah jembatan satu fasa

Generator tegangan bolak-balik GPN dimulai ketika tegangan C diterima dari sinkronisasi (Gambar 2). Ini terjadi pada saat tegangan searah diterapkan ke thyristor, mis. pada titik pergantian alami.

Gambar 2 – Skema SIFU saluran tunggal vertikal

Dari keluaran GPG, tegangan gigi gergaji disuplai ke perangkat pembanding US, kemudian dibandingkan dengan tegangan kontrol U y (Gambar 3). Pada saat tegangan gigi gergaji dan kontrol seimbang, unit kontrol menghasilkan pulsa, yang dikirim melalui distributor pulsa RI ke pembentuk pulsa FI1 atau FI2 dan kemudian melalui pembentuk keluaran VF1 atau VF2 ke thyristor penyearah. Driver keluaran memperkuat pulsa pembuka pada daya dan berpotensi memisahkan SIFU dari bagian daya. Komparator berdasarkan penguat operasional digunakan sebagai pembanding.

Gambar 3 – Diagram operasi SIFU

15. Berikan diagram fungsional penggerak listrik dengan penyearah nol reversibel tiga fasa dengan kendali bersama dan jelaskan prinsip pengoperasiannya.

Ketika mengendalikan set thyristor bersama-sama, pulsa pembuka diterapkan secara bersamaan ke kedua set VS1, VS2, VS3 dan VS4, VS5, VS6 (Gambar 1). Pada saat yang sama, tergantung pada arah putaran mesin, satu set beroperasi dalam mode penyearah, dan yang lainnya dalam mode inverter. Arus jangkar mengalir melalui rangkaian yang beroperasi dalam mode penyearah.

Gambar 1 – Kontrol gabungan rangkaian katup nol tiga fase

penyearah terbalik

Sistem kontrol penyearah thyristor berisi dua SIFU (SIFU1, SIFU2) dan inverter analog A1.

Jika VS1, VS2, VS3 beroperasi dalam mode penyearah, dan VS4, VS5, VS6 dalam mode inverter, maka motor berputar maju. Jika sebaliknya, mesin berputar mundur.

Karena pulsa pembuka diterapkan ke kedua set, rangkaian tertutup dua fase belitan sekunder transformator TV1 dibentuk dalam rangkaian melalui dua katup terbuka, misalnya VS1 dan VS6.

Dalam rangkaian ini, jumlah EMF dari dua fase belitan sekunder bekerja, yang disebut menyamakan EMF:

Di mana e 1 , e 2 - memperbaiki EMF masing-masing set VS1...VS3 dan VS4...VS6.

Menyamakan EMF e Anda menciptakan penyetaraan level 1 saat ini. Sehubungan dengan arus pemerataan, transformator TV1 dalam mode hubungan pendek, Karena resistansi aktif dan induktif transformator kecil. Oleh karena itu, untuk membatasi arus penyeimbang, reaktor penyeimbang L1 dan L2 dimasukkan dalam rangkaian alirannya.

Selain penyertaan reaktor pemerataan, pembatasan arus pemerataan dicapai dengan kontrol terkoordinasi dari set, di mana komponen konstan EMF pemerataan E kamu sama dengan nol, yaitu

E ur = E 1 + E 2 = E 0 (cosα 1 +cosα 2) = 0, (1)

Di mana E 1, E 2- komponen konstan EMF e 1 dan e 2 masing-masing; E 0- komponen konstan ggl yang disearahkan pada = 0; α 1, α 2 - sudut bukaan himpunan VS1...VS3 dan VS4...VS6.

Kondisi (1) akan terpenuhi jika a 1 + a 2 =p. Kondisi ini merupakan kondisi pengendalian terkoordinasi dari rangkaian thyristor.

Manajemen kolaboratif memiliki keuntungan sebagai berikut:

· Penyetaraan arus memastikan keadaan konduksi kedua set, terlepas dari besarnya arus beban motor dan, sebagai hasilnya, linearitas karakteristik (tidak ada mode arus terputus-putus).

· Performa tinggi karena kesiapan konstan untuk pembalikan arus, yang tidak terkait dengan peralihan apa pun di sirkuit.

Namun, dengan pengendalian bersama, perlu dipasang reaktor penyeimbang, yang meningkatkan bobot, biaya, dan dimensi penggerak listrik. Aliran arus penyeimbang meningkatkan beban pada elemen rangkaian daya dan mengurangi efisiensi penyearah.

16. Gambarlah diagram blok penggerak listrik dengan penyearah reversibel dengan kontrol terpisah dan jelaskan prinsip pengoperasiannya.

Dalam penyearah reversibel dengan kontrol terpisah, ketika satu set thyristor beroperasi dalam mode penyearah atau inverter, set lainnya dinonaktifkan sepenuhnya (pulsa pembuka dihilangkan). Akibatnya, tidak ada rangkaian pemerataan arus, sehingga menghilangkan kebutuhan akan reaktor pemerataan.

Diagram blok penggerak listrik dengan penyearah reversibel dengan kontrol terpisah (RSRU) ditunjukkan pada Gambar 1. Pengoperasian RSRU disediakan oleh elemen tambahan dari sistem kontrol thyristor: sensor konduktivitas katup (VCS), perangkat switching logis ( LSD), saklar karakteristik (CH).

Gambar 1 – Diagram blok penggerak listrik dengan penyearah reversibel

dengan kontrol terpisah

DPV dirancang untuk menentukan keadaan (terbuka atau tertutup) dari thyristor penyearah dan menghasilkan sinyal pemblokiran, yang setara dengan tidak adanya arus dalam rangkaian.

Fasilitas pelayanan kesehatan menyelenggarakan fungsi sebagai berikut:

Memilih set katup "Maju" atau "Mundur" yang diperlukan (KV "V" atau KV "N") tergantung pada arah arus motor yang diperlukan, ditentukan oleh sinyal U 3

Melarang munculnya pulsa pembuka secara bersamaan di kedua set thyristor menggunakan tombol “Maju” (“B”) dan “Mundur” (“H”);

Melarang suplai pulsa pembuka ke set yang mulai beroperasi selama arus mengalir pada set yang beroperasi sebelumnya;

Membentuk jeda sementara antara saat penutupan semua thyristor dari set yang beroperasi sebelumnya dan saat pemberian pulsa pembuka ke set yang mulai beroperasi.

Sakelar karakteristik berfungsi untuk mencocokkan karakteristik penyesuaian unipolar SIFU α = ƒ(u y) dengan sinyal pembalik U y.

Pembalikan motor diawali dengan perubahan tanda perintah kecepatan, yang menyebabkan perubahan tanda perintah arus Uc. Hal ini menyebabkan penurunan tegangan kontrol U y, peningkatan sudut bukaan 1 thyristor dari set katup "Maju", oleh karena itu, penurunan EMF E 1 dan, pada akhirnya, penurunan arus jangkar ke nol. Penutupan katup dicatat oleh DPV. Saat menerima sinyal dari DPV, LPU melarang suplai pulsa ke thyristor kedua set (“B” terbuka) dan secara bersamaan mulai menghitung jeda waktu. Setelah selesai, LPU memberikan izin untuk mensuplai pulsa pembuka ke thyristor dari set katup “Kembali” (“H” ditutup) dan mengganti PH. Peralihan PC menyebabkan perubahan polaritas tegangan kontrol U pada input SIFU. Mulai saat ini, pulsa pembuka dengan sudut α 2 mulai disuplai ke HF “N”, memastikan pengoperasian perangkat dalam mode inverter. Karena ggl rotasi lebih besar dari E 2, arus jangkar mengalir dalam arah yang berlawanan. Mesin beralih ke mode generator, melakukan pengereman regeneratif.

Kontrol terpisah memiliki keuntungan sebagai berikut:

Tidak ada reaktor penyeimbang, yang secara signifikan mengurangi dimensi, berat dan biaya penyearah reversibel;

Tidak ada arus penyeimbang, yang mengurangi kehilangan daya pada penyearah dan meningkatkan efisiensinya.

Kerugian dari persamaan split adalah:

Kehadiran mode arus terputus-putus, yang memerlukan linearisasi karakteristik kontrol penyearah;

Sistem pengelolaan yang lebih kompleks karena adanya fasilitas pelayanan kesehatan, fasilitas perawatan jangka panjang dan rumah sakit jiwa;

Adanya jeda mati saat berpindah set.

Berikan dan jelaskan struktur tertutup perangkat elektronik yang dibangun berdasarkan prinsip kompensasi gangguan eksternal dan prinsip penyimpangan. Gambarlah diagram blok sistem kendali budak dua sirkuit untuk penggerak listrik DC dan jelaskan blok-bloknya.

