Den Svævende Kugle, Dokumentation [pdf - sorenr.dk

More documents

Recommendations

Info

<strong>Den</strong> svævende kugle 3.4 Regulering 3.4 Regulering Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gruppe 3 Problemidentifikationen i afsnittet vedr. design af reguleringen giver, at der skal indføres et differentiationsled i reguleringsløjfens returgren. Desuden skal der indføres en negativ forstærkning i fremløbsgrenen. For at kompensere for den statiske fejl indføres ogs˚a et integratorled. Disse to kredsløb er bygget sammen med komparatoren i et særskilt modul kaldet Regulering i OrCADdiagrammerne. Et ene nulpunkt trives bedst i teorien. Da forstærkningen vokser mod uendeligt med frekvensen, vil højfrekvent støj forstærkes kraftigt. Derfor indføres der som nævnt en pol, βs+1, der placeres over nulpunktet. Polen placeres 60 gange højere end nulpunktet. I MathCAD-dokumentet, hvorp˚a alle beregningerne beror, er denne skaleringsfaktor benævnt βfaktor. 3.4.1 Overføringsfunktion I MathCAD beregnes værdierne for forstærkning og korrektion automatisk n˚ar systemets parametre er givet. Som det ses vil DC ikke forstærkes, men g˚a lige igennem, hvilket betyder at der ikke vil være DC-fejl i returgrenen der skal korrigeres. I praksis vil denne overføringsfunktion ikke kunne lade sig gøre, da operationsforstærkeren hurtigt vil g˚a i mætning. Der henvises til modultesten hvor den reelle overføringskarakteristik kan ses. Værdierne τ og β er hentet fra før omtalte MathCAD dokument, beregnet 5 4 3 2 i x0 = 0, 035. R4 3.4.2 Realisering af korrektionskredsløb D C B A Føler τs + 1 T (s) = βs + 1 τ = 2.795 · 10 −2 R3 47k5 1 2 R1 47k5 R2 β = 2.795 · 10 −3 Brugerpanel Føler 0 C2 220n R10 4k5 5 13 2 + 1 - 4 R9 263k 47k5 0 U3A 12 13 4 - + LM747C 47k5 U1A 12 LM747C Subtraktion 1 6 + 7 - Kompensationskredsløb (Differentiationsled) 4 9 4 U3B 10 LM747C Figur 57: Kompensationskredsløbets opbygning R6 20k Integratorled og regulering 0 3 0 R11 47k5 R12 47k5 C1 10u R13 47k5 13 2 + 1 - 4 R14 47k5 Subtraktion 2 Proportionalled Title U2A 12 LM747C R7 47k5 Reguleringsmodul Size Document Number A 1 R15 20k Date: Monday, June 13, 2005 Sheet 1 o 2 1 Korrektionskredsløbet, der skal realisere ovenst˚aende overføringskarakteristik, laves med en operationsforstærker, to modstande og en kondensator som det fremg˚ar af figur 57. Udgangsspændingen p˚a operationsforstærkeren kan beskrives matematisk ved R8 VU1A = 1 + R9 + 1 C8s ⇔ VU1A = R8 + R9 + 1 C8s R9 + 1 C8s ⇔ VU1A = (R8 + R9)C8s + 1 R9C8s + 1 Ved koefficientidentifikation kan komponentværdierne beregnes. Dette sker dynamisk i MathCAD hvorved de p˚a diagrammet p˚aførte værdier opn˚as. Slutteligt føres udgangsspændingen gennem en spændingsfølger 58 R5 5k 7 6 9 4 - + LM747C 10 U1B 0 2 3 47k5 R 7 4 - + R16 10k 0 7 6 9 4 - + 6 LM741 U4 1 R17 10 U2B 50k LM747C
Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gruppe 3 <strong>Den</strong> svævende kugle 3.4 Regulering (U1B) s˚a næste led (komparatoren) ikke ændrer overføringskarakteristikken ved belastning. Kapaciteten af C8 er valgt til 220 nF hvorefter modstandende er beregnet og tilnærmet E96-rækken, hvilket giver R8 = 115 kΩ og R9 = 12, 7 kΩ. Der tages ikke højde for komponenttolerancerne, da kompensationskredsløbet i forvejen er fleksibelt over et stort omr˚ade. 3.4.3 Realisering af reguleringssløjfens blokke Alle led i reguleringen kan realiseres med operationsforstærkere koblet p˚a forskellige m˚ader, der derfor er de grundlæggende byggeblokke i designet af reguleringen. Kredsløbsdiagrammet ses p˚a figur 58. De enkelte moduler er rammet ind og i de følgende afsnit gennemg˚as omsætningen fra blokdiagram til kredsløb. Føler 5 5 4 4 3 U1A R D R3 47k5 1 12 R6 R5 7 LM747C R7 D 2 10 2 R1 47k5 R2 47k5 LM747C 20k 5k 6 U1B 47k5 3 6 LM741 Brugerpanel 0 U4 0 C C Føler 0 R9 B Driver B 0 C2 220n R10 4k5 13 2 + 1 - 4 263k U3A 12 13 4 - + LM747C R4 47k5 Subtraktion 1 9 6 + 7 - 4 U3B 10 LM747C Kompensationskredsløb (Differentiationsled) Integratorled og regulering 0 47k5 Subtraktion 2 Proportionalled A A Første subtraktionsled Title Reguleringsmodul Figur 58: Diagram for det samlede reguleringskredsløb. Size Document Number Rev A 1 1 3 R11 47k5 R12 47k5 C1 10u R13 47k5 13 2 + 1 - 4 R14 U2A 12 LM747C 2 R15 20k 47k5 R16 10k Date: Monday, June 13, 2005 Sheet 1 of 1 2 1 Operationsforstærkeren er koblet som en subtraherende forstærker, hvor udgangsspændingen er givet ved: Vud = −R4 R3 Vføler + R3 + R4 R3 9 4 - + R2 R1 + R2 Vbrugerpanel Ved at gøre alle modstande lige store opn˚as en 1:1 subtraktion af signalerne hvor Vføler trækkes fra Vbrugerpanel. Integratorled og regulering For at eliminere den statiske fejl er der indført et langsomt integratorled uden for den egentlige reguleringssløjfe. Integrationen sker over forskellen mellem den aktuelle og den ønskede afstand. Integrationsfaktoren er givet ved − 1 . Der er indført en 20 kΩ trimmer i serie med en 5 kΩ og brugt en RC 10 µF tantalkondensator, der gør det muligt at stille faktoren mellem -4 og -20. Det betyder at integratoren vil integrere fra 4 til 20 volt pr. sek. Da forstærkningen er inverteret er der efterfølgende indført en inverterende forstærker med en forstærkning p˚a -1 gange. Integratorleddet kan vha. en jumper kobles fra, s˚a den ønskede værdi bliver ført direkte ind p˚a reguleringssløjfen. Outputtet fra integratoren kun vil være nul i det tilfælde hvor værdierne fra føler og brugerpanel er lige 7 4 - + 0 7 6 9 4 - + 1 R17 10 U2B 50k LM747C 59
Page 1 and 2:
Den Svævende Kugle Dokumentation 2
Page 3 and 4:
Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 5 and 6:
Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 7 and 8: Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 49 and 50: Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 5
Page 53 and 54: D C B A Ingeniørhøjskolen ˚Arhus
Page 57: Ingeniørhøjskolen ˚Arhus 2005 Gr
Page 63 and 64: -15VDC GND GND 3 GND Aktuel 6 Aktue
Page 97 and 98: Z Meter 4277A 42-1 Lpot Lcur Hpot H
show all

Den Svævende Kugle, Dokumentation [pdf - sorenr.dk

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?