книги из ГПНТБ / Фрер Ф. Введение в электронную технику регулирования

в качестве собственно регуляторов, либо в качестве сум­ мирующих и разделительных усилителей, либо в качест­ ве ключей или инверторов. Необходимые свойства при­

в нем формируется управляющее воздействие, характе­

Рнс. 35. Схема включения регулирующего усилителя.

/ — блок преобразования напряжения з а д а ю щ е г о сигнала І1Л в сигнал тока задания Л,; 2 — блок преобразования напряжения сигнала — Il ^ в т о к — /,|,; 3 — блок отрицательной обратной связи.

В. системах привода задающая и регулируемая вели­ чины чаще всего бывают представлены в виде напря­ жений. Но сравнивать сигналы задания и фактического значения, конечно, удобнее в виде сигналов тока, так как, во-первых, представляющие напряжения в этом слу­ чае можно отсчитывать от общей шины и, во-вторых, можно суммировать больше двух входных сигналов.

В силу этого на входе усилителя, как правило, име­ ются узлы, состоящие из активных и реактивных сопро-

. тивлений и преобразующие в сигналы тока задающий сигнал и сигнал фактического значения регулируемой величины, если последние представлены напряжениями (рис. 3 5 ) .

60

Эти сигналы изменяются во времени соответственно свойствам узлов, в которых они формируются. Для того чтобы можно было сравнивать сигналы задания и фактического значения, соответствующие сигналы тока должны иметь разные знаки.; следовательно, и напряже­ ния также должны быть различными по знаку. Как пра­ вило, фактическому значению регулируемой величины приписывают знак «минус» (рассогласование равно раз­ ности между задающей и регулируемой величинами).

Анализировать работу регулятора можно либо иссле­ дуя зависимость выходной величины регулятора от тока рассогласования на его входе, либо исследуя зависи­ мость той же величины от сигнала на одном из входов, считая, что сигнал на втором входе вначале равен-нулю, т. е. исследуя зависимость от каждого из входных сигналов в отдельности. Этот прием правомерен, если узлы на входе "и в цепи обратной связи линейны, т. е. если применим принцип наложения. В дальнейшем ис­ пользуется в основном последний прием. .

На рис. 35 показано, каким образом усилитель при­ обретает свойства, необходимые для регулирования, при включении пассивных комплексных двухили четырех­ полюсников между выходньш зажимом и так называе­

в цепи обратной связи h направлен навстречу току рас­ согласования /0 (напряжения UBUX и Ѵпх имеют разные знаки), то обратная связь отрицательна («встречное» включение усилителя).

Сумматор (суммирующий усилитель) представляет собой несколько видоизмененный регулирующий усили­ тель. Цепь отрицательной обратной связи, как правило, является чисто активной, но усилитель имеет два или боліе входов, на которые подаются напряжения одина­ ковых или разных знаков. Сопротивления каналов опре­ деляют коэффициенты, k, отражающие вес каждого вхо­ да, его роль в формировании выходного сигнала:

Инверсионный или разделительный усилитель. Если усилитель имеет единственный вход, а его входная цепь и цепь обратной связи выполнены так, что выходное на­ пряжение равно по величине входному, то .роль усили­ теля сводится к перемене знака сигнала и его называют

61

инверсионным. Если же регулятор должен выдавать два выходных напряжения с разными знаками или требуется преобразование полного сопротивления, то применяют такой же усилитель, как для инверсирования, но со сдво­ енными, гальванически разделенными выходами. Такой усилитель называется разделительным.

Рис. 36. Схема включения усилителя, работающего в ре­ лейном режиме (положительная обратная связь).

/ — входной Олок; 2 — блок обратной связи.

Релейный элемент. Усилитель в спусковом (ключе­ вом) режиме характеризуется тем, что выходное напря­ жение может принимать только два дискретных значе­ ния, а именно — максимально возможное положитель­ ное и максимально возможное отрицательное. В таких случаях говорят о бистабильной характеристике усили­ теля.

полюсника между выходным зажимом А и так называе­ мым зажимом положительной обратной связи Ег на вхо­

находится в режиме максимального выходного сигнала, который остается постоянным по величине. Такую об­ ратную связь считают положительной, а включение уси­

чем Ѵ\, их разность изменит знак и вызовет скачок вы­ ходного напряжения, принимающего теперь второе ста­ бильное значение.