ED struktural tertutup dibangun berdasarkan prinsip kompensasi gangguan eksternal dan prinsip deviasi, disebut juga prinsip umpan balik.

Mari kita perhatikan prinsip kompensasi menggunakan contoh kompensasi untuk gangguan eksternal paling khas dari penggerak listrik - torsi beban Mc ketika kecepatannya diatur (Gambar 1a).

Gambar 1 – Struktur tertutup dari struktur elektronik

Fitur utama dari struktur penggerak listrik yang tertutup adalah adanya sirkuit di mana sinyal yang sebanding dengan torsi beban disuplai ke input penggerak listrik, bersama dengan sinyal pengaturan kecepatan Usc

Um = Km∙Ms, dimana Km adalah koefisien proporsionalitas.

Akibatnya, penggerak listrik dikendalikan oleh sinyal total U ∆, yang secara otomatis berubah ketika torsi beban berfluktuasi, memastikan bahwa kecepatan dipertahankan pada tingkat tertentu. Meskipun efektif, pengendalian penggerak listrik menggunakan skema ini jarang dilakukan karena kurangnya sensor torsi beban yang sederhana dan andal Ms.

Oleh karena itu, pada sebagian besar rangkaian tertutup digunakan prinsip defleksi, yang ditandai dengan adanya rangkaian umpan balik yang menghubungkan keluaran perangkat elektronik ke masukannya. DI DALAM pada kasus ini Saat mengatur kecepatan, rangkaian umpan balik kecepatan digunakan (Gambar 1b), di mana informasi tentang nilai kecepatan saat ini (sinyal Uos = Kos∙ ω) disuplai ke input penggerak listrik, yang dikurangi dari sinyal pengaturan kecepatan Kami. Kontrol dilakukan oleh sinyal deviasi U ∆ =Uзс-Uос (disebut juga sinyal ketidakcocokan atau kesalahan), yang, ketika kecepatannya berbeda dari yang ditetapkan, secara otomatis berubah dan, dengan bantuan sistem kontrol otomatis , menghilangkan penyimpangan ini.

Tergantung pada jenis koordinat yang dikontrol, ED menggunakan umpan balik dalam kecepatan, posisi, arus, fluks magnet, tegangan, dan EMF.

Sistem regulasi bawahan.

Untuk mengontrol pergerakan EUT, terkadang perlu dilakukan penyesuaian beberapa koordinat EP. Misalnya arus (torsi) dan kecepatan. Dalam hal ini, ED tertutup dilakukan sesuai dengan skema dengan kontrol koordinat bawahan.

Gambar 2 – Diagram blok sistem kontrol budak dua sirkuit

Dalam skema ini, pengaturan setiap koordinat dilakukan oleh pengaturnya sendiri (RT arus dan RS kecepatan), yang, bersama dengan umpan balik yang sesuai dengan koefisien Kost dan Koss, membentuk loop tertutup. Rangkaian ini disusun sedemikian rupa sehingga sinyal masukan (master) untuk rangkaian arus Uzt adalah sinyal keluaran dari rangkaian kecepatan di luarnya. Dengan demikian, loop arus internal akan disubordinasikan ke loop kecepatan eksternal - koordinat utama penggerak listrik yang dapat disesuaikan. Sinyal U ∆ dari output RT disuplai ke TP konverter thyristor. Motor listrik diwakili oleh dua bagian: listrik (ESM) dan mekanik (MCD).

Keuntungan utama dari skema semacam itu adalah kemungkinan penyesuaian optimal kendali setiap koordinat. Selain itu, mensubordinasikan loop arus ke loop kecepatan memungkinkan untuk menyederhanakan proses pembatasan arus dan torsi, yang mana hanya perlu mempertahankan sinyal pada output pengontrol kecepatan (sinyal referensi) dari level arus pada tingkat yang sesuai.

Jelaskan tujuan konverter frekuensi statis dengan tautan arus searah perantara (SFC IDC). Berikan diagram blok PZPT HRC yang berbeda dalam cara pengaturan tegangan pada stator IM.

HRC PZPT dirancang untuk mengubah tegangan bolak-balik dengan amplitudo dan frekuensi konstan menjadi tegangan bolak-balik dengan amplitudo dan frekuensi yang dapat disesuaikan.

Ada tiga jenis HRC CRPT tergantung pada metode pengaturan tegangannya:

1. HRC PZPT dengan penyearah terkontrol

Pada rangkaian ini, amplitudo tegangan diatur pada keluaran penyearah (Gambar 1).

Gambar 1 - HRC PZPT dengan penyearah terkontrol

CF adalah penyearah terkontrol yang mengubah energi arus bolak-balik menjadi energi arus searah.

F – filter, berfungsi untuk menghaluskan riak arus dan tegangan.

Dan – inverter, digunakan untuk mengubah arus searah menjadi arus bolak-balik.

SUV – sistem kendali penyearah.

IMS – sistem kontrol inverter.

FP adalah konverter fungsional yang digunakan untuk mengubah sinyal pengaturan frekuensi U z. F. menjadi sinyal pengaturan tegangan U z. kamu. tergantung pada hukum kontrol frekuensi yang diterapkan.

Tergantung pada jenis filter F pada tautan DC, inverter otonom I dibagi menjadi AI arus dan AI tegangan. Dalam IFC berbasis arus AI, filternya adalah reaktor L dengan induktansi tinggi (Gambar 2a). Inverter semacam itu merupakan sumber arus, oleh karena itu pada rangkaian ini yang berpengaruh pada motor adalah frekuensi dan arus stator.

Gambar 2 - Sirkuit filter

Tegangan AI adalah sumber tegangan, yang tujuan filternya, selain induktansi L, berisi kapasitor kapasitansi besar C (Gambar 2b). Pengaruh kendali pada motor pada sistem VHF dengan tegangan AI adalah amplitudo dan frekuensi tegangan.

2. HRC PZPT dengan penyearah tak terkendali dan konverter terkontrol lebar pulsa (PWCC) pada tautan DC (Gambar 3).

Gambar 3 - HRC PZPT dengan penyearah tidak terkontrol dan PSIU

Dalam hal ini pengaturan tegangan dilakukan di PShIU yang dipasang antara penyearah tak terkendali NV dan inverter I. Tegangan konstan tak terkendali dari NV disuplai ke PShIU, yang besarnya diatur, diubah menjadi rangkaian. pulsa persegi panjang, disaring oleh filter Ф dan disuplai ke input inverter I.

3. HRC PZPT dengan penyearah tidak terkontrol dan dengan modulasi lebar pulsa tegangan pada inverter (Gambar 4).

Gambar 4 - PFC DCPT dengan modulasi tegangan lebar pulsa pada inverter

Dalam rangkaian ini, pengaturan amplitudo tegangan dan frekuensi digabungkan dalam I. Modulasi lebar pulsa dicapai dengan menggunakan algoritma peralihan katup yang kompleks dan hanya dapat diimplementasikan dalam konverter dengan sakelar yang dikontrol: dengan transistor daya atau dengan thyristor dengan peralihan buatan.

PERANGKAT KHUSUS SISTEM KONTROL

Regulator

Fungsi penting dari sistem otomasi modern adalah pengaturan koordinatnya, yaitu mempertahankan nilai yang diperlukan dengan akurasi yang diperlukan. Fungsi ini dilaksanakan dengan menggunakan sejumlah besar elemen yang berbeda, di antaranya regulator adalah yang paling penting.

Pengatur melakukan transformasi sinyal kontrol yang sesuai dengan operasi matematika yang diperlukan oleh kondisi operasi sistem kontrol. Operasi umum yang diperlukan mencakup transformasi sinyal berikut: proporsional, proporsional-integral, proporsional-integral-diferensial.

Dasar dari regulator analog adalah penguat operasional - penguat arus searah, yang, jika tidak ada umpan balik, memiliki penguatan tinggi. Penguat operasional terintegrasi paling banyak digunakan. Penguat operasional adalah struktur multitahap di mana penguat diferensial masukan dapat dibedakan ( DU) dengan input terbalik dan langsung, penguat tegangan ( PBB), menerapkan gain tinggi, dan power amplifier ( PIKIRAN), menyediakan kapasitas beban yang diperlukan dari penguat operasional. Diagram fungsional penguat operasional ditunjukkan pada Gambar. 4.1. Desain penguat operasional chip tunggal dan berukuran kecil memastikan stabilitas parameter yang tinggi, yang memungkinkan diperolehnya penguatan DC yang tinggi. Poin-poin yang diperoleh dari diagram Kl, K2, KZ dirancang untuk menghubungkan sirkuit koreksi eksternal yang mengurangi penguatan pada frekuensi tinggi dan meningkatkan stabilitas penguat dengan umpan balik. Tanpa rangkaian koreksi, pada frekuensi yang cukup tinggi, ketika akumulasi fase lag adalah 180°, tanda umpan balik berubah, dan dengan penguatan yang besar, penguat operasional tereksitasi sendiri dan memasuki mode osilasi mandiri. Pada Gambar. 4.1 notasi berikut digunakan: Ke atas- tegangan suplai penguat; kamu ui- tegangan kontrol masukan melalui masukan balik penguat; kamu berkemas- tegangan kontrol input melalui input langsung amplifier; kamu keluar- tegangan keluaran penguat. Semua tegangan di atas diukur relatif terhadap kabel umum catu daya bipolar.

