Дифференцирующее устройство Советский патент 1986 года по МПК G05B5/01 

1

Изобретение относится к техническим средствам коррекции систем автоматического управления и может найти широкое применение в системах автоматического управления парогенераторами.

Цель изобретения - повышение т очности устр ой ст ва,

На фиг.1 приведена принципиальна электрическая схема пр ёдпагаемого 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 усили- тель 5, третий, второй и первый резисторы 6-8.

На фиг,2 приняты следующие обозначения: U, U2 входной и выходной сигналы устройства; L(iJj, V(tJ) - амплитудная и фазовая характеристики устройства; Lf,tiJ) амплитудная и фазовая характеристик прототипа.

Таким образам, дифференцирукяцее устройство содержит охваченный глубокой отрицательной обратной связью через резистор 2 второй операционный, усилитель 1, на вход которого подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора 3 и резистора 4, а ; также первый с глубокой отрицательной обратной связью операционный усилитель 5, в котором эта связь реализована через резистор 6. При этом выход второго операционного усилителя, являющийся выходом устройства, через резистор 7 соединен с входом первого операционного усилителя 5, на который также подключен резистор 8, обеспечивающий вход устройства в целом, а выход первого операционного усилителя 5 соединен с входом второго операционного усилителя 1 через цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсатора 3 и резистора 4.

Дифференцирующее устройство функционирует следующим образом.

Входной сигнал + U/ подается на резистор 8, который подключен к входу первого операционного усилителя 5, охваченного глубокой отрицательной обратной связью.

7

через резистор 6. Выходной сигнал устройства Ut подается на вход первого усилителя, образованного операционным усилителем 5 и резисторами 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 (и,, + Ui) с выхода усилителя, образованного первым операционным усилителем 5 и резисторами 6 и 7, подается на вход вто-

рого операхцюнного усилителя 1 через цепь, состоящую из последовательно соединенных конденсаторов 3 и резистора 4. Во втором усилителе, образованном операционным усилителем 1, резисторами 2 и 4 и конденсатором 3, выполняется операция, которая может быть описана соотношением

- .Rj. .1- Ср

-1- R.

-(и, + uj

Rt СР

(Ui - иг), 1+ RiCp

откуда получаем формулу UaК

- - - - - - - 31 м - 1.-.

(1)

Ui + Uz 1 + Тр где R, и .R-2 - сопротивление чет-

вертого и пятого резисторов 4 и 2; С - емкость конденсатора 3.

Тогда из выражения (1) можно получить зависимость

(1 + Tp)Uj Кр (и, + иг) или после группировки подобных членов,

(1 - Тр - Кр)иг KpU,. (2)

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

W(P) --- - ---Р(1)

и, LU (T-k)p.

т.е. показать, что при функционировании действительно идет процесс дифференцирования входного сиг- нала U. Однако в отличие от прото-. типа, передаточная.функция которого

ы (р) .К.Р..

1+Тр(4)

здесь согласно выражению,(З) чисто теоретически можно добиться полной компенсации инерционности дифференцирующего устройства, оцениваемой постоянной времени Т, если положить

Т К откуда,

W(P) Кр,(5)

т.е. получается зависимость вида Uj - KpUi

dU,.

Ui К

dt

(6)

которая характеризует оптимальное дифференцирование входного сигнала U|. С практической точки зрения добиться равенства можно только с определенной точностью. Поэтому выражение (3) запишем следующим образом:

.Уз .Kf...(7)

W{p)

Ui 1 +1$

где новая постоянная времени может быть сделана сколь угодно меньше прототипной, т.е.

«

(8)

что и представляется как эффект компенсации инерционности дифферен- цирукщего устройства.

За базовый объект принято устройство по источнику (1). Это устрой10

15

116874

ство обладает передаточной функцией ,вида

V(j(P) Кр,

т.е. выходной сигнап строго пропор- 5 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 ди ференцирующего устройства можно показать по лагорифмическим частотным характеристикам амплитудной L-(u)) и фазовой Af(ij) , приведенных на фиг,2. Здесь для сравнения приведены такие же характеристики для прототипа LhW) и y(J). Например, типовым прототипом является такой, у которого К Т 0,1 С. Тогда у предла25 гаемого дифференцирующего устройства

сопрягающая частота (Т-К) легко «может быть сдвинута в высокочастотную область, если обеспечить Т 0,102 с, К 0,101 с. Такие пара30 метры устройства обеспечивают 1ч оцвсс дифференцирования в частотном диапазоне 4-х декад, что в сто раз выше, чем у прототипа.

20

«rrrrrrz:

.г

(г-«;

-I