Статический и динамический расчет системы автоматического управления положением объекта

Далее произведем выбор сопротивлений для дополнительного усилителя в обратной связи.

,

Пусть R₃ = 20 кОм, тогда R₆ = R₅ = 1 кОм.

.

Параметры выбранных  резисторов приведены в таблице  8.

Таблица 8

Обозн.	Тип	Мощность, Вт	Сопротивление, кОм	Отклонение, %
R1	С2-33Н	0,125	2,5	±5
R2	С2-33Н	0,125	1,163	±5
R3	С2-33Н	0.125	20	±5
R4	С2-33Н	0.125	1,82	±5
R5	С2-33Н	0,125	1	±10
R6	СП3-33	0.125	1	±5

 

Параметры выбранных конденсаторов  приведены в таблице 9.

Таблица 9

 

Обозначение	Тип	Емкость, мкФ	Отклонение, %	Номинальное напряжение,В
С1	К53-18	10	20	30
С2	К53-18	10	20	30

 

Выберем в качестве операционного  усилителя микросхему типа К140УД6, основные параметры которой приведены в таблице 10.

 

 

 

 

 

Таблица 10

Параметры	Значения
Тип микросхемы	К140УД6
Напряжение питания Uп, В	±15
Ток питания Iп, мА	2,8
Коэффициент усиления К, тыс	30
Напряжение смещения ±есм, нВ	5
Входной ток Iвх, нА	30
Выходной ток Iвых, мА	25
Выходное напряжение Uвых, В	11
Максимальное входное напряжение, В	15
Дрейф напряжения смещения, ΔUсмещ/Δt, мкВ/град	20

Методика  расчета встречно – параллельной коррекции взята из [1], а вся элементная база – из [2] и [3].

 

4.5 Коэффициент усиления охваченной  системы с учетом корректирующего устройства

 

Проверим коэффициент усиления системы с учетом корректирующего  устройства:

;

.

Коэффициент ослабления корректирующей системы определяется из выражения:

 

.

Таким образом, при замыкании местной  обратной связи, то есть при включении  встречно – параллельной коррекции, коэффициент усиления охваченных элементов К_ОХВ уменьшается, а вместе с ним уменьшается и общий коэффициент усиления К. Поэтому для компенсации получившегося ослабления в неохваченную цепь нужно включить дополнительный усилитель с коэффициентом усиления . Удобнее всего включить данный усилитель после первого каскада ПУ.

Примем R₁ = 1,5 кОм, тогда R₃ = 15,45 кОм.

.

Параметры выбранных резисторов приведены  в таблице 11, а схема усилителя представлена на рисунке 13.

Таблица 11

Обозн.	Тип	Мощность, Вт	Сопротивление, кОм	Отклонение, %
R1	С2-33Н	0,125	1,5	±5
R2	С2-33Н	0,125	1,38	±5
R3	С2-33Н	0.125	15,45	±5

 

 

Рисунок 13

 

 

5 Разработка принципиальной схемы

5.1 Модулятор и демодулятор

 

Для исключения возникновения сдвига фаз при сравнении сигналов с цепи местной обратной связи и основной цепи, нужно использовать систему модулятор-демодулятор. Модулятор нужен для преобразования сигнала постоянного тока в сигнал переменного тока. Демодулятор, соответственно, наоборот. Таким образом, включив перед схемой разностного усилителя демодулятор, а затем модулятор, мы исключим возможность появления сдвига фаз.

Модулятор и демодулятор имеют одинаковую структуру – оба выполнены на микросхеме К140УД6, использовавшейся для основы каскадов ПУ, УМ и всех остальных усилителей, а за основу их взят ФЧВ. Поэтому элементная база их будет одинаковой. Параметры микросхемы приведены в таблицах 5 и 9.

Модулятор изображен на рисунке 14.

 

 

Рисунок 14

 

Для того, чтобы схема работала правильно,  должно выполняться условие: , то есть коэффициенты передачи на инвертирующем и неинвертирующем входах должны быть равны.

, ,

.

Примем R₄ = R₁ = 20 КОм, R₂ = R₃ = 10 КОм.

В качестве ключа SW1 используем схему на полевом транзисторе, изображенную на рисунке 15.

 

 

Рисунок 15

 

В качестве диода VD1 используем диод марки Д218, параметры которого приведены в таблице 12. Выберем биполярный транзистор VT2 КТ3102Б, а также кремневый полевой транзистор VT1 с p-n переходом и каналом p-типа. Технические данные транзисторов приведены в таблицах 13 и 14 соответственно.

Резисторы R₁ и R₂ обычно принимаются равными 200 Ом. Их технические данные приведены в таблице 15.