Rangkaian koneksi penguat operasional ditunjukkan pada Gambar. 4.2. Tahap diferensial penguat operasional memiliki dua input kontrol: langsung dengan potensial kamu berkemas dan berbanding terbalik dengan potensi kamu ui(Gbr. 4.2, A).

Tegangan keluaran penguat ditentukan oleh hasil kali penguatan dan beda potensial masukan penguat, yaitu

kamu keluar = k kamu (kamu naik - kamu kamu) = k kamu kamu kamu,

Di mana kuo- penguatan diferensial dari penguat operasional; kamu kamu- tegangan input diferensial penguat, yaitu tegangan antara input langsung dan terbalik. Penguatan diferensial dari penguat operasional terintegrasi tanpa adanya umpan balik.

Relatif terhadap tegangan masukan kamu vhp Dan kamu siapa tegangan keluaran ditentukan oleh perbedaannya

kamu keluar = k naik kamu masuk - k ui kamu masuk,

di mana adalah keuntungan masukan langsung paket k dan dengan masukan terbalik k ui ditentukan oleh rangkaian switching penguat. Untuk rangkaian switching input langsung ditunjukkan pada Gambar. 4.3, B, keuntungan ditentukan oleh rumus

dan untuk rangkaian switching input terbalik yang ditunjukkan pada Gambar. 4.3, V, - sesuai rumus

Untuk membangun berbagai rangkaian regulator, biasanya digunakan rangkaian penguat operasional dengan input terbalik. Biasanya, regulator harus memiliki banyak masukan. Sinyal input disuplai ke titik 1 (Gbr. 4.2, V) melalui resistansi masukan individu. Fungsi transfer yang diperlukan dari regulator diperoleh karena resistensi kapasitif aktif yang kompleks dalam rangkaian umpan balik Z os dan di sirkuit input Z masuk. Fungsi alih regulator relatif terhadap salah satu masukan tanpa memperhitungkan inversi tegangan keluaran

. (4.1)

Tergantung pada jenis fungsi transfer, penguat operasional dapat dianggap sebagai satu atau beberapa pengatur fungsional. Di masa depan, untuk mengimplementasikan regulator, kami hanya akan mempertimbangkan rangkaian switching berdasarkan input invers.

Pengontrol proporsional (pengontrol P) - Ini adalah op amp umpan balik ketat yang ditunjukkan pada Gambar. 4.3, A. Fungsi transfernya

W(p) = k P, (4.2)

Di mana k P- koefisien penguatan P-regulator.

Sebagai berikut dari fungsi transfer (4.2), dalam bandwidth penguat operasional, respons frekuensi amplitudo logaritmik (LAFC) dari regulator-P sejajar dengan sumbu frekuensi w, dan fasenya nol (Gbr. 4.3, B).

Pengontrol integral (I-regulator) diperoleh dengan memasukkan kapasitor dalam loop umpan balik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4.4, A, sambil mengintegrasikan sinyal masukan dan fungsi transfer pengontrol

, (4.3)

Di mana T dan = R dalam C os- konstanta integrasi.

Sebagai berikut dari (4.3), pergeseran fasa sinyal keluaran sama dengan - P/ 2, LFC memiliki kemiringan -20 dB/des, dan respons frekuensi fase logaritmik (LPFR) sejajar dengan sumbu frekuensi w(Gbr. 4.4, B).

Pengontrol proporsional-integral (pengontrol PI ) diperoleh dengan koneksi paralel regulator P dan I, yaitu

Fungsi transfer (4.4) dapat diperoleh pada satu penguat operasional dengan memasukkan reaktansi kapasitif aktif dalam umpan baliknya Z os (p) = R os (p) + + 1 / (C os p), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4.5, A.

Kemudian, sesuai dengan (4.1)

Di mana T 1 = R os C os; TI = R dalam C os; k P = R os / R masuk.

Karakteristik frekuensi logaritmik dari pengontrol PI ditunjukkan pada Gambar. 4.5, B.

Pengontrol diferensial proporsional (pengontrol PD) diperoleh dengan koneksi paralel dari regulator-P dan regulator-D diferensial, yaitu

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

Fungsi transfer (4.5) diperoleh dengan menghubungkan kapasitor ke resistor input op-amp, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4.6, A. Kemudian, dengan memperhitungkan (4.1), kita punya

Di mana T 1 = R di C masuk; k P = R os / R masuk.

Karakteristik frekuensi logaritmik dari pengontrol PD ditunjukkan pada Gambar. 4.6, B.

Pengontrol turunan integral-proporsional (pengontrol PID). Regulator ini diperoleh dengan koneksi paralel dari tiga regulator - P-regulator, I-regulator dan D-regulator. Fungsi alihnya berbentuk

. (4.6)

Fungsi transfer (4.6) selalu dapat diimplementasikan dengan koneksi paralel pengontrol PD dan pengontrol I, yang masing-masing memiliki fungsi transfer (4.5) dan (4.3). Dalam hal ini rangkaian pengontrol PID dapat diimplementasikan dengan menggunakan tiga penguat operasional. Penguat pertama mengimplementasikan fungsi pengatur PD (Gbr. 4.6, A), penguat kedua adalah fungsi dari I-regulator (Gbr. 4.4, A), penguat ketiga (Gbr. 4.3, A) adalah fungsi menjumlahkan sinyal keluaran penguat pertama dan kedua.

Jika parameternya k P, TI Dan T D menerapkan pembatasan

maka fungsi alih (4.6) dapat dituliskan sebagai

, (4.7)

Di mana k P = (T 1 +T 2) / TI; T D = (T 1 T 2) / TI.

Pengontrol PID dengan fungsi transfer (4.7) adalah sambungan berurutan dari pengontrol PD dan pengontrol PI dan dapat diimplementasikan pada penguat operasional tunggal dengan resistansi pada rangkaian umpan balik

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

dan resistansi pada rangkaian input

Dalam hal ini, konstanta waktu pengontrol T 1 = R di C masuk, T 2 =R os C os, T 0 =R dalam C os.

Rangkaian pengontrol PID untuk satu penguat ditunjukkan pada Gambar. 4.7, A, dan karakteristik frekuensi logaritmiknya pada Gambar. 4.7, B.

Sirkuit pengontrol PD dan pengontrol PID yang dipertimbangkan memiliki kapasitor di sirkuit input penguat, yang untuk interferensi frekuensi tinggi mewakili resistansi mendekati nol. Untuk meningkatkan stabilitas regulator, Anda dapat menghubungkan resistor tambahan dengan resistansi kecil (setidaknya satu urutan besarnya lebih kecil dari kapasitansi kapasitor) secara seri dengan kapasitor.

Regulator, pekerjaan mereka dan implementasi teknis dibahas lebih detail di /1/.

