Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала

Ограничение выходного сигнала используется для ограничения величины задающего входного сигнала на внутреннем контуре регулирования в системах с подчиненным регулированием параметров.

1) Схемы включения с нерегулируемым ограничением входного сигнала

В соответствии с рисунком 3.56, ограничение осуществляется за счет введения нелинейных элементов в цепь обратной связи ОУ.

а)

б)

в) Рисунок 3.56

;

–(U_{CT VD2} + DU_VD1) £ U_вых £ U_{CT VD1} + DU_VD2,

где U_ст – напряжение стабилизации;

DU_VD – падение напряжения на диоде (DU_VD »1В).

2) Схема включения с регулируемым ограничением выходного сигнала

Принцип классического ограничения состоит в том, что для ограничения выходного сигнала на заданном уровне на вход ОУ следует подавать сигнал в противофазе с задающим.

а)

При любом сигнале на выходе за счет подачи напряжения смещения с потенциометров R₂, R₃ на выходе компараторов А2 и А3 будут действовать напряжения обратные для диодов VD2, VD3 (см. рисунок 3.57а). Следовательно, они закрыты и на вход ничего не подается. Как только сигнал U_вых стал превышать уровень ограничения на выходе А2 и А3 будут действовать напряжения по проводимости диода VD2 или VD3, благодаря чему на вход ОУ (А1) будет подано напряжение в противофазе с входным.

На рисунке 3.57б применены операционные усилители типа К553УД2А, К153УД2А.

б)

в)

Ограничение U_вых за счет придания схеме с ОУ мягких внешних характеристик и это достигается путем введения в цепь R₂ (см. рисунок 3.57в). На нем гасится тот излишек напряжения, на который выходной сигнал ОУ превышает заданный уровень выходного.

В соответствии с рисунком 3.57г, в исходном состоянии, пока схема не достигла исходного ограничения, на выходе А2 действует ÅU, превышающее по уровню выходной сигнал, следовательно VD3 закрыт. Когда выходной сигнал приблизится к уровню ограничения, установленному на R₃, диод VD3 включается и фиксирует уровень выходного сигнала на уровне сигнала ограничения.

г)

В схеме (см. рисунок 3.57д) ОУ в режиме ограничения выходит в насыщение, а с помощью R₂ устанавливается желаемый уровень выходного напряжения, который представляется частью этого напряжения насыщения.

д)   Рисунок 3.57

I_{вых ОУ} = (3¸5)мА.

При R₂ >> R_oc ,

где .

.

3.3.3 Схемы включения ОУ с частотно-зависимым преобразованием сигнала

П-регулятор

В соответствии с рисунком 3.58а, передаточная функция П-регулятора

.

При анализе частотных свойств и синтезе схемы в 1-ю очередь нас интересует передаточная функция регулятора по каналу датчика обратной связи (ДОС) W(р), и только во 2-ю – по каналу задания W_рег(р).

На рисунке 3.58а приведены обозначения: U_ДОС – напряжение датчика ОС; U_З – напряжение задания.

Z_oc = R_oc , Z_вх = R₁ (R₂);

W(p) = – k₁ (k₂),

где k₁ = R_oc/R₁ , k₂ = R_oc/R₂.

Частотная характеристика и временные зависимости входного и выходного напряжений представлены на рисунке 3.58б, в, соответственно.

При k = 10 20×lg k = 20.

а) б) в) Рисунок 3.58

И-регулятор

В соответствии с рисунком 3.59а, передаточная функция И-регулятора

,

где , Z₁ = R₁.

,

где Т_и = C_ocR₁, wCp = 1/Т_и.

Частотная характеристика и временные зависимости входного и выходного напряжений представлены на рисунке 3.59б, в, соответственно.

Физический смысл постоянной времени Т_и состоит в том, что она численно равна времени, за которое выходной сигнал достигает уровня входного при нулевых начальных условиях.

И-регулятор и любой другой, имеющий интегрирующую часть, обладает свойством памяти (т.е. при нулевом входном сигнале выходной сохраняет накопленное к этому моменту значение).

а) б) в) Рисунок 3.59

ПИ-регулятор

В соответствии с рисунком 3.60а, передаточная функция ПИ-регулятора

;

Z_oc = R_oc + 1/C_oc p, Z_вх = R₁.

В зависимости от соединения ПИ-регулятор можно представить как параллельное (рисунок 3.60б), так и последовательное (рисунок 3.60в) соединение П- и И- звеньев.

Так, параллельное соединение удобно для временных зависимостей.

.

Последовательное соединение удобно для анализа частотных свойств, т.к. lg xy = lg x + lg y.

,

где Т_из = R_oc×C_oc – изодромная постоянная времени;

Частотная характеристика и временные зависимости входного и выходного напряжений представлены на рисунке 3.60г, д, соответственно.

НЧ: если Т_из×w<1, то w< 1/Т_из;

ВЧ: если Т_из×w>1, то w>1/Т_из.

а) б) в) г) д) Рисунок 3.60

А-регулятор

В соответствии с рисунком 3.61а, передаточная функция А-регулятора

;

Z_ВХ (р) = R₁;

,

где Т_ф = R_ocC_oc.

Частотная характеристика и временные зависимости входного и выходного напряжений представлены на рисунке 3.61б, в, соответственно.

НЧ: Т_ф×w<1.

а) б) в) Рисунок 3.61

Д-регулятор

В соответствии с рисунком 3.62а, передаточная функция Д-регулятора

Z_oc = R_oc; Z_вх = 1/C₁p;

.

Частотная характеристика и временные зависимости входного и выходного напряжений представлены на рисунке 3.62б, в, соответственно.

а) б) в) Рисунок 3.62

Датчики

Датчики относятся к информационной части ЭП. От точности датчиков зависит точность замкнутых систем.

Требования, предъявляемые к датчикам:

- не должны вносить искажения в измеряемую цепь;

- определяемая точность;

- должны осуществлять преобразования измеряемого сигнала в электрическую форму (U, I).

Датчики постоянного тока

Шунт

Шунт – самый распространенный датчик постоянного тока (комбинированное термостабилизированное сопротивление). Графическое изображение шунта представлено на рисунке 3.63а, где RS – его условное обозначение.

В соответствии с рисунком 3.63б, передаточная функция шунта

.

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) шунта представлена на рисунке 3.63в.

U_ШН = 75мВ; I_ШН – от 1А до 7,5кА.

Частотная характеристика (ЛАЧХ) представлена на рисунке 3.63г.

Достоинства данного вида датчика тока:

- простота;

- точность.

Недостатки:

- низкий уровень выходного сигнала;

а) б) в) г) Рисунок 3.63

- гальваническая связь с силовой схемой.