Устройство формирования управляющих сигналов

Содержание

Описание устройства

Техническое задание

Исходные данные

Анализ частотных характеристик идеального дифференцирующего устройства

Проверка возможности применения для целей дифференцирования сигнала простейшей дифференцирующей rc-цепочки

Выбор необходимых параметров rc-цепочки, согласно критериям технического задания >Расчет в общем виде АЧХ и ФЧХ скорректированного дифференцирующего устройства (r-L-c цепи). Расчет параметров r-L-c цепи согласно требованиям технического задания

Вычисление АЧХ и ФЧХ r-L-c цепочки с учётом всех выбранных параметров

Общий вывод

Описание устройства

Блок-схема рассматриваемого устройства представлена на рис.1. Здесь u1(t) -некоторый входной сигнал (сигнал управления), ДУ - дифференцирующее устройство, формирующее сигнал по производной

,

где т = const, ∑ - сумматор, u3(t) - выходной сигнал, в котором соотношение составляющих u1(t) и u2(t)можно регулировать.

Рис.1 Блок-схема устройства формирования управляющих сигналов

Входной сигнал u1(t) используется в качестве сигнала управления в некоторой системе автоматического регулирования. С целью достижения более высокого качества управления (например, для увеличения запаса устойчивости системы), кроме сигнала u1(t) должен использоваться также сигнал по производной u2(t), где m - постоянный масштабный коэффициент (как правило, т<<1).Сигнал управления и сигнал по производной суммируется на входе соответствующего суммирующего устройства.

Входной сигнал имеет вид:

u1(t)=U(1)m∙sin(ωt+ψ(1))+ U(2)m∙sin(kωt+ψ(2))+ U(q)m∙sin(qωt+ψ(q)).

Две первые низкочастотные составляющие (1<к<<q)являются полезным сигналом управления, высокочастотная составляющая с частотой qω - помеха. Такие высокочастотные составляющие характерны, например, для сигнала, полученного в результате демодуляции после передачи его по линии связи на несущей частоте. В этом случае полезный сигнал передается как огибающая сигнала на несущей частоте. На рис.2 огибающая показана пунктиром. Она может быть выделена в результате демодуляции, а высокочастотная составляющая подавлена, однако, как правило, не до конца (рис.3). При этом уровень помехи невелик и является для полезного сигнала допустимым.

Рис.2, 3 - Сигнал управления на несущей частоте и сигнал управлении после демодуляции

Конечной целью данной курсовой работы является формирование сигнала по производной с помощью некоторого дифференцирующего устройства с приемлемым качеством дифференцирования и уровнем высокочастотной помехи.

Техническое задание

1. Проанализировать, какими частотными характеристиками должно обладать идеальное дифференцирующее устройство, способное дифференцировать сигнал с неограниченным спектром частот. Установить, от чего зависит уровень выходного сигнала такого дифференцирующего устройства.

2. Проверить возможность применения для целей дифференцирования сигнала простейшей дифференцирующей r-сцепочки (рис.4)

Рис.4 Дифференцирующая r-c цепочка

Так как суммирование u1(t) и происходит на высокоомных входах сумматора, можно считать, что r-сцепочка используется в режиме холостого хода на ее выходе. Не задавая конкретных значений r и с, вывести в общем виде амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики рассматриваемой r-сцепочки, сравнить их с АЧХ и ФЧХ идеального дифференцирующего устройства и сделать вывод о принципиальной возможности проведения с ее помощью операции дифференцирования сигнала u1(t) в интересующем нас диапазоне частот от ω до k ω.

3. В случае положительного результата по п.2 выбрать параметры r-c-цепочки, исходя из выбранных критериев качества работы устройства. Определить и построить АЧХ и ФЧХ устройства. С их помощью определить выходное напряжение u2(t) дифференцирующего устройства и построить график u2(t).Проанализировать полученный результат с точки зрения следующих критериев:

а) достаточен ли уровень полезного сигнала для его дальнейшего использования в системе автоматического регулирования?

б) достаточна ли точность дифференцирования?

в) достаточно ли низок уровень высокочастотной помехи по сравнению с уровнем полезного выходного сигнала?

Если хотя бы с точки зрения одного из этих критериев работу дифференцирующего звена нельзя признать удовлетворительной, наметить меры по устранению обнаруженного недостатка. Выяснить при этом, не приведут ли намеченные меры к ухудшению качества по другим критериям. Оформить результаты анализа в виде предварительных выводов. Если достижение нужного качества при использовании заданной простейшей схемы дифференцирующего устройства затруднительно или невозможно, продумать и предложить улучшенный вариант (варианты) схемы, которая должна при этом оставаться пассивной. Улучшение должно состоять в том, что отмеченный недостаток в работе простейшей схемы должен устраняться, но не за счет ухудшения других необходимых качеств.

4. Вывести (в общем виде) выражения для АЧХ и ФЧХ новой, скорректированной схемы устройства. Произвести выбор тех параметров схемы, которые в данном случае могут быть признаны неизменяемыми. Если в схеме используется индуктивность, которая не может быть реализована в виде стандартного элемента, выпускаемого промышленностью, определить конструктивные параметры катушки (число витков, сечение провода), обладающей приемлемым значением индуктивности, используя для этой цели кольцевой магнитопровод, выполненный из феррита с относительной магнитной проницаемостью μr , с размерами, указанными на рис.5.

Рис. 5. Линейные размеры кольцевого магнитопровода

Активное сопротивление обмотки должно быть рассчитано и включено в схему замещения дифференцирующего устройства.

Определить алгоритм выбора изменяемого параметра (параметров) устройства, удовлетворяющего выбранным критериям качества (приемлемый уровень выходного сигнала при достаточной точности дифференцирования и низком уровне помех). Определить величину изменяемого параметра (параметров) схемы.

5. Построить графики АЧХ и ФЧХ дифференцирующего устройства с учетом выбранных величин ее параметров, определить с их помощью выходное напряжение . Проанализировать качество дифференцирования, построив и сравнив графики идеальной производной (где u1(t)) -полезный входной сигнал без учета помехи) и выходного сигнала u2(t), оценив степень их совпадения. Коэффициент т следует выбрать так, чтобы оба напряжения были соизмеримы по уровню.

 Скачать реферат