Pertanyaan tes mandiri

1. Fungsi apa yang dilakukan regulator sistem otomasi?

2. Transformasi khas sinyal kontrol apa yang dilakukan oleh pengatur sistem otomasi?

3. Apa dasar pembuatan sebagian besar regulator analog modern?

4. Apa sifat utama penguat operasional?

5. Berapakah koordinat masukan dari op-amp tipikal?

6. Berapakah koordinat keluaran dari op amp pada umumnya?

7. Apa saja komponen yang termasuk dalam rangkaian fungsional penguat operasional?

8. Sebutkan rangkaian tipikal untuk menghubungkan penguat operasional.

9. Rangkaian penguat operasional apa yang biasanya digunakan untuk mengimplementasikan regulator?

10. Berikan fungsi alih penguat operasional untuk rangkaian masukan pembalik.

11. Elemen manakah yang mengandung pengontrol proporsional dalam rangkaian umpan balik penguat operasional?

12. Elemen manakah yang mengandung pengontrol proporsional pada rangkaian input penguat operasional?

13. Berikan fungsi transfer pengontrol proporsional.

14. Apa karakteristik frekuensi amplitudo dan frekuensi fasa dari pengontrol proporsional?

15. Elemen manakah yang mengandung pengatur integral dalam rangkaian umpan balik penguat operasional?

16. Elemen manakah yang mengandung pengatur integral pada rangkaian masukan penguat operasional?

17. Berikan fungsi alih pengatur integral.

18. Berapa kemiringan respon frekuensi amplitudo logaritmik dari regulator integral?

19. Berapakah respon frekuensi fasa dari regulator integral?

20. Elemen apa saja yang terdapat dalam rangkaian umpan balik penguat operasional?

21. Elemen manakah yang memuat rangkaian input penguat operasional regulator proporsional-integral?

22. Berikan fungsi alih pengontrol proporsional-integral.

23. Elemen manakah yang berisi rangkaian umpan balik penguat operasional regulator diferensial proporsional?

24. Berikan fungsi transfer pengontrol proporsional-diferensial.

25. Di bawah batasan apa pada parameter pengontrol turunan integral-proporsional yang diterapkan pada penguat operasional tunggal?

26. Elemen apa saja yang terdapat dalam rangkaian input pengontrol turunan proporsional-integral berdasarkan penguat operasional tunggal?

27. Elemen apa saja yang terdapat dalam rangkaian umpan balik pengontrol turunan proporsional-integral berdasarkan penguat operasional tunggal?

Pengontrol intensitas

Unit master tipikal dalam sistem kontrol penggerak listrik dan sistem otomasi lainnya adalah integrator atau pengontrol intensitas(ZI). Tugas SI adalah membentuk perubahan halus pada sinyal master ketika berpindah dari satu level ke level lainnya, yaitu menciptakan naik turunnya sinyal secara linier pada kecepatan yang diperlukan. Dalam keadaan tunak, tegangan pada keluaran generator intensitas sama dengan tegangan pada masukannya.

Pada Gambar. Gambar 4.8 menunjukkan diagram blok SI integrasi tunggal, yang terdiri dari tiga penguat operasional. Semua amplifier dihubungkan menurut rangkaian dengan input pembalik. Penguat pertama U1, beroperasi tanpa umpan balik, tetapi dengan batasan tegangan keluaran kamu 1, memiliki karakteristik persegi panjang, yang ditunjukkan tanpa memperhitungkan inversi tegangan keluaran pada Gambar. 4.9, A. Penguat operasional kedua U2 bekerja sebagai integrator dengan tingkat integrasi yang konstan

(4.8)

Tingkat integrasi dapat disesuaikan dengan mengubah Rin2. Penguat ketiga U3 menghasilkan tegangan umpan balik negatif

. (4.9)

Ketika tegangan referensi diterapkan ke input kamu z tegangan keluaran meningkat secara linier menurut (4.8). Pada suatu saat t=t hal, Kapan kamu з = - kamu os, integrasi berhenti, dan tegangan keluaran, sebagai berikut dari (4.9), mencapai nilainya , tetap tidak berubah lebih lanjut. Saat melepas tegangan pengaturan dari input ( kamu z = 0) terjadi proses penurunan linier tegangan keluaran menjadi nol (Gbr. 4.9, B).

Laju perubahan tegangan keluaran gawai proteksi ini, sebagai berikut dari (4.8), dapat berubah baik dengan mengubah nilai tegangan kamu 1, misalnya dengan memilih dioda zener pada rangkaian umpan balik penguat U1 dengan tegangan stabilisasi sama dengan nilai yang diperlukan kamu 1, atau dengan mengubah nilai produk R dalam2 C oc2.

Pada Gambar. 4.10, A Ditampilkan adalah rangkaian SI integrasi tunggal lainnya, dibuat berdasarkan transistor bipolar yang dihubungkan menurut rangkaian dengan basis yang sama. Rangkaian ini menggunakan sifat-sifat transistor ( T) sebagai penguat arus. Pengisian ulang kapasitor ( DENGAN) selalu terjadi pada arus kolektor yang konstan saya untuk, ditentukan oleh arus emitor yang diberikan saya e. Dalam hal ini, laju perubahan tegangan terhadap waktu kamu keluar pada keluaran ZI | duot/dt| = saya untuk/C. Karakteristik pengendalian ZI kamu keluar = = f(t) ditunjukkan pada Gambar. 4.10, B. Laju perubahan sinyal keluaran dapat diatur dengan mengubah tegangan kamu e, sebanding dengan perubahan saat ini saya e dan, karenanya, arus saya untuk, atau mengubah kapasitansi kapasitor. Dalam kondisi stabil, kapasitor selalu terisi tegangan kamu masuk. Jembatan penyearah memastikan arah arus kolektor transistor yang konstan, terlepas dari tanda tegangannya kamu masuk. ZI dibahas secara rinci di /1, 7/.

Pertanyaan tes mandiri

1. Untuk tujuan apa pengontrol intensitas digunakan dalam rangkaian otomasi?

2. Berapakah koordinat masukan dan keluaran pembangkit intensitas?

3. Berapakah penguatan statis dari generator intensitas?

4. Bagaimana seharusnya tegangan pada keluaran generator intensitas terintegrasi tunggal berubah seiring dengan perubahan bertahap pada tegangan masukan?

5. Berdasarkan amplifier apa yang mengintegrasikan pengontrol intensitas?

6. Berapa banyak penguat operasional, yang dihubungkan melalui input terbalik, yang diperlukan untuk mengimplementasikan generator intensitas integrasi satu kali?

7. Tunjukkan tujuan masing-masing dari tiga penguat operasional dalam rangkaian pengontrol intensitas integrasi tunggal yang dibuat pada sirkuit mikro.

8. Parameter apa yang mempengaruhi laju perubahan tegangan keluaran generator intensitas terintegrasi tunggal pada tiga penguat operasional?

9. Bagaimana perubahan linier tegangan melintasi kapasitor dicapai dalam rangkaian pengontrol intensitas transistor integrasi tunggal?

10. Parameter apa yang mempengaruhi laju perubahan tegangan keluaran pengontrol intensitas transistor integrasi tunggal?

Elemen yang cocok

Elemen fungsional dalam sistem kendali dapat bersifat heterogen dalam hal jenis sinyal, jenis arus, hambatan dan daya, dan indikator lainnya. Oleh karena itu, ketika menghubungkan elemen-elemen, muncul tugas untuk mengoordinasikan karakteristiknya. Masalah ini diselesaikan dengan mencocokkan elemen. Kelompok elemen ini mencakup detektor fasa yang sesuai dengan jenis arus, konverter digital-ke-analog dan analog-ke-digital yang sesuai dengan jenis sinyal, pengikut emitor, pencocokan resistansi masukan dan keluaran, penguat daya, pemisah galvanik, dan elemen lainnya. . Fungsi koordinasi juga dapat dilakukan oleh unsur-unsur yang biasanya dimaksudkan untuk tujuan lain. Misalnya, penguat operasional yang dibahas pada bagian 4.1 ternyata menjadi pengikut emitor relatif terhadap masukan non-pembalik ketika tegangan keluaran dihubungkan ke masukan terbalik.

Untuk pemisahan galvanik misalnya, dapat digunakan sensor tegangan transformator. Unsur-unsur tersebut dan yang serupa sudah jelas atau diketahui dan tidak akan dipertimbangkan.

Mari pertimbangkan elemen pencocokan standar yang lebih kompleks.

Detektor fase(PD) telah menerima sejumlah nama lain dalam literatur ilmiah dan teknis: penguat peka fasa, penyearah peka fasa, pembeda fasa, demodulator.

Tujuan dari FD adalah untuk mengubah tegangan AC masukan kamu masuk Tegangan keluaran V DC kamu keluar, polaritas dan amplitudonya bergantung pada fase tegangan input J. Jadi, PD memiliki dua koordinat masukan: amplitudo tegangan masukan kamu di m dan fasa tegangan masukan J dan satu koordinat keluaran: nilai rata-rata tegangan keluaran kamu keluar. Ada dua mode operasi PD: mode amplitudo, ketika fase tegangan input tetap konstan, mengambil salah satu dari dua nilai 0 atau P, kamu di m= var dan kamu keluar = f(kamu dalam m); mode fase kapan kamu masuk= konstanta, J= var dan kamu keluar = f(j).

Dalam mode amplitudo, PD digunakan sebagai pengubah sinyal ketidaksesuaian AC menjadi sinyal kontrol pada penggerak servo DC, sebagai pengubah sinyal keluaran tachogenerator AC, dan seterusnya. Dalam mode fase, PD digunakan dalam sistem kontrol di mana variabel yang dikontrol dan dikontrol adalah fase yang bervariasi dengan lancar.