Таблица 11

Обозначение	Тип диода	Номинальные значения		Рассчитанные значения
VD1	Д218	Iпр.ср.мах, мА	Uобр.мах, В	Iпр, мА	Uвх, В
		100	1000	25	15

Таблица 13

Обозначение	Тип	Iк max, мА	Uэб max, В	Uкб maх, В	Uкэ max, В
VT2	КТ312Б	100	5	50	50

 

Таблица 14

Обозначение	Тип	Ток стока мА	Uсток-затвор, В	U сток- исток, В	Сопротивление сток-исток, Ом
VT1	КП304	30	30	25	100

 

 

Таблица 15

Обозн.	Тип	Мощность, Вт	Сопротивление, Ом	Отклонение, %
R1	С2-33Н	0,125	200	±5
R2	С2-33Н	0,125	200	±5

Для того чтобы открыть ключ необходимо подать прямоугольные импульсы на 3В, так как напряжение трогания электродвигателя равно 3В. Чтобы из синусоидального сигнала получить прямоугольные импульсы с амплитудой 3В, используем детектор нуля с обратной связью в виде двух встречно направленных стабилитронов. Схема детектора нуля представлена на рисунке 16.

 

Рисунок 16

 

Выберем стабилитроны VD1 и VD2 типа КС133Г. Технические данные представлены в таблице 16. Сопротивление R1=1кОм типа С2-33Н. За основу детектора нуля используется микросхема К140УД6, параметры которой приведены ранее в таблицах 5 и 9.

 

Таблица 16

Обозначение	Тип	Uст, B	Iст,мА
VD1,VD2	КС133Г	3…3,1	5

 

 

5.2 Разностный усилитель

 

Введение сигнала с цепи коррекции  в прямую цепь прохождения сигнала  осуществляется с помощью разностного усилителя, изображенного на рисунке 17.

 

 

Рисунок 17

Для правильной работы разностного  усилителя  должно выполняться условие равенства коэффициентов передачи на инвертирующем и неинвертирующем входах, то есть .

, ,

,

Чтобы коэффициенты передачи сигнала  прямой цепи и сигнала с КУ были равны единице, необходимо, чтобы R1=R2=R3=R4. Примем все резисторы сопротивлением 10 КОм. Их параметры приведены в таблице 17.

Таблица 17

Обозн.	Тип	Мощность, Вт	Сопротивление, кОм	Отклонение, %
R1	С2-33Н	0,125	10	±5
R2	С2-33Н	0,125	10	±5
R3	С2-33Н	0.125	10	±5
R4	С2-33Н	0.125	10	±5

 

Методика расчета встречно –  параллельной коррекции взята из [1], а вся элементная база – из [2] и [3].

 

5.3 Блок питания

 

Блок питания служит источником всех напряжений, нужных для питания  элементов системы. Для разрабатываемой  системы нужно обепечить следующие  напряжения:

• напряжение питания элементов сравнения (сельсинов) U_ПИТ = 110В;
• напряжение возбуждения двигателя U_ВОЗБ = 110В;
• напряжение питания микросхем U_ПИТ = 15В;
• напряжение отпирания ключа модулятора U_УПР = 3В.

Таким образом, блок питания в данном случае будет иметь 3 выходных блока. Рассмотрим каждый из них.

Напряжения питания сельсинов и двигателя, а также напряжение управления ключом модулятора снимаются с понижающих обмоток трансформатора T1.

Напряжение питания микросхем  снимается с блока питания  микросхем, построенным на интегральной микросхеме К142ЕН6, параметры которой представлены в таблице 18, а изображена сама микросхема на рисунке 18.

Таблица 18

Тип	Uвых, В	Uвх.мах, В	Iпит, мА	Кст, %/В	ТКUвых, %/град
К142ЕН6	±15±0,3	30	±7,5	0,0015	0,02

 

Рисунок 18

Так как для питания  микросхем используется постоянный ток, а на выходе трансформатора Т1 переменный ток, то необходимо перед микросхемой включить двухполупериодный выпрямитель со сглаживающими фильтрами (их роль выполняют конденсаторы). Схема двухполупериодного выпрямителя на показана на рисунке 19.

Рисунок 19

Для питания микросхем необходимы два напряжения: +15В и -15В. Поэтому в блок питания микросхем включаются 2 двухполупериодных выпрямителя. Первый диодный мост преобразует переменное  напряжение в положительное напряжение, второй - в отрицательное.

Для сглаживания пульсаций используется сглаживающий фильтр в виде двух конденсаторов С₁ и С₂, включенных в схему после диодных мостов. Для лучшего сглаживания в схему после микросхемы включены дополнительные конденсаторы.