Вопросы и задания

1. Какие типовые регуляторы используются в САУ ? Приведите их передаточные функции.

2. Как рассчитать частотные характеристики САУ с Д-регулятором, если известны частотные характеристики САУ без регулятора ?

3. Как изменяются графики ЛАЧХ, ФЧХ при введении в САУ Д-регулятора и как изменяются при этом значения косвенных показателей качества САУ – частота среза и запас по фазе ?

4. Как изменяется вид переходного процесса и значения прямых показателей качества при применении Д-регулятора ?

5. Назовите достоинства и недостатки Д-регулятора.

6. Какие существуют рекомендации по выбору типа регулятора для САУ ?

1.17. Принципиальные электрические схемы типовых регуляторов

Современные типовые регуляторы используют в качестве активного элемента операционный усилитель (ОУ). Основными достоинствами ОУ являются:

- простота расчета схем, в состав которых входит операционный усилитель;

- стабильность характеристик ОУ и схем на их основе;

- высокие параметры согласования ОУ с другими схемами – малый входной ток (пико- и микроамперы – 10^-9…10^-6), высокое входное сопротивление (единицы – десятки мегаом), низкое выходное сопротивление (единицы и доли ома);

- дешевизна ОУ.

ОУ представляет микросхему, у которой имеется минимум: два вывода, на которые подаются входные сигналы, один вывод выходного сигнала и два вывода двухполярного питания (рис.18.1). Возможны также выводы коррекции характеристик ОУ и вывод земли.

Вывод, потенциал на котором φ_П и выходное напряжение u_ВЫХ, имеют одинаковые знаки, называется прямым входом. А вывод, потенциал на котором φ_И и выходное напряжение u_ВЫХ, имеют противоположные знаки, называется инверсным входом. При подаче сигнала φ на один из входов, второй должен быть заземлен.

Входным напряжением u_ВХюОУ ОУ является разность потенциалов прямого и инверсного входов:

u_ВХ.ОУ =φ_П – φ_И

Коэффициент усиления ОУ очень велик

Из-за большого коэффициента усиления К_ОУ выходное напряжение u_ВЫХ достигает значения насыщения (около |Е-1| В) при малом значении входного напряжения . При таком малом значенииu_ВХ допустимо в расчетах принимать u_ВХ.ОУ ≈0, что существенно упрощает расчеты схем на базе ОУ.

Основная схема включения ОУ приведена на рис.1.58. Прямой вход ОУ заземлен через резистор R_TK, поэтому потенциал прямого входа φ_П нулевой. В активном режиме работы ОУ, когда выходное напряжение u_ВЫХ изменяется прямо пропорционально входному напряжению u_ВХ схемы, входное напряжение ОУ u_ВХ.ОУ ≈0 и, поэтому, потенциалы обоих входов ОУ равны между собой: φ_И =φ_П . Так как φ_П=0, то будет также φ_И=0.

Рассчитаем по формуле метода двух узлов потенциал φ_И инверсного входа:

(1.63)

После подстановки φ_И=0 в (1.63) получим

где передаточная функция схемы:

(1.64)

Резистор температурной компенсации R_TK служит для обеспечения температурной стабильности схемы. Сопротивление резистора выбирается из условия равенства активных проводимостей цепей протекания постоянного по прямому и инверсному входам

(1.65)

Схема П-регулятора приведена на рис.1.59. Расчеты П-регулятора:

Схема И-регулятора приведена на рис.1.60. Расчеты И-регулятора:

Схема ПИ-регулятора приведена на рис.1.61. Расчеты ПИ-регулятора:

Схема ПИД-регулятора приведена на рис.1.62. Расчеты ПИД-регулятора:

Расчеты регуляторов, реализованных на базе операционных усилителей, действительно являются простыми и основаны на использовании всего двух формул - (18.5) и (18.6).