Detektor fase, sebagai suatu peraturan, tidak diberi fungsi amplifikasi tegangan.

Oleh karena itu, perolehan PD mendekati persatuan. Pada Gambar. Gambar 4.11 menunjukkan rangkaian ekivalen yang dihitung dari PD gelombang penuh. Sirkuit ini sesuai dengan sirkuit penyearah nol, di mana katup digantikan oleh sakelar fungsional K1 Dan K2. Resistensi beban Rn, di mana tegangan keluaran dialokasikan, menghubungkan titik tengah A, 0 kunci dan sumber kontrol EMF ya. Resistansi internal dari sumber EMF kontrol dimasukkan ke setiap rangkaian R kamu. Status tombol dikendalikan oleh EMF referensi dan operasi sesuai dengan algoritma: untuk e op > 0 K1 termasuk, yaitu itu

fungsi peralihan kamu k1= 1,a K2 dinonaktifkan, yaitu fungsi peralihannya kamu k2 = 0. Untuk dan operasi< 0 kamu k1 = 0, A kamu k2= 1. Algoritma ini dapat direpresentasikan dengan rumus

y ke 1 = (1+tanda e op) /2; y sampai 2 = (1- tanda e op) /2 . (4.10)

Tentunya dengan tertutup K1 ggl keluaran keluar antar titik A, 0 sama dengan ya, dan ketika ditutup K2 e keluar = - ey, itu adalah

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

Mengganti (4.10) menjadi (4.11) menghasilkan

e keluar = ey tanda tangani e op . (4.12)

Diagram perubahan EMF keluaran yang sesuai dengan algoritma (4.11) dan (4.12) ditunjukkan pada Gambar 4.12.

e op = E op m dosa Dan e y = E y m sin(wt - j),

Di mana E op m,E ya m- nilai amplitudo EMF referensi dan EMF kontrol; w adalah frekuensi sudut EMF referensi dan EMF kontrol, kemudian nilai rata-rata EMF keluaran yang diperbaiki

. (4.13)

Karena E y m = k p U dalam m, tegangan keluaran rata-rata , lalu memperhitungkan (4.13)

, (4.14)

Di mana k hal- koefisien transfer dari tegangan input ke EMF kontrol. Hal ini ditentukan oleh fitur diagram sirkuit PD tertentu.

Untuk J= konstanta = 0 atau J= konstan = P ada mode amplitudo operasi PD, yang karakteristik kontrolnya jelas:

kamu keluar = k FD kamu masuk,

di mana, dengan mempertimbangkan (4.14), penguatan PD dalam mode amplitudo

Pada J= 0 nilai tegangan keluaran kamu keluar positif, dan kapan J = P nilai tegangan keluaran negatif.

Untuk kamu masuk= konstanta dan J= var ada mode fase PD, yang karakteristik kontrolnya berbentuk

kamu keluar = k" FD cosj = k "FD sinj",

Di mana j " = hal/2 - j, dan koefisien transmisi PD dalam mode fase dengan mempertimbangkan (4.14)

;

Kecil J" karakteristik kontrol

Pengoperasian PD, karakteristiknya dan diagram rangkaiannya dibahas di /1/.

Konverter Digital ke Analog(DAC). Konverter mencocokkan bagian digital dari sistem kendali dengan bagian analog. Koordinat masukan DAC adalah bilangan multi-bit biner A n = an -1 …ai …a 1 a 0, dan koordinat keluarannya adalah tegangan kamu keluar, dihasilkan berdasarkan tegangan referensi kamu op(Gbr. 4.13).

Rangkaian DAC dibangun berdasarkan matriks resistor, yang dengannya arus atau tegangan dijumlahkan sehingga tegangan keluaran sebanding dengan bilangan masukan. DAC terdiri dari tiga bagian utama: matriks resistor, sakelar elektronik yang dikendalikan oleh nomor masukan, dan penguat penjumlahan yang menghasilkan tegangan keluaran. Pada Gambar. Gambar 4.14 menunjukkan rangkaian sederhana DAC ireversibel. Setiap digit bilangan biner masukan Sebuah sesuai dengan resistensi

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

Di mana R0- resistensi tingkat rendah.

Penghambat R saya terhubung ke catu daya dengan tegangan referensi kamu op melalui kunci elektronik K saya, yang tutup pada sebuah saya=1 dan buka pada sebuah saya= 0. Tentunya tergantung nilainya sebuah saya resistansi rangkaian masukan untuk Saya- kategori dengan mempertimbangkan (4.15) akan ditentukan oleh ekspresi

R saya = R 0 /(2 saya a saya). (4.16)

Lalu untuk dan saya= 0, artinya rangkaian putus, dan untuk sebuah saya=1 rangkaian menyala dan mempunyai hambatan R 0 /2 saya .

Dalam diagram pada Gambar. 4.14 penguat operasional kamu menjumlahkan arus masukan dan tegangan keluarannya, dengan memperhatikan notasi dan ekspresi rangkaian (4.16)

Ekspresi (4.17) dari bentuk kamu keluar = f(A n)- Ini adalah karakteristik kontrol DAC. Ia memiliki bentuk berundak dengan keleluasaan tegangan yang sesuai dengan satuan paling tidak signifikan,

ΔU 0 = R os U op / R 0 = k DAC.

Besarnya kamu 0 pada saat yang sama adalah koefisien transfer rata-rata DAC k DAC.

Konverter analog-ke-digital(ADC) memecahkan masalah kebalikan - mengubah tegangan input kontinu menjadi angka, misalnya biner. Setiap keluaran bilangan biner multi-bit dan saya sesuai dengan kisaran perubahan tegangan input:

, (4.18)

Di mana kamu ei = ΔU 0 saya- nilai referensi tegangan keluaran yang sesuai dengan bilangan biner keluaran dan saya; kamu 0- keleluasaan tegangan keluaran, sesuai dengan satuan digit terkecil dari bilangan keluaran.

Pada N-sedikit ADC jumlah total level tegangan input referensi bukan nol yang berbeda satu sama lain kamu 0, sama dengan angka desimal keluaran maksimum N=2 n - 1. Sejak setiap level kamu dan aku, menurut (4.18), membawa informasi tentang bilangan, maka dalam pengoperasian ADC kita dapat membedakan operasi utama: perbandingan tegangan masukan dan tegangan referensi, penentuan bilangan level, pembangkitan bilangan keluaran dalam kode yang diberikan . Penguatan ADC rata-rata didefinisikan sebagai kebalikan dari penguatan DAC yang sesuai:

k ADC = 1 / ΔU 0.

Maka persamaan karakteristik kendali ADC dapat dituliskan sebagai

Karakteristik kendali ADC berbentuk langkah.

Rangkaian implementasi ADC dapat dibagi menjadi dua jenis utama: aksi paralel dan aksi sekuensial.

Keuntungan utama dari ADC paralel adalah kinerjanya yang tinggi. Konversi tegangan masukan analog menjadi bilangan multi-digit desimal terjadi hanya dalam dua siklus clock elemen rangkaian digital. Kerugian utama dari ADC tersebut adalah banyaknya komparator analog dan flip-flop dalam rangkaian, sama dengan 2 n - 1, yang membuat ADC paralel multi-bit menjadi sangat mahal.

Biaya perangkat keras yang jauh lebih rendah diperlukan dalam ADC serial. Pada Gambar. Gambar 4.15 menunjukkan rangkaian ADC pelacakan yang termasuk dalam kelompok rangkaian sekuensial. Diagram menggunakan simbol-simbol yang tidak disebutkan sebelumnya: GTI- generator pulsa jam, SR- penghitung terbalik, KE- pembanding, R- daftar keluaran. Penunjukan elemen logis DAN,ATAU TIDAK diterima secara umum.

