Как видно из выражения
(4.3), передаточная функция двигателя содержит кроме интегратора апериодическое
звено с постоянной времени , обусловленное наличием
момента инерции ротора. Постоянная времени зависит от конструкции двигателя. В
коллекторных двигателях постоянного тока ротор имеет большую массу, и
постоянная времени велика. В асинхронных двигателях переменного тока для снижения
постоянной времени используют пустотелый ротор.
Следящие системы с двигателем имеют большие размеры и стоимость. Поэтому в качестве интегратора широко применяется операционный усилитель с емкостной обратной связью (рис. 4.3, а). Определим функцию передачи этого устройства.
Выходное напряжение равно
,
(4.4)
где –
коэффициент усиления;
– входное напряжение.
Полагая, что входной ток
усилителя равен 0, из условия равенства токов в и
получим,
(4.5)
Далее из (4.4) и (4.5)
при следует ПФ операционного усилителя:
(4.6)
Логарифмическая
амплитудная частотная характеристика системы с функцией передачи (4.6) соответствует апериодическому звену с
большой постоянной времени (рис. 4.3, б). В области частот выше значения
Таким образом, свойства следящего измерителя с интегратором на операционном усилителе, зависящие от поведения ЛАЧХ в области высоких частот (полоса пропускания, свойства переходного процесса и запас устойчивости), не отличаются от свойств измерителя с идеальным интегратором.
Но в
области нижних частот () частотная характеристика (4.6)
отличается от характеристики идеального интегратора и следящий измеритель с
операционным усилителем имеет статическую ошибку. Вместе с тем эта ошибка
невелика, так как коэффициент усиления операционного усилителя
составляет десятки тысяч.
При цифровой реализации интеграторов используется приближенное представление операции интегрирования.
где – дискретное время,
– интервал временной дискретизации,
,
–
дискретизированный сигнал
При
цифровой обработке входной сигнал в момент времени
подвергается квантованию по уровню в АЦП и
заменяется дискретизированным значением
. Ошибка
квантования по уровню
при случайном сигнале
предполагается случайной величиной с
равномерным распределением в интервале значений, соответствующем величине
младшего разряда АЦП
. При дальнейших расчетах ошибка
квантования обычно представляется как аддитивный дискретный белый шум с
дисперсией
Действие
интегратора в дискретном времени можно описать с
помощью разностного уравнения
(4.9)
Для
реализации операций, содержащихся в (4.9), необходимо иметь элемент памяти,
содержащий переменную , и устройство суммирования для
добавления входной величины
. Эквивалентная
схема дискретного интегратора представлена на рис. 4.4, а, осциллограмма выходного значения
при включении на вход постоянного сигнала
– на рис. 4.4, б.
При
аппаратной реализации дискретного интегратора элемент памяти реализуется в виде
регистра или счетчика. Если входная величина представляется
в виде последовательности импульсов со знаком, операцию суммирования можно
реализовать в реверсивном счетчике импульсов, который в зависимости от знака
суммирует или вычитает импульсы (рис. 4.4, в).
При
программной реализации элемент памяти интегратора реализуется в виде переменной
в памяти процессора. Например, в
16-разрядном сигнальном процессоре при использовании компилятора С переменную
можно представить как дробное число со
знаком.
(4.10)
Чтобы
переходный процесс в интеграторе начался с нуля (как показано на рис.
4.4, б), в ячейку памяти в соответствии с (4.10)
загружается начальное значение 0. Эта операция выполняется после включения
питания устройства при загрузке исполняемого файла программы в память
процессора.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.