- •В.Ю. Шишмарёв автоматика
- •Введение
- •Глава 1 основные понятия, цели и принципы управления
- •1.1. Основные понятия и определения
- •1.2. Примеры систем автоматического управления
- •1.3. Цели и принципы управления
- •4. Типовая функциональная схема сау
- •1.5. Математические модели сау
- •1.6. Классификация сау
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2
- •2.2. Классификация элементов автоматики
- •2.3. Общие характеристики элементов автоматики
- •2.4. Динамический режим работы элементов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3
- •3.2. Классификация измерительных преобразователей
- •3.3. Статические и динамические характеристики измерительных преобразователей
- •4. Структурные схемы измерительных преобразователей
- •3.5. Унификация и стандартизация измерительных преобразователей
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4 измерительные элементы систем автоматики (датчики)
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Датчики перемещений Потенциометрические датчики
- •Индуктивные датчики
- •Индукционные датчики
- •Емкостные датчики
- •Фотоэлектрические датчики
- •Электроконтактные датчики
- •Путевой выключатель
- •4.3. Датчики скорости Центробежные датчики скорости
- •Тахогенераторы
- •4.4. Датчики температуры Биметаллические датчики температуры
- •Термопары
- •Проволочные термосопротивления
- •Полупроводниковые термосопротивления (термисторы)
- •4.5. Датчики давления
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5 задающие устройства и устройства сравнения
- •5.1. Задающие устройства
- •5.2. Устройства сравнения
- •Глава 6 усилители
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Магнитные усилители
- •6.3. Электромашинные усилители
- •6.4. Полупроводниковые усилители Усилители на биполярном транзисторе
- •Усилители напряжения на полевом транзисторе
- •Операционные усилители
- •Универсальные оу
- •Прецизионные операционные усилители
- •Мощные операционные усилители
- •Операционные усилители в моделировании математических операций
- •Электрометрические и измерительные усилители
- •Многокаскадные усилители
- •Усилители мощности
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7 переключающие устройства (реле)
- •7.1. Общие сведения и классификация реле
- •7.2. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока
- •7.3. Тяговые и механические характеристики электромагнитного реле
- •7.4. Электромагнитные реле переменного тока
- •7.5. Поляризованные электромагнитные реле
- •7.6. Контакты реле. Средства дуго- и искрогашения
- •7.7. Реле времени
- •7.8. Тепловые реле
- •Глава 8 исполнительные устройства
- •8.1. Общие характеристики исполнительных устройств
- •8.2. Электрические серводвигатели
- •Электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением
- •Электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением
- •Серводвигатели переменного тока
- •8.3. Гидравлические двигатели
- •8.4. Сервоприводы с электромагнитными муфтами
- •8.5. Шаговые сервоприводы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9 типовые звенья сау
- •9.1. Режимы работы объекта. Возмущающие воздействия
- •9.2. Апериодическое (инерционное, статическое) звено
- •9.3. Астатическое (интегрирующее) звено
- •9.4. Колебательное (апериодическое 2-го порядка) звено
- •9.5. Пропорциональное (усилительное, безынерционное) звено
- •9.6. Дифференцирующее звено
- •9.7. Запаздывающее звено
- •9.8. Логарифмические частотные характеристики динамических звеньев
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10 соединение звеньев в сау
- •10.1. Типовые соединения звеньев
- •Последовательное соединение звеньев
- •Параллельно-согласованное соединение звеньев
- •10.2. Сложные соединения звеньев
- •10.3. Аппроксимация сложных объектов совокупностью нескольких типовых звеньев
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11 синтез сау или выбор типа регулятора
- •11.1. Структурные схемы сау
- •11.2. Понятие обратной связи
- •11.3. Классификация регуляторов по реализуемому закону регулирования
- •Контрольные вопросы
- •Глава 12 анализ устойчивости и качества работы сау
- •12.1. Понятие устойчивости сау
- •12.2 Показатели качества работы сау
- •12.3. Оптимальные процессы регулирования
- •12.4. Анализ устойчивости замкнутой системы
- •12.5. Вывод характеристического уравнения замкнутой системы из передаточных функций объекта и регулятора
- •12.6. Критерии устойчивости сау Алгебраический критерий устойчивости Рауса-Гурвица
- •Частотный критерий устойчивости Михайлова
- •Частотный критерий устойчивости Найквиста
- •12.7. Анализ качества работы замкнутой сау
- •Глава 13 цифровые системы автоматического управления
- •13.1. Включение эвм в сау
- •13.2. Логические устройства автоматики
- •Релейно-контактные схемы
- •Изображение основных логических элементов на схемах
- •Минимизация логических функций
- •Бесконтактные логические элементы
- •Синтез логических устройств
- •13.3. Системы числового программного управления
- •13.4. Промышленные роботы
- •13.5. Управляющие микроЭвм и микроконтроллеры Структура цифровых систем управления
- •МикроЭвм и микроконтроллеры в системах управления технологическими процессами
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14 системы телемеханики
- •14.1. Основные понятия
- •14.2. Принципы построения систем телемеханики
- •14.3. Линии связи
- •14.4. Методы преобразования сигналов
- •Непрерывные методы модуляции
- •Импульсные методы модуляции
- •Цифровые методы модуляции
- •14.5. Асу технологическими процессами и производством
- •Контрольные вопросы
- •Экспериментальное определение динамических характеристик объектов регулирования
- •Выбор регуляторов
- •Выбор регуляторов на основании расчета
- •Выбор оптимальных значений параметров регуляторов
Электрометрические и измерительные усилители
Электрометрические и измерительные усилители предназначены для измерения напряжения и тока сверхмалых значений. Измерение напряжения производится в диапазоне от 0 до 100 мВ, а измерение тока — от 10 -16 до 10 -3 А. Для этих усилителей основным параметром является большое входное сопротивление, а работают они в области частот от 0 до 10 Гц. Основные их погрешности определяют временной и температурный дрейфы нуля. Если на входе такого усилителя сигнал равен нулю, то его выходной сигнал также должен быть равен нулю, причем сколь угодно долго. Однако выполнить это условие практически невозможно. Создать усилитель с большим входным сопротивлением и малыми дрейфами на биполярном транзисторе путем введения отрицательной обратной связи невозможно. По этой причине практически все схемы таких усилителей имеют входной каскад с полевыми транзисторами. Данные усилители нашли большое применение для усиления малых сигналов и потенциалов различных датчиков.