62

Если на вход такого усилителя дополнительно по­ дать еще и ток, больший по величине, чем 1\, то можно получить моностабильный режим. Сочетание жесткой положительной и гибкой отрицательной обратной связи (инерционного звена в ее цепи) приводит к- астабильному режиму усилителя.

Статические характеристики усилителей с обратной связью отражают зависимость выходной величины от токов в цепях обратной связи.

угол между статической характеристикой и осью абсцисс уменьшается с увеличением проводимости цепи обрат­ ной связи (рис. 37,а).

Для усилителя с положительной обратной связью с увеличением проводимости цепи обратной связи угол между статической характеристикой и осью абсцисс

увеличивается (рис. 37,6) .

21. ПЕРЕДАТОЧНАЯ ФУНКЦИЯ РЕГУЛЯТОРА

Комплексные двух- и четырехполюсники, с которыми соединен усилитель в схеме регулятора, в свою очередь имеют обратные связи. Это следует учитывать при опре­ делении передаточной функции всего регулятора. В об-

63

щем случае согласно рис. 38 передаточная функция ре­ гулятора

Для того чтобы усилитель регулятора имел очень большой коэффициент усиления, а его фазовый сдвиг иа всех рассматриваемых частотах мало отличался от

схемы, цени обратной связи и усилителя.

пуля, передаточная функция усилителя должна иметь вид

При таких условиях

(95)

Если входную цепь и цепь обратной связи предста­ вить в виде комплексных двухполюсников (рис. 39,а), то нетрудно видеть, что двухполюсник на входе является определяющим элементом не только для частной вход­ ной передаточной функции 'W^(p).

Вообще говоря, частную передаточную функцию по­ лучают, приравнивая нулю третье напряжение, которое не влияет на эту функцию:

64

Отсюда передаточная функция регулятора в упро щенном виде

(97)

В подавляющем большинстве случаев при расчетах используется именно эта форма записи передаточной функции. Поэтому соотношение- (97) можно считать основным уравнением регулятора.

регулирующих усилителей весьма велико. Оно входит как в выражение для передаточной функции входного звена:

W (ri) U" { p )

Напряжения задающего сигнала U3 и сигнала факти­ ческого значения оф можно заменить напряжением эквивалентного источника Vвх с внутренним сопротив­ лением Z ' B X ; для схемы сравнения на входе согласно рис. 39,е

АС/* - ,

* 2 3 + Z 0

(102)

7' — ZB Zp

Zj) -f- Z 0

66

Приведенными величинами определяются токи, скла­ дывающиеся в узле сравнения S по закону Кирхгофа:

— Г1 _J_ ^ в ы х \ _|_ ^А^вых

При подстановке значения тока

определяется передаточная функция регулятора

Z',

, + Z , [1 + Z o x (1 /Z' B X + 1/Z,)] [1 + Z n m c (1/2, + l / Z g a r P ) ]

входе усилителя, то числитель коррелирующего множггтеля обратится в единицу. Далее заметим, что выходную цепь усилителя обычно стремятся выполнить с возможно более низким внутренним сопротивлением, чтобы напря­ жение £/БЫХ и управляющее воздействие у как можно меньше зависели бы от сопротивления нагрузки Zn a rp. Если же выходное сопротивление, усилителя гораздо меньше всех других сопротивлений и смещение нулевой точки компенсируется, то передаточная функция регу­ лятора

ходит в (97), т. е. корректирующий множитель становит­ ся равным единице.

Из выражения (ЮЗ), учитывающего наличие напря­ жения и тока смещения нуля, можно также определить погрешность фактического выходного напряжения с/в ы х .ф по сравнению с выходным напряжением идеального уси­

имеем:

вых. н. ид — U BX.H.Wp (0)иді

((-»CO)

— и.вых. а. ф— ^'вх.н^р (0)ф> (і->со)

откуда погрешность выходного напряжения

68

А Л

и пренебрегая выходным сопротивлением /?Еых вследст­ вие его малости, получаем:

Д<Л:. _

Чтобы показать, насколько мало влияние выходного сопротив­ ления 2 В ы х или ^вых в выражениях (ЮЗ) и (106), определим по­ грешность выходного напряжения по '(106) и (107) при следующих условиях:

t-*oo

69