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.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а)
Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru б)
Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru в) Рисунок 3.56

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ;

–(UCT VD2 + DUVD1) £ Uвых £ UCT VD1 + DUVD2,

где Uст – напряжение стабилизации;

DUVD – падение напряжения на диоде (DUVD »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.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru   Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru 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 Uвых 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.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru б)

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru в)  

Ограничение Uвых 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.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru 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.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru д)   Рисунок 3.57

Iвых ОУ = (3¸5)мА.

При R2 >> Roc Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ,

где Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru .

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru .

3.3.3 Схемы включения ОУ с частотно-зависимым преобразованием сигнала

П-регулятор

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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru .

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 Wрег(р).

На рисунке 3.58а приведены обозначения: UДОС – напряжение датчика ОС; UЗ – напряжение задания.

Zoc = Roc , Zвх = R1 (R2);

W(p) = – k1 (k2),

где k1 = Roc/R1 , k2 = Roc/R2.

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

При k = 10 20×lg k = 20.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru б) в) Рисунок 3.58

И-регулятор

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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ,

где Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru , Z1 = R1.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ,

где Ти = CocR1, wCp = 1/Ти.

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

Физический смысл постоянной времени Ти 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).

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru б) в) Рисунок 3.59

ПИ-регулятор

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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ;

Zoc = Roc + 1/Coc p, Zвх = 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.

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru .

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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ,

где Тиз = Roc×Coc – изодромная постоянная времени;

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

НЧ: если Тиз×w<1, то w< 1/Тиз;

ВЧ: если Тиз×w>1, то w>1/Тиз.


Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru б) в) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru г) д) Рисунок 3.60

А-регулятор

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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ;

ZВХ (р) = R1;

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru ,

где Тф = RocCoc.

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

НЧ: Тф×w<1.


Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru б) в) Рисунок 3.61

Д-регулятор

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

Zoc = Roc; Zвх = 1/C1p;

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru .

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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru 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

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru .

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

UШН = 75мВ; IШН – 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;

Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru а) б) Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru Схемы включения ОУ с ограничением входного сигнала - student2.ru в) г) Рисунок 3.63

- гальваническая связь с силовой схемой.

Наши рекомендации