На рис. 6.13 показаны схема и характеристики термостабильного электрометрического усилителя, который позволяет измерять минимальный ток 10 - 5 А. Его выходное напряжение при этом равно 50 мВ. Усилитель содержит входной каскад на сборке полевых транзисторов DА1. Сигнал с полевых транзисторов подается на вход ОУ. Для балансировки схемы служат сопротивления R5 и R10. Временной дрейф схемы составляет 20 мВ/ч, а температурный — 5 мВ/°С.
Многокаскадные усилители
Разработка многокаскадных усилителей обусловлена тем, что получить большой (более 100) коэффициент усиления на одном активном элементе практически нельзя. В то же время в многокаскадных усилителях при большом коэффициенте усиления не должно возникать паразитных колебаний, возбуждение которых в этих усилителях явление рядовое.
Для исключения паразитных возбуждений приходится применять специальные меры:
разделение общего коэффициента усиления на нечетное число каскадов;
питание каждого каскада от своего источника (или использование индивидуальной конденсаторной развязки);
максимальное удаление выхода последнего каскада от входа первого каскада.
Существуют два принципа построения многокаскадных усилителей: с конденсаторной развязкой между каскадами и гальваническим соединением каскадов.
Рис. 6.14. Схема трехкаскадного усилителя с конденсаторной развязкой
На рис. 6.14 показана схема трехкаскадного усилителя с конденсаторной развязкой. Режим по постоянному току в этом усилителе у каждого каскада свой, а входной переменный сигнал проходит от каскада к каскаду через разделительные конденсаторы.
Усилители мощности
Мощные усилители низкой частоты гармонических сигналов являются необходимым элементом любых систем.
коэффициент усиления;
диапазон рабочих частот;
амплитудно-частотная характеристика;
фазочастотная характеристика;
амплитудная характеристика;
уровень нелинейных искажений;
коэффициент полезного действия;
входное сопротивление;
выходное сопротивление.
Диапазон рабочих частот — это полоса частот усилителя, в которой коэффициент усиления остается неизменным. Хорошие усилители низких частот (УНЧ) имеют рабочую полосу частот от 16 Гц до 20 кГц, а УНЧ с удовлетворительными качествами — от 50 Гц до 10 кГц, причем неравномерность коэффициента усиления в этой полосе частот составляет менее 5 дБ.
Нелинейные искажения обусловлены динамической характеристикой УНЧ. Их полное отсутствие в усилителях принципиально невозможно из-за нелинейности реальных характеристик транзисторов, т.е. на степень нелинейных искажений в УНЧ оказывают влияние электрическая схема и режимы работы транзисторов. Количественно степень нелинейных искажений оценивается коэффициентом гармоник Кг, который определяет их относительную интенсивность. Допустимые значения Кг для измерительных усилителей менее 0,1 %, а для акустических — менее 3 %.
При повышении уровня входного сигнала УНЧ увеличивается его выходная мощность, но возрастает и уровень нелинейных искажений. Искажения менее 1 % для усилителей определенной мощности на выходе считаются небольшими и вполне допустимыми для качественного воспроизведения звука.
Динамический диапазон усилителя — это разность Umах – Umin , где Umin— превышение номинального уровня выходного сигнала над минимальным уровнем, еще различимым на фоне собственных шумов. Верхний предел выходного сигнала, ограничивается заданной нормой нелинейных искажений и номинальным питающим напряжением.
Схема бестрансформаторного усилителя мощности приведена на рис. 6.15. Мощность данного усилителя в нагрузке Рн = 10 Вт; сопротивление нагрузки
(динамика типа 0,5 ГД14) Кн = 8 Ом; полоса частот от нижней граничной /н = 250 Гц до верхней граничной /в = 10 000 Гц; коэффициент гармоник Кг = = 10%.