Схемы и динамические характеристики различных типов регуляторов

Для получения пропорционального регулятора (П-регулятора) на вход и в цепь обратной связи ОУ включают резисторы; интегрального регулятора (И-регулятора) во входную цепь включает резистор, а в цепь обратной связи — конденсатор; ПИ-регулятора во входную цепь-резистор, а в цепь обратной связи — последовательно соединенные резистор и конденсатор. ПИД-регулятор может быть выполнен на одном усилителе с помощью активно-емкостных цепей на входе и в цепи обратной связи.
Промышленностью выпускаются различные типы операционных усилителей на интегральных микросхемах (ИМС) — как круглой, так и прямоугольной формы. Наибольшее распространение для построения регуляторов получили ОУ типов К140УД7, К553УД2, К157УД2 и др.

Билет

1) ИНТЕГРИРУЮЩАЯ ЦЕПЬ - электрическая цепь, в к-рой выходное напряжение U_вых(t) (или ток) пропорционально интегралу по времени от входного напряжения U_вх(t) (или тока):


Рис. 1. Интегратор на операционном усилителе. В основе действия И. ц. лежит накопление зарядана конденсаторе с ёмкостью С под действием приложенного тока или накопление магн. потока в катушке с индуктивностью L под действием приложенного напряжения Преимущественно используются И. ц. с конденсатором. С наиб, точностью указанный принцип реализуется в интеграторе на операц. усилителе (ОУ) (рис. 1). Для идеального ОУ разность напряжений между его входами и входные токи равны нулю, поэтому ток, протекающий через сопротивление R, равен току заряда

конденсатора С, а напряжение в точке их соединения равно нулю. В результате Произведение RС=t, характеризующее скорость заряда конденсатора, наз. постоянной времени И. ц. Широко используется простейшая RC-И. ц. (рис. 2, а). В этой схеме ток заряда конденсатора определяется разностью входного и выходного напряжений [i_C=(Uвх-U_вых)/R] поэтому интегрирование входного напряжения выполняется приближённо и тем точнее, чем меньше выходное напряжение по сравнению с входным. Последнее условие выполняется, если постоянная времени t много больше интервала времени, по к-рому происходит интегрирование. Для правильного интегрирования импульсного входного сигнала необходимо, чтобы t была много больше длительности импульса Т (рис. 3). Аналогичными свойствами обладает RL-И. ц., показанная на рис. 2, б, для к-рой постоянная времени равна L/R.

Рис. 3. 1 - входной прямоугольный импульс; 2 - выходное напряжение интегрирующей цепи при tдT.

И. ц. применяются для преобразования импульсов, модулированных по длительности, в импульсы, модулированные по амплитуде, для удлинения импульсов, получения пилообразного напряжения, выделения низкочастотных составляющих сигнала и т. п. И. ц. на операц. усилителях применяются в устройствах автоматики и аналоговых ЭВМ для реализации операции интегрирования.

2) По признаку учета зависимости объекта моделирования от времени различают статические и динамические характеристики систем, отражаемые в соответствующих моделях.
Статические модели (модели статики) отражают функцию системы — конкретное состояние реальной или проектируемой системы (своего рода его «мгновенную фотографию»)
Примеры. Закон Ома, описание показателей эффективности организацией в некоторый момент времени.
Динамические модели (модели динамики) отражают функционирование системы — процесс изменения состояний реальной или проектируемой системы. Они показывают различия между состояниями, последовательность смены состояний и развитие событий с течением времени.
Примеры. Описание процесса изменения спроса на какой-либо товар под влиянием рекламы, изменение температуры электроплиты при ее включении, описание процесса изменения показателей эффективности за некоторый период времени.
Отличие статических и динамических моделей заключено в учете времени: в статике его как бы не существует, а в динамике это основной элемент.

А) В узком смысле к статической характеристике системы можно отнести ее структуру. Однако нас чаще будут интересовать свойства системы по преобразованию ходов и выходов (т.е. функция системы) в установившемся режиме, когда отсутствуют изменения значений как входных, так и выходных переменных. Такие свойства определяются как статические характеристики.
Статическая характеристика — это зависимость между входной и выходной величинами в установившемся режиме. Статическая характеристика может быть представлена:
o математической моделью вида Y = F(X)
o графической моделью.

Б) Следующий шаг в исследовании систем состоит в том, чтобы понять и описать, как система «работает», что происходит с ней самой и с окружающей средой в ходе реализации поставленной цели. Для описаний функционирования системы используются динамические модели.
Для разных объектов и систем разработано большое количество динамических моделей, описывающих процессы с различной степенью детальности: от самого общего понятия динамики, движения вообще, до формальных математических моделей конкретных процессов типа уравнений движения в механике или волновых уравнений в теории поля. Свойства динамических систем определяет динамические характеристики.

Динамическая характеристика — это реакция системы на возмущение (зависимость изменения выходных переменных входных и от времени).
Динамическая характеристика может быть представлена:
o математической моделью в виде дифференциального уравнения (или уравнений) вида:

o математической моделью в виде решения дифференциального уравнения;
o графической моделью, состоящей из двух графиков: графика изменения возмущения во времени и графика реакции выхода на это возмущение — графической зависимости измене-ния выхода во времени.

Рис. 1. Статическая (а) и динамическая (б) характеристики электроплиты

БИЛЕТ