Дифференцирующее устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ping G 05 В 5/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬЙ И

: (21) 3766243/24-24 (22) 03,07.84 (46) 15.02. 8 6. Бюп. Ф 6 (72) Г.Ф.Утробин, В.С. Мандыбур а и M,Е. Буймов (53) 62-50 (088;8) (56) Бесекерский В.А. и Попов Е.П.

Теория систем автоматического регулирования. M.: Наука, 1972, с. 88, рис. 4.24а,"а„°

Там же, с. 192, табл. 7 и 3, М - 5.

Там же, с. 195, рис. 7. 10 "б". (54) (57) ДИФФЕРЕНЦИРУ101ЦЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый и второй резистора, соединенные первыми выводами с

ÄÄSUÄÄ 1211687 первым выводом третьего резистора и с входом первого операционного усилителя; соединенного выходом с вторым выводом третьего резистора и с первой обкладкой конденсатора, подключенного второй обкладкой через четвертый резистор к первому выводу пятого резистора и к входу второго операционного усилителя, соединен ного выходом с вторым выводом пятого резистора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона устройства, в нем выход второго операционного усилителя соединен с вторым выводом второго резистора.

1211687

Изобретение относится к техническим средствам коррекции систем автоматического управления и может найти широкое применение в системах автоматического управления парогенер ат ор ами.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 -. Логарифмические частотные характеристики предлагаемого устройства ..

Устройство содержит второй операционный усилитель 1, пятый резистор

2, конденсатор 3, четвертый резистор 4, первый операционный усилитель 5, третий, второй и первый р ези ст оры 6-8.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: О», 0z — входной и выходной сигналы устройства;

"(). («1) — амплитудная и фазовая характеристики устройства; 1 Ä(),V„() амплитудная и фазовая характеристики пр от от и и а.

Таким образом, дифференцирующее устройство содержит охваченный глубокой отрицательной обратной связью через резистор 2 второй Опе» рационный. усилитель 1, на вход которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 3 и резистора 4, а также первый с глубокой отрицатель" ной обратной связью операционный усилитель 5, в котором эта связь реализована череэ резистор 6. При этом выход второго операционного усилителя, являющийся выходом устройства, через резистор 7 соединен с входом первого операционного усилителя 5, накоторый также подключен резистор 8, обеспечивающий вход устройства в целом, а выход первого операционного усилителя 5 соединен с входом второго опера ционного усилителя 1 через цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора 3 и ре истора 4.

Дифференцирующее устройство функционирует следукщим Образом, Входной сигнал + О» подается на резистор 8„ который подключен к входу первого операционного усилителя 5, Охваченного глубокой отрицательной обратной связью, через резистор 6. Выходной сигнал устройства + 0 подается на вход первого усилителя, образованного операционным усилителем 5 H резис5 торами 6 и 7 и работающего в режиме инвертора, так .как сопротивление

7 на его входе равно сопротивлению глубокой отрицательной обратной связи 6, которой охвачен первый операционный усилитель 5 .

Сигнал (U„ + 0 ) с выхода уси лителя, образованного первым операционным усилителем 5 и резисторами 6 и 7, подается иа вход вто15 рого операционного усилителя 1 через цепь, состоящую иэ последовательно соединенных конденсато ров 3 и резистора 4. Во втором усилителе, образованном операцион20 ным усилителем 1, резисторами 2 и 4 и конденсатором 3, выполняется операция, которая может быть описана соотношением

25 R

0. - - --- - -((О„+ u,) я„

Ср

Rz Cp

-(U + U )

» 2. 3

36 1+ R» Р откуда получаем формулу

Uz К.

+0z 1+ р где » и - сопротивление чет35 вертОГО И ПятОГО резисторов 4 и 2;

С - емкость конденсатора 3.

Тогда иэ выражения (1) можно получить зависимость (1 + Тр)0 = К р (u» + uz) или после группировки подобных членов, (1 + Tp - Kp)uz = Кр0». (2)

Выражение (2) дает возможность saписать передаточную функцию предлагаемого дифференцирующего устройства в виде

50 14(р) = = - - -, (3)

Uz Kо

О, (1+ (т-k)p) т.е. показать, что при функционировании действительно идет процесс дифференцирования входного сиг55 нала U» Однако В Отличие От прото типа, передаточная, функция которого (Р)

Кр

1+ Тр (4) 1211687.ВНИИПИ Заказ 638/51 Тираж 837 Подписное филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная 4 здесь согласно выражению (3) чисто теоретически можно добиться полной компенсации инерционности дифференцирующего устройства, оцениваемой постоянной времени Т, если положить

Т=*К откуда, ч(р) = ---- кр

Ua (5) о„ т.е. получается зависимость вида

U - KpUq

uk= К --1-, dU (6) .dt которая характеризует оптимальное дифференцирование входного сигнала U, С практической точки зрения добиться равенства можно только с определенной точностью. Поэтому выр ажение (3) запишем следующим образом:

w(p) = --- - - -- (7)

+Тр где новая постоянная времени 1 1-К может быть сделана сколь угодно меньше пр от отипной, т . е .

Т» ((Т (8) что и представляется как эффект компенсации инерционности дифференцирующего устройства.

3а базовый объект принято устройство по источнику (1), Это устройство обладает передаточной функцией ,вида

Wg(P) = Kp т.е. выходной сигнал строго пропор5 ционален произвольной от входного в каждый момент времени (см. 5 и 6), что означает достижение оптимального процесса дифференцирования. Однако такое базовое устройство, обладая бесконечной полосой пропускания, имеет низкую собственную помехозащищенность, склонно к самовозбуждению, что и превносится зачастую в систему автоматического управления .

Эффективность предлагаемого диф ференцирующего устройства можно показать по лагорифмическим частотным характеристикам амплитудной 1(4 и фазовой f (<) приведенных на

20 фиг.2. Здесь для сравнения приведены такие же характеристики для прототи па Ь!,()) и Ч (), Например, типовым прототипом является такой, у которого К = Т = 0,1 С. Тогда у предла гаемого дифференцирующего устройства сопрягакицая частота (Т-К) легко может быть сдвинута в высокочастот ную область, если обеспечить

Т = 0,102 с, К 0,101 с. Такие пара

30 метры устройства обеспечивают процесс дифференцирования в частотном диа, пазоне 4-х декад, что в сто раэ выше, чем у прототипа.