Perbandingan kamu masuk Dan kamu e dilakukan pada komparator analog gabungan dengan dua keluaran: “lebih dari” (>) dan “kurang dari” (<). Еслиkamu di - kamu e >kamu 0/ 2, maka satu sinyal muncul pada keluaran >, dan elemen Dan 1 menghantarkan pulsa clock ke input penjumlahan (+1) pencacah atas/bawah SR. Jumlah keluarannya semakin bertambah SR, dan meningkat sesuai dengan itu kamu eh, DAC yang dihasilkan. Jika kamu di - kamu e < kamu 0 /2 , maka satu sinyal muncul di output< , при этом импульсы от генератора тактовых импульсов через элемент DAN 2 meneruskan ke input pengurangan (-1) penghitung SR Dan kamu e berkurang. Ketika kondisi | kamu di - kamu e | = kamu 0 /2 pada kedua output KE sinyal dan elemen nol disorot Dan 1 Dan DAN 2 dikunci untuk pulsa jam. Penghitung berhenti menghitung, dan angka yang tidak berubah pada keluarannya muncul pada keluaran register R. Izin untuk menulis nomor ke register diberikan oleh sinyal elemen tunggal ATAU-BUKAN, disertakan pada dua output KE. Mempertimbangkan skema ini sehubungan dengan kamu masuk Dan kamu eh, dapat dikatakan bahwa ADC merupakan suatu sistem kendali yang tertutup sepanjang koordinat keluarannya dengan suatu pengontrol KE aksi estafet. Sistem memantau perubahan tegangan masukan dengan akurasi kondisi tunak ± kamu 0 /2 dan mengeluarkan nomor yang sesuai dengan keluaran digital kamu masuk. ADC pelacakan hanya dapat dengan cepat mengubah perubahan tegangan input yang cukup lambat.

Kerugian utama dari ADC yang dipertimbangkan adalah kinerjanya yang buruk. Dalam kasus yang paling tidak menguntungkan, ketika tegangan maksimum pada masukan diatur secara tiba-tiba, untuk menghasilkan nilai keluaran yang sesuai kode digital diperlukan 2 n - 1 ketukan Beberapa rangkaian DAC dan ADC serta pengoperasiannya dibahas di /1/.

Pertanyaan tes mandiri

1. Mengapa elemen pencocokan digunakan dalam sistem otomasi?

2. Transformasi apa yang dilakukan oleh detektor fasa?

3. Dalam mode apa detektor fase dapat beroperasi?

4. Berapakah koordinat masukan detektor fasa?

5. Berapakah koordinat keluaran detektor fasa?

6. Berapakah mode operasi amplitudo detektor fasa?

7. Apa mode operasi fase dari detektor fase?

8. Detektor fase dapat digunakan untuk apa dalam sistem otomasi?

9. Berikan rumus karakteristik kendali detektor fasa yang beroperasi dalam mode amplitudo.

10. Konversi apa yang dilakukan oleh konverter digital ke analog?

11. Berapakah koordinat masukan dan keluaran konverter digital ke analog?

12. Apa saja bagian utama dari rangkaian konverter digital ke analog?

13. Berikan rumus untuk menghitung karakteristik kendali konverter digital-ke-analog dan koefisien transmisi rata-ratanya.

14. Jenis karakteristik kontrol apa yang dimiliki konverter digital-ke-analog?

15. Konversi apa yang dilakukan oleh konverter analog-ke-digital?

16. Berapakah koordinat input dan output dari konverter analog-ke-digital?

17. Berikan rumus untuk menghitung karakteristik kendali konverter analog-ke-digital dan koefisien transmisi rata-ratanya.

18. Jenis konverter analog-ke-digital apa yang ada?

19. Apa kelebihan dan kekurangan utama konverter analog-ke-digital paralel?

20. Apa kelebihan dan kekurangan utama konverter analog-ke-digital serial?

21. Mengapa konverter digital-ke-analog digunakan dalam rangkaian pelacakan konverter analog-ke-digital?

22. Berapakah kesalahan konversi absolut kondisi tunak maksimum dari konverter analog-ke-digital pelacakan?

SENSOR

Pertanyaan tes mandiri

1. Berapakah koordinat masukan dan keluaran sensor sudut rotasi?

2. Berapakah koordinat masukan dan keluaran sensor sudut misalignment?

3. Dalam sistem apa sensor sudut dan sensor kesalahan dapat digunakan?

4. Berapa banyak belitan dan di mana sinkronisasi kontak tiga fase memilikinya?

5. Berapakah koordinat masukan dan keluaran selsyn?

6. Dalam mode apa selsyn dapat beroperasi?

7. Berapakah mode amplitudo pengoperasian sinkronisasi?

8. Apa mode fase operasi selsyn?

9. Berikan rumus untuk menghitung karakteristik kendali sinkronisasi dalam mode operasi amplitudo.

10. Berikan rumus untuk menghitung karakteristik kontrol sinkronisasi dalam mode operasi fase.

11. Faktor apa yang menyebabkan kesalahan statis pada sinkronisasi yang mendistorsi karakteristik kontrolnya?

12. Apa penyebab error kecepatan pada sensor sudut putar berbasis selsyn?

13. Dalam mode apa sensor selsyn dan penerima selsyn beroperasi pada rangkaian sensor sudut ketidaksesuaian jika nilai amplitudo EMF rotor penerima selsyn dan fasa EMF ini digunakan sebagai koordinat keluarannya?

14. Berikan rumus untuk menghitung karakteristik kendali sensor ketidaksesuaian berdasarkan dua sinkronisasi yang beroperasi dalam mode transformator.

15. Apa kelemahan utama sensor sudut putar berdasarkan selsyn?

16. Untuk tujuan apa roda gigi pengukur reduksi digunakan pada masukan sensor sudut putaran?

17. Untuk tujuan apa roda gigi pengukur step-up digunakan pada input sensor sudut rotasi?

18. Bagaimana perubahan kesalahan pengukuran sudut saat menggunakan alat ukur reduksi?

19. Kapan waktu yang tepat untuk menggunakan sensor sudut diskrit?

20. Apa elemen utama yang ada dalam desain sensor sudut rotasi digital berdasarkan disk kode?

21. Mengapa karakteristik kendali sensor sudut putaran digital berbasis disk kode bersifat bertahap?

22. Berikan rumus untuk menghitung interval diskrit sensor sudut rotasi digital berdasarkan kode disk.

23. Berikan rumus untuk menghitung kesalahan absolut sensor sudut rotasi digital berdasarkan kode disk.

24. Dengan ukuran desain apa kapasitas bit sensor sudut rotasi digital berdasarkan disk kode dapat ditingkatkan?

Sensor kecepatan sudut

generator tach DC mewakili mobil listrik DC dengan eksitasi independen atau magnet permanen (Gbr. 5.6). Koordinat masukan TG - kecepatan sudut w, keluaran - tegangan kamu keluar, dialokasikan ke resistansi beban.

E tg = kФw = Saya(R tg + R n),

Koefisien transfer TG, V/rad; k = pN/ (2p a)- konstanta konstruktif; F- fluks eksitasi magnet; R tg- resistansi belitan jangkar dan kontak sikat.

Koefisien transfer TG, sebenarnya, tidak tetap konstan ketika kecepatan berubah karena nonlinier resistansi kontak sikat dan reaksi jangkar. Oleh karena itu, nonlinier tertentu diamati dalam karakteristik kontrol di zona kecepatan rendah dan tinggi (Gbr. 5.6, B). Nonlinier di zona kecepatan rendah dikurangi dengan menggunakan sikat logam dengan penurunan tegangan rendah. Karakteristik nonlinier akibat reaksi jangkar dikurangi dengan membatasi kecepatan dari atas dan meningkatkan tahanan beban. Saat melakukan aktivitas ini, karakteristik pengendalian TG dapat dianggap hampir mudah.

Untuk menyederhanakan proses pembuatan pengatur arus pada penguat operasional, kami mengubah PF (8) sebagai berikut:

(8")

Suku pertama pada (8") adalah hasil kali tautan isodromik dan aperiodik, suku kedua adalah tautan aperiodik, dan suku ketiga adalah tautan pembeda inersia. Dari kursus Elektronika Anda mengetahui cara merakit tautan ini pada penguat operasional.

Gambar 10 - Pengatur arus pada penguat operasional

Rangkaian tersebut, seperti dapat dilihat, terdiri dari tiga cabang paralel, yang ditutup oleh keluaran ke penambah pembalik pada penguat operasional, sehingga sinyal keluarannya kamu 2 akan dibalik relatif terhadap input kamu 1 . Jika persetujuan diperlukan kamu 1 Dan kamu 2 Inverter tambahan perlu dipasang pada output penambah. Teknik ini diterapkan di cabang tengah rangkaian, karena tautan aperiodik dibangun di atas penguat operasional pembalik. Cabang atas bertanggung jawab atas PF
. Produk dari tautan isodromik dan aperiodik dibuat dengan menghubungkan rangkaiannya secara seri pada penguat operasional pembalik, dan karena setiap tautan membalikkan sinyal, pencocokan input dan output dari cabang atas tidak diperlukan. Cabang bawah, yang mengimplementasikan tautan dinamis inersia, tidak membalikkan sinyal masukan.

