Главная | Обратная связь

Розділ 7. Узгоджуючи елементи

Після вивчення та опрацювання розділу студенти які

функції притаманні системі керування, що таке фазовий

детектор і його призначення, знати принцип роботи

аналого-цифрових і цифро-аналогових перетворювачів інформації.

 

План викладу матеріалу

5.1. ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ.

5.2.ФАЗОВИЙ ДЕТЕКТОР.

5.3.ЦАП.

5.4.АЦП

Загальні положення

 

Важливою функцією сучасної системи керування є:

Регулювання координат, тобто підтримка й необхідна точність необхідного значення параметрів системи (струм, момент, напруга й т.д.). Кожну функцію можна здійснювати за допомогою різних елементів, які можуть бути об'їдені в блоки. Ці блоки є уніфікованими, тобто можуть використатися в різних системах. Із усього різноманіття таких блоків ми розглянемо регулятори й задаючі пристрої, і погоджуючі елементи.

Регулятори – виконують перетворення керуючого сигналу, що відповідає математичним операціям, необхідним за умовами роботи системи керування. В основному регулятори будуються на основі ОП. У розділі операційні підсилювачі розглядалися інтегруючі, підсумовуючі підсилювачі. Підсилювачі, інвертуючі та не інвертуючі із різними зворотними зв'язками.

Наступним елементом може бути функціональний перетворювач. Він призначений для реалізації нелінійної залежності між фізичними величинами.

Найбільш простим функціональним перетворювачем є обмежувач напруги з постійним або регульованим рівнем обмеження.

З постійним рівнем обмеження.

 

З регульованим рівнем обмеження

Ця схема дозволяє здійснювати обмеження, як по додатному, так і по від’ємному потенціалу.

Одним з розповсюджених функціональних пристроїв, використовуваних у системах регулювання, є задатчик інтенсивності (ЗІ).

 

Рис.7.1.

 

Задача такого пристрою полягає в тім, щоб сформувати плавне наростання або спадання вхідного сигналу при переході з одного на інший рівень із заданим темпом. Темп інтегрування можна міняти за допомогою резистора (R₂). Підсилювач (3) є формувачем зворотного зв'язку. Вихідний сигнал наростає й у момент рівності задаючего сигналу і сигналу зворотного зв'язку, тобто процес завершений.

Таким чином, при наявності вхідного сигналу вихідна напруга буде незмінною як завгодно довго. При знятті вхідного сигналу вихідний сигнал буде зменшуватися лінійно.

Отже, розглянуті регулятори, функціональні перетворювачі й задаючі пристрої. Далі розглянемо погоджуючі пристрої.

Поява погоджуючи пристроїв можливо при наявності різних регульованих величин у системі регулювання. У розділі погоджуючі елементи розглянемо :

· фазовий детектор,

· ЦАП,

· АЦП.

 

 

Фазовий детектор

Його призначення – перетворювати вхідну напругу перемінного струму у вихідну напругу постійного струму, полярність і величина, якого залежать від фази вхідного сигналу.

 

Фазовий детектор може працювати у двох режимах

· Амплітудному. φ_вх- 0, π . U_вх=var

· Фазовому φ_вх=var, U_вх=const

 

Необхідно відзначити, що ФД має коефіцієнт підсилення =1.

Поняття й принцип роботи ФД розглянемо на прикладі найпростішої однонапівперіодної схеми рис.7.2.

 

 

Рис.7.2.

 

Схема отримує живлення від двох джерел (Е₁, Е₂). Обидва джерела синхронізовані по фазі й частоті.

Поставивши умову, що е₁<e₂ , отримаємо , що при додатній напівхвилі (парний на півперіод) працюють обидва контури. При цьому у верхньому відбувається додавання ЕРС, а в нижньому вирахування. У непарний на півперіод ніякий з контурів не працює. Зміну фази викликає зміна знака вихідної напруги. Розглянемо кожний з режимів, використовуючи наведену схему.

Результуюче значення опору контуру буде

R_к =R_н +R_тр1 +R_тр2

Середнє за період значення вихідної напруги

U =R_н/π (I_1н -I_2н) =R_н/ πR_к (│E_2м +E_1м│- E_2м –E_1м│)

 

│E_2м +E_1м│ = √ Е_1м² +2Е_1м Е_2мcosφ + E_2м²

│ E_2м -E_1м│ = √ Е_1м² -2Е_1м Е_2мcosφ + E_2м²

 

Тепер можна перейти до аналізу режимів роботи ФД.

 

 

Амплітудний режим.

 

│ E_2м -E_1м│= E_2м - E_1м

│ E_2м +E_1м│ = E_2м +E_1м тоді отримаємо

 

U_вых =R_н/πR_к (E_2м +E_1м- E_2м +E_1м) = R_н/πR_к2Е_1м, де Е_1м вторинна напруга трансформатора, тобто

К_тр=Е_1м/U_вх , таким чином,

U_вых= R_н/πR_к2К_трU_вх =К_фдU_вх тому що коефіцієнт фазового детектора величина постійна, то вихідна величина напруги залежить тільки від вхідної напруги.

Лінійність вихідної характеристики буде зберігатися тільки за умови, що Е_1м > E_2м .

 

 

 

Фазовий режим

 

│ E_2м -E_1м│= E_2м - E_1мcosφ_вх

 

│ E_2м +E_1м│ = E_2м + E_1мcosφ_вх тоді отримаємо

 

U_вых= R_н/πR_к2К_трU_вх =К_фдφ_вх,як видно математичні розрахунки підтвердили обґрунтованість теоретичних положень. Тому що ФД є погоджуючим елементом, то вхідний опір повинен бути значним. Однак варто мати на увазі той факт, що при значному збільшенні ФД знижує свою перешкодостійкість. Значення вихідної напруги повинне бути незначним, що дозволяє провести якісне узгодження ФД із наступними елементами схеми.

Схему ФД розглянемо з використанням ОП.

Власне ФД реалізується на першому операційному підсилювачі.

 

U_оп > 0 U_оп > 0

U_вх > 0 U_вх < 0

KUвх - KUвх

U_оп < 0 U_оп < 0

U_вх < 0 U_вх > 0

 

Рис.7.3. Схема інтегрального фазового детектора