Vlastnosti členů regulačních obvodů

Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka
Automatizace – Vlastnosti členů regulačních obvodů
Vlastnosti členů regulačních obvodů
Vlastnosti všech regulačních obvodů se projevuje na kvalitě regulace.
Statické vlastnosti regulačních členů
Statické vlastnosti vyjadřuje statická charakteristika. Je to závislost mezi výstupním signálem
členu x2 a jeho vstupním signálem x1 v ustáleném stavu. Při kreslení statické charakteristiky
nevynášíme čas ani úhlovou frekvenci. Na vodorovnou osu vynášíme vstupní signál, výstupní
signál vynášíme na svislou sou.
Je-li statická charakteristika určitého členu přímkou, jde o lineární člen. Odlišuje-li se průběh
charakteristiky od přímky, jde o nelineární člen.
x2
P1
3
2
1
-3
-2
-1
0
1
2
3
x1
-1
-2
P2
-3
Známe-li průběh charakteristiky, můžeme matematicky vyjádřit závislost mezi vstupním a
výstupním signálem daného lineárního členu. Prochází-li charakteristika počátkem, můžeme
vyjádřit poměr výstupního a vstupního signálu v libovolném bodě, např. bod P1 a P2.
Tento poměr udává statické zesílení: K = x2 / x1
Není-li charakteristika čistě přímková a od lineární se liší jen málo, nazývá se kvazilineární
(téměř lineární)
Na dalším obrázku je charakteristika nelineární. Zde nahradíme okolí pracovního bodu úseky
∆x1 a ∆x2 . Provedeme linearizaci, t.j. nahrazení nelineární části charakteristiky přímkou
(lineární). Úsek ∆ je v podstatě rozdíl a nazývá se cizím slovem diferenciál. Proto i zesílení
X2
K´
nazýváme diferenciální zesílení.
X1
1
Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka
Automatizace – Vlastnosti členů regulačních obvodů
Jako příklad uveďme diferenciální odpor stabilizační diody, který udává vnitřní odpor
stabilizátoru. Je uváděn v katalogu a za jeho pomoci můžeme získat provizorní
charakteristiku.
U
0,1V
r
10
I
10.10 3 A
2
Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka
Automatizace – Vlastnosti členů regulačních obvodů
1)Nelinearita tipu omezení (nasycení)
V rozmezí vstupních signálu –x10 až +x10 se člen chová jako lineární. Při překročení tohoto
pásma linearity se nelinearita projevuje tak, že při dalším zvyšování vstupního signálu x1 se
amplituda výstupního signálu x2 již nezvyšuje, je omezena na hodnotu +x20 nebo –x20.
Stabilita může být podstatně ovlivněna při dosažení mezní hodnoty. Např. velikostí
napájecího zdroje, dosažení max.hodnoty proudového zatížení tranzistorů, tyristorů, triaků,
spínacích kontaktů.
x2
+x20
-x10
0
+x10
x1
-x20
U nízkofrekvenčních tranzistorů se to projevuje omezováním (ořezáváním) amplitudy signálu.
(fuzzy a boostry pro kytary). Ve vysoko frekvenční technice se záměrně omezuje amplituda
mezi frekvenčního signálu přijímačů frekvenční modulace. Tím se odstraňuje nežádoucí
amplitudová modulace.
2) Nelinearita typu pásmo necitlivosti
V rozmezí vstupních signálu –x10 až +x10 (pásmo necitlivosti) není na výstupu žádný signál
(x2 = 0). Tato nelinearita se vyskytuje všude, kde je tření.
Příklad: snímače s pohyblivým ústrojím, servomotorů a u dvojčinných zesilovačů třídy B.
x2
-x10
0
+x10
3
x1
Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka
Automatizace – Vlastnosti členů regulačních obvodů
Na činnost regulačního obvodu má necitlivost stabilizační vliv. Proto se někde zavádí
úmyslně. Zapojují se antiparalelně křemíkové diody, nebo antisériově dvě stabilizační diody
(pro dosažení širšího pásma), popřípadě jedinou stabilizační diodu zajišťující nesymetrické
pásmo necitlivosti.
Použití: pro číslicové obvody pro dosažení necitlivosti proti vstupnímu šumu.
Antiparalelně křemíkové diody
U2
U1
U2
0
U1
Antisériově stabilizační diody
U2
U1
U2
0
U1
Jedné stabilizační diody
U2
U1
U2
0
4
U1
Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka
Automatizace – Vlastnosti členů regulačních obvodů
3) Nelinearita typu vůle v převodech
Vyskytuje se u ozubených převodů. Vstupní signál je úhel natočení primárního kola, výstupní
signál je úhel natočení sekundárního kola. Čerchovaně je vyznačen průběh s nulovou vůlí,
vůle v převodu je xv.
Vůle v převodech může u servomotorů způsobit trvalé oscilace, jejich amplituda je určena
velikostí vůle.
y
-xv/2
0
+xv/2
5
x
Integrovaná střední škola, Kumburská 846, Nová Paka
Automatizace – Vlastnosti členů regulačních obvodů
4) Nelinearita typu hystereze
Vyskytuje se v mnoha případech. Velikost
vstupní veličiny je určena dvojznačně, a to
velikostí vstupní veličiny a smyslem její
změny. Na rozdíl od vůle v převodech zde
dochází k omezení (nasycení) velikosti
výstupní veličiny. Čerchovaně je nekreslen
průběh s nulovou hysterezí.
Příklad: hysterezní křivka feromagnetického materiálu, hystereze se projevuje i u
elektromagnetického relé. Všude tam, kde ja
magnetický obvod.
Elektromagnetické relé (stykač) - vstupní
veličina je napětí budící cívky, výstupní
veličina je napětí na sepnutých kontaktech relé. Relé spíná při horní spínací úrovni UH a
vypíná při dolní spínací úrovni UD.
Hystereze relé je dána rozdílem obou úrovní h = UH –UD.
h
U2
h
U2
UH
UH
UD
0 UD
h
UD
UH U1
0
UD
UH U1
h
Hystereze určená rozdílem horní a dolní spínací úrovně je charakteristická i pro elektronické
prahové spínače, z nich je nejpoužívanější Schmittův klopný obvod. Hystereze se úmyslně
zavádí do obvodu impulsové regulace.
Při spojité regulaci se projevuje negativně, podobně jako vůle v převodech může způsobit
trvalé oscilace.
6