Разработка измерительной части системы регулирования температуры
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
функция ПИД регулятора в общем виде:
.
Частотные характеристики:
Рис.12. ЛАЧХ и ЛФЧХ ПИД-регулятора
Данный регулятор позволяет повысить статическую точность системы и, одновременно быстродействие.
Параметры выбираются аналогично как для регулятора с опережением и отставанием по фазе. Сначала определяется расположение ?о1 как для ПИ регулятора, затем ?о2 как для ПД регулятора. Коэффициент пропорциональной составляющей Кп определяется из условия статической точности. А дифференциальная и интегрирующая составляющая определяются по формулам:
.
ПИД-регулятор - это наиболее распространенная структура управления в промышленных системах. Причина этого состоит в том, что большинство процессов можно аппроксимировать динамической моделью невысокого порядка. ПИД-регулятор, представляющий собой систему второго порядка, дает практичное решение, обеспечивая большую гибкость при работе в замкнутых системах регулирования. Однако ПИД-регулятор не подходит для системы с более сложными динамическими свойствами. Наиболее очевидные проблемы возникают в системах с зонами нечувствительности и запаздываниями, с ярко выраженной колебательной динамикой или с параметрами, меняющимися во времени.
Рис.13. Реализация ПИД-регулятора
Недостатком данной схемы является возможность появления очень большого сигнала на выходе дифференциального звена и всего регулятора при большой скорости изменения ошибки. Поэтому схему применяют, если скорость входного воздействия системы ограничена.
При работе на быстро изменяющееся входное воздействие применяют следующую схему:
Рис.14. Реализация ПИД-регулятора
В данном случае на вход дифференциального звена подается преобразованный выходной сигнал системы, который, вследствие инерционных свойств объекта, всегда изменяется относительно медленно. За счёт этого ограничивается выходной сигнал дифференциального звена и всего регулятора.
Рис.15. Схема ПИД-регулятора
Исследование схем на интегральном таймере (таймер 555)
Интегральные таймеры являются наиболее яркими представителями устройств смешанного типа, из них наиболее популярным является таймер 555 (отечественный аналог КР1006ВИ1). Учитывая его широкое распространение в различной аппаратуре промышленного и бытового назначения, рассмотрим кратко характеристики и особенности применения 555.
Функциональная схема таймера и его графическое обозначение в программах MicroCAP и EWB показаны на рис. 16. Таймер содержит два компаратора DA1 и DA2, RS-триггер DD1, усилитель мощности на транзисторах VT1 и VT2. Внутренний резистивный делитель задает пороговые напряжения, равные 2UП/3 для DA1 и UП/3 для DA2.
Напряжение питания таймера UП равно 5тАж16,5 В, ток нагрузки - до 200 мА, что позволяет управлять непосредственно лампочками или электромагнитными реле. Выходное сопротивление около 10 Ом как для низкого, так и для высокого уровней выходного напряжения. Запуск таймера осуществляется подачей на вывод 2 напряжения менее UП/3 (этот вывод обычно называют триггерным входом). При высоком напряжении на выводе 2 состоянием выхода таймера можно управлять с помощью компаратора DA1 по выводу 6, называемому обычно пороговым входом. Входной ток, втекающий в DA1 (вывод 6) и вытекающий из DA2 (вывод 2), не превышает 0,5 мкА. Для сброса таймера, т.е. установки на его выходе низкого напряжения независимо от напряжения на выводах 2 и 6 используется вывод 4.
Если напряжение на этом выводе меньше 0,4 В, напряжение на выходе равно 0,1тАж0,2 В, а при напряжении больше 1 В цепь сброса выключена и не влияет на работу таймера. Кроме низкоомного выхода (вывод 3) таймер имеет и вспомогательный высокоомный выход (вывод 7) - открытый коллектор транзистора VT3. Этот вывод обычно используется для организации обратной связи с выхода на входы (выводы 2 и 6) таймера. Допустимое изменение напряжения на выводах 2, 4, 6 и 7 находится в пределах 0...16,5 В относительно вывода 1, подключаемого к общему проводу. В таймере имеется доступ через вывод 5 к входам внутренних компараторов, на которые поданы пороговые напряжения. Этот вывод от резистивного делителя позволяет изменять пороговые напряжения компараторов при постоянном напряжении питания и тем самым дополнительно управлять работой таймера. Чтобы избежать влияния внешних помех и пульсации напряжения питания на точность работы таймера, рекомендуется шунтировать вывод 5 конденсатором емкостью 0,01 мкФ.
Выходной инвертирующий усилитель таймера работает в режиме АВ, вследствие чего на переходной характеристике возникает полка длительностью 10...20 нс при напряжении 1,5 В. Если таймер нагружен на быстродействующие ТТЛ-схемы (например, серий 130 или 533), то наличие такой полки недопустимо, так как она может вызвать ложное срабатывание логического элемента. Для устранения этого недостатка необходимо выход таймера зашунтировать конденсатором емкостью около 100 пФ.
Описание структурной схемы электронного устройства
В данном электронном устройстве используется датчик, терморезистор.
Датчик температуры подключен к нормирующему преобразователю, входным каскадом которого является мостовая измерительная схема, которая преобразует изменение сопротивления датчика в напряжение U, снимаемое с выхода измерительной схемы.