Mari kita hitung parameter rangkaian. Diketahui bahwa

Setelah bertanya R 1 =R 3 =R 5 = R 8 =R 12 =R 17 =R 18 = 500 Ohm, R 13 = 300 Ohm, R 14 = 50 Ohm kita mengerti DENGAN 1 ==
= 240 uF, DENGAN 2 =DENGAN 3 ==
= 10 mikrofarad, DENGAN 4 =
=
= 40 uF, R 2 = =
= 380 Ohm, R 4 =R 6 =R 9 =R 10 =R 11 =R 16 = 500 Ohm, R 7 = 110 Ohm, R 15 =
= =
= 310 Ohm.

2.3AmLahx - program untuk membangun parameter asimtotik dan mensintesis pengontrol menggunakan metode parameter yang diinginkan

2.3.1 Informasi umum tentang program

Program AmLAHX dirancang untuk dijalankan di lingkungan MatLab6.0 atau lebih tinggi dan memberi pengguna kemampuan berikut:

memiliki antarmuka GUI;

membangun LFC asimtotik dari objek dinamis yang ditentukan dalam bentuk fungsi transfer;

secara interaktif membangun LFC yang diinginkan dari sistem loop terbuka sesuai dengan kriteria kualitas yang ditentukan, termasuk, program ini memungkinkan pengguna untuk memilih bagian kawin (kemiringannya) tergantung pada jenis LFC objek kontrol;

memberikan pengurangan otomatis dari LFC sistem loop terbuka LFC objek kontrol dan dengan demikian membangun LFC pengontrol, mengembalikan frekuensi konjugasi dan kemiringan asimtot, yang membuatnya cukup mudah untuk menuliskan fungsi transfernya menggunakan LFC pengontrol (dalam versi berikutnya program akan melakukan ini secara otomatis);

Semua LFC diplot dengan menunjukkan kemiringan asimtot; pengguna dapat menentukan warna setiap LFC secara terpisah, serta format tulisan pada grafik (ketebalan, tinggi).

2.3.2 Baris perintah program

Baris perintah lengkap untuk menjalankan program adalah:

Y y=amlahx( nomor,sarang, bendera, param),

Di mana nomor Dan sarang- pembilang dan penyebut PF objek kontrol, masing-masing, nomor Dan sarang harus berupa vektor yang ditulis dalam format MatLab (lihat contoh di bawah);

bendera- mode pengoperasian (1 (default) atau 2);

param- vektor 6 elemen (angka), masing-masing elemen 1, 2 dan 3 adalah ketebalan LFC OU, RS dan CU, 4, 5 dan 6 adalah warna LFC ini (secara default, ketebalan dari semua LFC adalah 1, warnanya masing-masing merah, biru dan hijau) .

AmLAHX tanpa parameter ini berfungsi dalam mode demo, dalam hal ini

nomor= ,sarang = ,bendera= 2.

Pengontrol menghitung ketidaksesuaian dan mengubahnya menjadi tindakan kontrol sesuai dengan operasi matematika tertentu. VSAU terutama menggunakan jenis pengontrol berikut: proporsional (P), integral (I), proporsional-integral (PI), proporsional-integral-derivatif (PID). Tergantung pada jenis sinyal yang dikonversi, regulator analog dan digital dibedakan. Regulator analog (AR) diimplementasikan berdasarkan penguat operasional, digital - berdasarkan perangkat komputasi khusus atau mikroprosesor. Pengontrol analog hanya mengubah sinyal analog yang merupakan fungsi waktu berkelanjutan. Saat melewati AP, setiap nilai sesaat dari sinyal kontinu diubah.

Saat menganalisis regulator, kami akan menggunakan dua asumsi utama, yang dipenuhi dengan tingkat akurasi tinggi untuk op-amp dengan umpan balik negatif dalam mode operasi linier:

Tegangan masukan diferensial kamu masukan op-amp sama dengan nol;

Input op-amp pembalik dan non-pembalik tidak mengkonsumsi arus, mis. arus masukan (Gbr. 2.2). Karena masukan non-pembalik dihubungkan ke bus “nol”, maka menurut asumsi pertama, potensial φa dari masukan pembalik juga sama dengan nol.

Beras. 2.2. Diagram fungsional pengontrol proporsional

Pindah ke pertambahan variabel pada persamaan (2.1) dan menggunakan transformasi Laplace, kita memperoleh fungsi transfer regulator-P:

Di mana - keuntungan proporsional.

Jadi, dalam regulator-P, sinyal kesalahan dikuatkan secara proporsional (dikalikan dengan konstanta) kamu balapan

Koefisiennya bisa lebih besar atau lebih kecil dari satu. Pada Gambar. 2.3 menunjukkan ketergantungan kamu pada = f(t) P-regulator ketika sinyal kesalahan berubah kamu balapan

Regulator integral (I-regulator) diimplementasikan dengan menghubungkan kapasitor op-amp C ke op-amp pada rangkaian umpan balik (Gbr. 2.4). Fungsi transfer pengontrol I

dimana adalah konstanta integrasi, s.

Beras. 2.4. Diagram fungsional regulator terintegrasi

Pengontrol I mengintegrasikan sinyal kesalahan kamu balapan

Pengontrol integral proporsional (pengontrol PI) diimplementasikan dengan memasukkan resistor R OU dan kapasitor C OU dalam loop umpan balik (Gbr. 2.6).

Beras. 2.6. Diagram fungsional pengontrol PI

Fungsi transfer pengontrol PI

adalah jumlah fungsi alih pengontrol proporsional dan integral. Karena pengontrol PI memiliki sifat pengontrol P dan I, ia secara bersamaan melakukan amplifikasi proporsional dan integrasi sinyal kesalahan kamu balapan

Pengontrol turunan integral-proporsional (pengontrol PID) diimplementasikan dalam kasus paling sederhana dengan menghubungkan kapasitor C 3 dan C OS di pengontrol PI secara paralel dengan resistor R 3 dan R OC (Gbr. 2.8).

Beras. 2.8. Diagram fungsional pengontrol PID

Fungsi transfer pengontrol PID

dimana gain proporsional dari pengontrol PID; - konstanta diferensiasi; - konstanta integrasi; ; .

Fungsi alih pengontrol PID merupakan penjumlahan fungsi alih pengontrol proporsional, integral, dan diferensial. Pengontrol PID melakukan amplifikasi proporsional, diferensiasi dan integrasi sinyal kesalahan secara simultan kamu balapan

17 Pertanyaan Sensor koordinat AEP.

Diagram blok sensor. AED (penggerak listrik otomatis) menggunakan sensor untuk menerima sinyal umpan balik pada koordinat yang dikontrol. Sensor adalah perangkat yang menginformasikan keadaan koordinat terkontrol AED dengan berinteraksi dengannya dan mengubah reaksi terhadap interaksi ini menjadi sinyal listrik.

Dikendalikan dalam AED adalah koordinat listrik dan mekanik: arus, tegangan, EMF, torsi, kecepatan, perpindahan, dll. Untuk mengukurnya, sensor yang sesuai digunakan.

Sensor koordinat AED secara struktural dapat direpresentasikan sebagai koneksi serial transduser pengukur (MT) dan perangkat pencocokan (CU) (Gbr. 2.9). Transduser pengukur mengubah koordinat X dalam sinyal tegangan listrik Dan(atau saat ini Saya), proporsional X . Perangkat yang cocok mengubah sinyal keluaran Dan IP menjadi sinyal umpan balik kamu sistem operasi , yang ukuran dan bentuknya memenuhi senjata self-propelled.

Beras. 2.9. Diagram blok sensor koordinat AEP

Sensor saat ini. Sensor arus (CT) dirancang untuk memperoleh informasi tentang kekuatan dan arah arus motor. Persyaratan berikut harus dipenuhi:

Linearitas karakteristik pengendalian dalam kisaran 0,1I nom sampai 5 I nom tidak kurang dari 0,9;

Ketersediaan isolasi galvanik pada rangkaian tenaga dan sistem kendali;

Kinerja tinggi.

Transformator arus, belitan tambahan (kompensasi) dari smoothing choke, elemen Hall, dan shunt digunakan sebagai transduser pengukur di DT.

Sensor arus berbasis shunt banyak digunakan untuk mengukur arus motor. Melangsir adalah resistor empat terminal dengan resistansi aktif murni R sh (shunt non-induktif), rangkaian daya dihubungkan ke terminal arus, dan rangkaian pengukur dihubungkan ke terminal potensial.

Menurut hukum Ohm, tegangan turun pada resistansi aktif dan=R w Saya.

