Линейное корректирующее устройство
Изобретение относится к элементам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано при построении корректирующих звеньев с различными передаточными функциями на основе инвертирующих операционных усилителей. Целью изобретения является улучшение динамических характеристик за счет уменьшения влияния естественного ограничения и упрощение регулировки устройства. Линейное корректирующее устройство состоит из последовательно соединенных инвертирующих операционных усилителей с разными уровнями естественного ограничения E<SB POS="POST">I</SB>, причем E<SB POS="POST">I-1</SB> *98 Е<SB POS="POST">I</SB> *98 Е<SB POS="POST">I+1</SB> для I≥2, где I - номер операционного усилителя. Кроме того, инвертирующий вход I - го операционного усилителя соединен через безынерционное звено с инвертирующим входом J - го операционного усилителя, а J=I-M, где M - нечетные числа. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 С 05 В 5/01
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4318612/24-24 (22) 16. 10.87 (46) 07.11.89. Бюл. Р 41 (72) А.Я.Бичуцкий (53) 62-50(088.8) (56) Урмаев А.С, Основы моделирования на ABN. N. Наука, 1974, с. 96-100, рис. 5-5.
Проектирование и применение ОУ./
/Под ред, Грема. M.: Иир, 1974, с. 425. рис. 10,21.
Авторское свидетельство СССР
N - 783749, кл. G 05 В 5/01, 1980. .(54) ЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к элементам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано при построении корректирующих звеньев
Изобретение относится к элементам коррекции систем автоматического управления и может быть использовано при построении корректирующих звеньев с различными передаточными функциями на основе инвертирующих операционных усилителей (ОУ).
Цель изобретения — улучшение динамических характеристик за счет уменьшения влияния естественного ограничения и упрощение регулировки устройства.
На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — пример реализации устройства при построении корректирующего звена 2-ro порядка; на фиг. 3 - статическая характеристика
2 с различными передаточными функциями на основе инвертирующих операционных усилителей. Целью изобретения является улучшение динамических характеристик за счет уменьшения влияния есте-. ственного ограничения и упрощение регулировки устройства. Линейное корректирующее устройство состоит из последовательно соединенных инвертирующих операционных усилителей с разными уровнями естественного ограничения
Е;, причем Е;,) E;)E +, для i 2, где i — номер операционного усили- . теля. Кроме того, инвертирующий вход
i-ro операционного усилителя соединен через безынерционное звено с инвертирующим входом j-ro операционного усилителя, а j=i-m, где m — нечетные числа. 3 ил. одного каскада с ограничением сигнала СУ.
Устройство содержит инвентирующие операционные усилители 1-5 с индексами 1,2,..., i n соответственно, входной двуполюсник Ь каждого ОУ с индексами, соответствующими индексам СУ: 1,2,..., i,...,n двуполюсник 7 в цепи отрицательное обратной связи (ООС) каждого ОУ, двуполюсники 8 в цепях межкаскадных (общих) цепей ООС, линейные звенья 9-1 1 в ограничительных цепях.
Схема фиг. 2 включает операционные усилители 12 и 13, резистор 14, конденсатор 15, резистор 16, конденса1520477 тор 17, резистор 18, операционный усилитель 19, резисторы 20-22.
Устройство (фиг. !) содержит и ли нейных каскадов, соединенных последовательно. В состав каждого каскада входит ОУ (например один), входной дву. полюсник 6 с коэффициентом передачи двуполюсник 7 .с коэффициентом передачи Z, охватывающий ОУ цепью
ООС. Вход двуполюсника в первом каскаде является входом устройства,. а выход ОУ в последнем каскаде яв- ляется выходом устройства. Кроме того, в устройстве могут быть межкаскадные ООС, содержащие двуполюсники 8 с коэффициентом передачи Е,, при этом
< вход -го двуполюсника 8 может быть соединен с выходом любого ОУ (кррме первого), а выход с инвертирующим (либо с неинвертирующим — в зависимости от требуемой фазы сигнала) входом любого ОУ, стоящим в последовательной цепи перед ОУ, являющимся источником сигнала ООС. В зависимости от передаточной функции устройства двуполюсников 6-8 выполнены на активных либо на пассивных элементах: резисторах, емкостях. Цепи из указанных элементов могут быть произвольной сложности. Инвертирующий вход ОУ в -м каскаде соединен с инвертирующим входом ОУ в j-м каскаде, где j=i-m (m — нечетное число), через линейные звенья 9 — 11. При этом инвертирующий вход одного ОУ может быть соединен с инвертирующими входами несколь-. ких ОУ.
