Определение вида и параметров корректирующего устройства
В качестве корректирующего устройства целесообразно использовать ОУ, замкнутый обратной связью, что позволяет компенсировать не только температурную нестабильность пассивных элементов, потерю коэффициента усиления, но и другие возмущающие факторы.
Операционный усилитель представляет собой усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления по напряжению (десятки и сотни тысяч). Передаточная функция ОУ, охваченного обратной связью, при большом коэффициенте усиления может быть представлена в виде:
, (19)
где
– входное сопротивление ОУ в операторной
форме (рис. 37);
–сопротивление
в цепи обратной связи.
Выражение (19)
получается следующим образом: поскольку
для ОУ входной ток
(
)
и дифференциальное напряжение между
входами
(при
),
то по закону Кирхгоффа для токов можем
записать
,
откуда
.
Рис.37. Схема ОУ с обратной связью.
Знак минус в передаточной функции ОУ показывает, что усилитель инвертирует выходной сигнал (меняет его знак). Операционный усилитель имеет как инвертирующий, так и неинвертирующий входы.
Рассмотрим три основных режима работы ОУ.
1) Если
и
(схема работает как усилитель), то
(рис. 38а).
2) Когда
,
а
,
что соответствует установке в цепи
обратной связи конденсатора, (схема
работает в режиме интегрирования), то
(рис. 38б).
3) При установке
конденсатора во входную цепь,
,
(схема работает в режиме дифференцирования)
и
(рис. 38в).
С помощью подобных схем можно реализовать передаточную функцию корректирующего устройства практически любой сложности.
Рис. 38. Варианты схем коррекции с ОУ: а) усиление; б) интегрирование; в) дифференцирование.
Параметры и техническая реализация корректирующего устройства на ОУ определяются из передаточной функции. Схемные реализации наиболее употребляемых в технике активных корректирующих средств приведены в приложении 6.
Построение переходного процесса
После синтеза корректирующего устройства нужно проверить правильность расчета: построить переходную характеристику замкнутой системы по управляющему воздействию. Передаточную функцию замкнутой системы по управлению можно вычислить из выражения (13). Переходную характеристику можно строить, используя обратное преобразование Лапласа; используя метод ВЧХ; с помощью вычислительных программ на ЭВМ.
Вопросы для самопроверки
Что такое децибел?
Как построить ЛАХ по передаточной функции?
Какая частота откладывается по логарифмической оси?
Что такое асимптотическая ЛАХ?
Как находятся
,
,
?Из каких условий строится желаемая ЛАХ?
На что влияет частота среза системы?
Чему равен коэффициент передачи системы на частоте среза?
Как строится ЛАХ корректирующего устройства?
В чём преимущество корректирующего устройства на базе ОУ охваченного обратной связью, в сравнении с пассивными четырёхполюсниками?
Заключение
В курсовой работе рассматривается инженерный метод синтеза регулятора для системы управления скоростью вращения двигателя постоянного тока. Приведены основные методы проверки на устойчивость, способы расчета переходных процессов, математическое описание основных элементов системы, методы улучшения качества переходных процессов, а также порядок синтеза регулятора по заданным критериям качества.
В настоящее время классические методы синтеза и анализа САУ потеряли былую актуальность. Это связано с бурным развитием систем моделирования на ЭВМ. Ярким примером является среда SIMULINK, входящая в пакет MATLAB. Удобный интерфейс, мощный математический аппарат и широкие возможности виртуального моделирования – основные достоинства указанной среды.
Стоит отметить, что в настоящее время широкую известность приобретают новые прикладные методы управления, не основанные на классических приемах теории автоматического управления (синергетическая теория управления, теория оптимальных регуляторов, теория нечеткой логики, теория скользящих режимов).
Однако основы классической теории управления нужно помнить и, самое главное, уметь применять их на практике, чему собственно и содействует данная курсовая работа.