Глава 29

КОРРЕКТИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

§ 29.1. Назначение корректирующих элементов

Для улучшения показателей качества работы систем автоматики вы­полняют коррекцию, которая заключается в изменении параметров (коэффициента усиления, постоянных времени и др.) или структу­ры системы. Основными показателями качества являются точность и устойчивость. Простейшие способы повышения точности заклю­чаются в увеличении коэффициента усиления (изменение парамет­ра) или введении интегрирующего звена (изменение структуры). Корректирующий элемент включают в прямую цепь (последовате­льная коррекция) или вводят дополнительные обратные связи (па­раллельная коррекция).

Наиболее часто применяются последовательно включаемые кор­ректирующие элементы, выполняющие операции интегрирования и дифференцирования. Достаточно просто эти операции приближен­но выполняются с помощью так называемых RC-цепочек. На рис. 29.1 показаны интегрирующее (а) и дифференцирующее (б) корректирующие звенья.

Включая интегрирующее звено после элемента сравнения (ЭС на рис. 1.1), можно теоретически свести статическую ошибку систе-. мы автоматического регулирования к нулю. Использование диффе­ренцирующего звена улучшает динамику работы системы, позволяет ей быстрее реагировать на резкие изменения входных сигналов и возмущающих воздействий.

§ 29.2. Операционный усилитель в функциональных схемах

Выполнить интегрирование, дифференцирование, получить иные функциональные преобразования непрерывного сигнала можно с помощью схем, построенных на базе операционного усилителя с различными обратными связями. Операционный усилитель (ОУ) очень широко применяется и при аналоговом моделировании сис­тем автоматики. Выпускаются операционные усилители в виде по­лупроводниковых интегральных микросхем. Широкому примене­нию операционных усилителей способствует их низкая стоимость, близкая к стоимости отдельных транзисторов.

Условное обозначение операционного усилителя показано на рис. 29.2. Представляет он собой усилитель постоянного тока с бо­льшим коэффициентом усиления (до нескольких миллионов) по на­пряжению, с большим входным (несколько мегаом) и малым выход­ным (не более нескольких сотен ом) сопротивлениями. Почти все­гда он используется с внешней глубокой отрицательной обратной связью, которая и определяет его результирующие характеристики.

Одна из основных схем включения ОУ показана на рис. 29.3. Эта схема обеспечивает усиление входного сигнала с коэффициен­том К= -R₂ / Л,. Знак минус в данном случае показывает, что фаза выходного напряжения отличается от фазы входного на 180 граду­сов, т. е. ОУ изменяет полярность входного сигнала на противопо­ложную, инвертирует сигнал.

Схема интегрирующего элемента на базе ОУ показана на рис. 29.4. Выход­ное напряжение определяется выраже­нием

Схема дифференцирующего эле­мента на базе ОУ показана на рис. 29.5. Выходное напряжение определяется выражением

На рис. 29.6 показана схема сумма­тора на базе ОУ. На вход ОУ поступает несколько входных сигналов, а на вы­ходе получается сумма этих входных сигналов, помноженная на коэффици­ент усиления ОУ.

Для сравнения двух сигналов по ве­личине используется схема компаратора (от английского compare — сравнить) на базе ОУ, показанная на рис. 29.7. В данной схеме (в качестве приме­ра) выполняется сравнение двух разнополярных напряжений: посто­янного U_on (его называют опорным напряжением) и плавно изменя­ющегося с постоянной скоростью U_x. Графики сравниваемых напря­жений и выходного напряжения компаратора показаны на рис. 29.8. До момента времени /[ напряжение U_x по абсолютной величине ме­ньше С/_оп и выходное напряжение компаратора отрицательное (на­помним, что ОУ инвертирует сигнал), в момент времени /, напряже­ние U_x становится по абсолютной величине больше £/_оп, т. е. на вход ОУ поступит результирующий сигнал отрицательной полярности.

Напряжение на выходе компаратора изменится скачком, сигнализи­руя о том, что напряжения сравнялись по абсолютной величине. Сопротивление резистора баланса определяется по формуле

В рассмотренной схеме использовался операционный усилитель без обратной связи, следовательно, его коэффициент усиления был очень велик. Это способствует увеличению скорости переключения компаратора.

Контрольные вопросы