На фиг. 2 в корректирующем звене
2-ro порядка двуполюсники 6 с коэффициентами передачи 4(и t. выполнены, соответственно, на резисторах
14 и 16. Двуполюсник 7 в первом каскаде выполнен на конденсаторе 15, а во втором каскаде - на резисторе 18 и конденсаторе 17. Линейное звено 9 выполнено на резисторах 19 - 21. Каскады корректирующего устройства в последовательной цепи расположены таким образом, чтобы при увеличении (уменьшении) входного сигнала насы щения ОУ происходило, начиная с и-го
ОУ, т.е. насыщается ОУ и-го каскада, далее и-1-го и т.д.
Рассмотрим работу устройства (фиг. 1) на примере конкретного его выполнения (фиг. 2).
Если ОУ 12 и 13 находятся в линейном режиме, то передаточная функция корректирующего устройства имеет вид и=<<< ъ 1Я где WN W< — передаточные функции 1-ro и 2-го каскадов соответственно.
Пусть, например, W=-- W=-—
1 1
P g- P+1 (1) тогда
fQ W- =— ——
P(Р+t)
Сигнал Я на инвертирующем входе
ОУ f3 мал, что следует из выражения
U «ас
E= ——
fS где U „(, — значение насыщения ОУ (обычно не более 15 В);
К,„ — коэффициент усиления ОУ (обычно K „> 5 10 ), 2О т.е. Ес 3 10 В.
Если указанный сигнал поступает на вход ОУ 12 через усилительное звено, построенное на ОУ 19, с коэффициентом усиления, например, К=10, то сигнал Я не оказывает практически никакого влияния на работу первого каскада, так как собственное смещение
ОУ имеет близкое значение к сигналу на выходе ОУ 19 (считаем, что реэис30 торы 14 и 22 одного порядка).
Если эа счет действия входного сигнала ОУ 13 попадает в режим насыгения (в первую очередь, так как его уровень насыщения ниже уровня насыщения ОУ 12), то сигнал íà его инвертирующем входе становится равным:
U(2 Е<3 с =и — — — — — К с 12 К +К (6
<6 <8 где U< — напряжение на выходе ОУ 12;
4p H(— напряжение насыщения ОУ 13;
R«,К(з - значения резисторов 16 и 18;
Напряжение U(имеет значение
П U К-(К(6+К18)+КК К(6 Е13
К((tp Rzz(R(e+R(s )+KR(sg (2)
Из выражения (2) видно, что струк- . тура первого каскада изменилась: иэ интегрирующего звена он преобразовался в апериодическое звено, на входе которого действуют сигналы U и Е(.
Статический коэффициент первого каскада
К -- — -- — -- " - (3)
dU К К(° R((f
Выбором значений К и R можно г добиться малых значений К, . В ряде случаев связь между инвертирующими входами можно обеспечить через
15204
5 резистор, т.е. беэ ОУ в указанной цепи.
Если рассмотреть статическую характеристику (фиг. 3) каскада устройства, который вводится в режим "ограничения" (например, каскад из ОУ1 и двуполюсников 6 и 7. — фиг. 1), то видно понижение уровня ограничения Е до значения, близкого к V,, определяемого уровнем ограничения последующего каскада.
В качестве доказательства получаемого эффекта рассмотрим прохождение . двуполярного одиночного импульса пря- 15 моугольной формы (фиг. 4) через схему, представленную на фиг. 2. При этом для простоты полагаем, что конденсатор 17 отсутствует. Для абсолютных значений уровней насыщения спра- 2р ведливо Е<< Е <> .
При отсутствии линейных звеньев 9 (10,11) интегратор к моменту времени
t (фиг. 4) перейдет в режим насыщения, При смене полярности в момент
t начинается изменение напряжения
U „,,а изменение напряжения U„y начинается в момент, когда появляется запаздывание на величину ht=t>-t
При. наличии линейного звена 9 интегратор попадает в режим насыщения в момент tz (при попадании ОУ 13 в насыщение). Одновременно начинается изменение сигналов U и U,>, т.е.
77 6 устраняется запаздывание g t — улучшаются динамические характеристики устройства.
Кроме того, устраняется необходимость в регулировке ограничения ОУ.
Формула и з о б р е т е н и я
Линейное корректирующее устройст-, во, содержащее последовательно соединенные линейные звенья, выполненные на операционных усилителях, во входных цепях и цепях обратной связи которых установлены частотно-зависимые элементы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик эа счет уменьшения влияния естественного ограни- чения операционных усилителей и упрощения регулировки устройства, в него введены безынерционные звенья, причем инвертирующий вход i-ro операционного усилителя соединен через безынерционное звено с инвертирующим входом
j-го операционного усилителя, а последовательность включения операционных усилителей устанавливается исходя из условия Е;,ъ Е; E;+, для 2, где i j — номера операционных усилителей, j=i-m m — - нечетные числа, Е; — уровень естественного ограничения, приведенный к входному сигналу.