Untuk mengurangi pengaruh shunt pada aliran arus pada rangkaian motor, resistansinya harus minimal. Penurunan tegangan nominal pada shunt biasanya 75 mV, sehingga harus diperkuat ke nilai yang diperlukan (3,0...3,5 V). Karena shunt memiliki sambungan potensial dengan rangkaian daya, sensor arus harus dilengkapi perangkat isolasi galvanik. Perangkat transformator dan optoelektronik digunakan sebagai perangkat tersebut. Diagram blok sensor arus berdasarkan shunt ditunjukkan pada Gambar. 2.13.

Beras. 2.13. Blok diagram sensor arus berbasis shunt

Saat ini, sensor arus berdasarkan elemen aula, yang terbuat dari bahan semikonduktor berbentuk pelat atau film tipis (Gbr. 2.14). Saat lewat arus listrik I X sepanjang pelat yang letaknya tegak lurus Medan gaya dengan induksi DI DALAM, GGL hall diinduksikan pada pelat e X:

dimana adalah koefisien yang bergantung pada sifat material dan dimensi pelat.

Sensor tegangan. DI DALAM Pembagi tegangan resistif digunakan sebagai pengubah pengukur tegangan pada penggerak listrik (Gbr. 2.16).

Beras. 2.16. Diagram fungsional sensor tegangan

Tegangan keluaran pembagi.

Sensor EMF. Dengan persyaratan rendah untuk rentang kendali kecepatan (hingga 50), umpan balik EMF digunakan sebagai umpan balik utama dalam penggerak listrik.

Beras. 2.17. Diagram fungsional sensor EMF jangkar

Sensor kecepatan. Untuk memperoleh sinyal listrik yang sebanding dengan kecepatan sudut rotor mesin, digunakan tachogenerator dan sensor kecepatan pulsa. Tachogenerator digunakan dalam sistem kontrol otomatis analog, yang pulsa - dalam sistem digital.

Sensor kecepatan tunduk pada persyaratan ketat untuk linearitas karakteristik kontrol, stabilitas tegangan keluaran, dan tingkat riaknya, karena sensor tersebut menentukan parameter statis dan dinamis penggerak secara keseluruhan.

Tachogenerator DC dengan magnet permanen telah banyak digunakan dalam penggerak listrik. Untuk mengurangi tingkat denyut balik, tachogenerator dipasang di motor listrik.

Dalam sensor kecepatan berdenyut, transduser perpindahan berdenyut digunakan sebagai transduser pengukur utama, di mana jumlah pulsa sebanding dengan sudut putaran poros.

Sensor posisi. DI DALAM Saat ini, konverter induksi dan fotoelektronik digunakan dalam penggerak listrik untuk mengukur pergerakan bagian mesin dan mekanisme yang bergerak.

Trafo induksi meliputi trafo berputar, selsyn, dan induktosin. Induktosin bisa berbentuk lingkaran atau linier.

Transformator berputar (VT) disebut mesin mikro listrik arus bolak-balik yang mengubah sudut rotasi menjadi tegangan sinusoidal yang sebanding dengan sudut ini. Dalam sistem kendali otomatis, trafo berputar digunakan sebagai pengukur ketidaksesuaian yang mencatat penyimpangan sistem dari posisi tertentu yang ditentukan.

Transformator berputar mempunyai dua belitan terdistribusi satu fasa yang identik pada stator dan rotor, yang saling bergeser sebesar 90°. Tegangan dari belitan rotor dihilangkan dengan menggunakan slip ring dan sikat atau menggunakan ring trafo.

Prinsip pengoperasian VT dalam mode sinus didasarkan pada ketergantungan tegangan yang diinduksi pada belitan rotor oleh fluks magnet stator yang berdenyut pada posisi sudut sumbu belitan stator dan rotor.

Selsin adalah mesin mikro listrik arus bolak-balik dengan dua belitan: eksitasi dan sinkronisasi. Tergantung pada jumlah fase belitan eksitasi, sinkronisasi fase tunggal dan tiga fase dibedakan. Belitan sinkronisasi selalu tiga fase. Dalam senjata self-propelled, sinkronisasi non-kontak dengan transformator cincin banyak digunakan.

Belitan sinkronisasi sinkronisasi non-kontak dengan transformator cincin terletak di slot stator, belitan eksitasi ada di slot atau di kutub yang menonjol dari rotor sinkronisasi. Keunikan trafo cincin adalah belitan primernya terletak pada stator, dan belitan sekundernya terletak pada rotor. Belitannya berbentuk cincin yang ditempatkan dalam suatu sistem magnet yang terdiri dari inti magnet berbentuk cincin dari stator dan rotor, yang pada rotor dihubungkan dengan rangkaian magnet dalam, dan pada stator dengan rangkaian magnet luar. Dalam senjata self-propelled, sinkronisasi digunakan dalam mode rotasi amplitudo dan fase.

Diagram rangkaian untuk menyalakan belitan synsyn dalam mode amplitudo ditunjukkan pada Gambar. 2.19. Koordinat masukan sinkronisasi dalam mode ini adalah sudut putaran rotor τ. Garis tengah belitan fasa diambil sebagai titik acuan A.

Beras. 2.19. Diagram fungsional untuk menyalakan belitan synsyn dalam mode amplitudo

Diagram rangkaian untuk menyalakan belitan synsyn dalam mode pergeseran fasa ditunjukkan pada Gambar. 2.20. Koordinat masukan sinkronisasi dalam mode ini adalah sudut rotasi τ, dan koordinat keluaran adalah fase φ dari EMF keluaran e keluar sehubungan dengan tegangan suplai bolak-balik.

Beras. 2.20. Diagram fungsional untuk menyalakan belitan synsyn dalam mode rotasi fasa

18 Pertanyaan Sistem kontrol fase pulsa. Prinsip kontrol thyristor.

Dalam penyearah, thyristor digunakan sebagai sakelar yang dikontrol. Untuk membuka thyristor, dua kondisi harus dipenuhi:

Potensial anoda harus melebihi potensi katoda;

Pulsa pembuka (kontrol) harus diterapkan ke elektroda kontrol.

Momen munculnya tegangan positif antara anoda dan katoda thyristor disebut momen pembukaan alami. Pasokan impuls pembukaan dapat tertunda relatif terhadap momen pembukaan alami dengan sudut pembukaan. Akibatnya, permulaan aliran arus melalui thyristor yang memasuki operasi tertunda dan tegangan penyearah diatur.

Untuk mengontrol thyristor penyearah, sistem kontrol fase pulsa (PPCS) digunakan, yang melakukan fungsi berikut:

Penentuan momen di mana thyristor spesifik tertentu harus dibuka; momen waktu tersebut diatur oleh sinyal kendali yang berasal dari keluaran ACS ke masukan SIFU;

Pembentukan pulsa pembuka yang ditransmisikan SAYA pada waktu yang tepat ke elektroda kontrol thyristor dan memiliki amplitudo, daya, dan durasi yang diperlukan.

Menurut metode memperoleh pergeseran pulsa bukaan relatif terhadap titik bukaan alami, prinsip kendali horizontal, vertikal dan integrasi dibedakan.

Dengan kontrol horizontal (Gbr. 2.28), kontrol tegangan sinusoidal bolak-balik kamu y keluar fasa (secara horizontal) terhadap tegangan kamu 1, memberi makan penyearah. Pada suatu saat ωt=α Pulsa pembuka kunci persegi panjang terbentuk dari tegangan kontrol kamu GT . Kontrol horizontal praktis tidak digunakan pada penggerak listrik, karena terbatasnya rentang kontrol sudut α (sekitar 120°).

Dengan kontrol vertikal (Gbr. 2.29), momen suplai pulsa pembuka ditentukan ketika tegangan kontrol sama kamu y (bentuknya konstan) dengan tegangan referensi variabel (vertikal). Pada saat tegangan seimbang, pulsa persegi panjang terbentuk kamu gt.

Dengan kontrol terintegrasi (Gbr. 2.30), momen suplai pulsa pembuka ditentukan ketika tegangan kontrol bolak-balik sama dan di dengan tegangan referensi konstan kamu o p Pada saat tegangan seimbang, pulsa persegi panjang terbentuk kamu gt.

Beras. 2.28. Prinsip kontrol horizontal

Beras. 2.29. Prinsip kontrol vertikal

Beras. 2.30. Mengintegrasikan prinsip kontrol

Menurut metode penghitungan sudut bukaan a, SIFU dibagi menjadi multisaluran dan saluran tunggal. Dalam SIFU multi-saluran, sudut a untuk setiap thyristor penyearah diukur dalam salurannya sendiri, dalam saluran tunggal - dalam satu saluran untuk semua thyristor. Dalam penggerak listrik industri, SIFU multisaluran dengan prinsip kontrol vertikal banyak digunakan.

Membagikan: