Программа Сервисный Центр
0

Функция квадратного корня улучшает характеристики термостата


Пожалуй, самым элементарным правилом теории проектирования систем управления является то, что эффективность работы петли регулирования принципиально связана с тщательным выбором, а также со стабильностью коэффициента усиления контура обратной связи. Недостаточное петлевое усиление приводит к плохой точности стабилизации заданного параметра. Слишком большое усиление может стать причиной неустойчивости обратной связи, приводя к перерегулированию, звону и, в конечном счете, к генерации. Поэтому, чем выше предполагаемая точность системы управления, тем критичнее становится поддержание петлевого усиления на уровне, близком к оптимальному. Не являются исключением и высокоточные системы регулирования температуры.

Учитывая азбучный характер вышеупомянутых истин, приходится удивляться тому, что так мало внимания уделяется основному правилу конструирования высокоточных термостатов: Тепловая отдача (то есть, мощность – основной параметр обратной связи) резистивного нагревателя пропорциональна квадратному корню из тока. Эту элементарную взаимосвязь иллюстрирует кривая A на Рисунке 1.

Функция квадратного корня улучшает характеристики термостата
Рисунок 1.Умножение нескомпенсированного квадратичного отклика (A) на ток,
аппроксимированный функцией квадратного корня (C) с помощью
микросхемы IC4, дает линейную зависимость нагрева от выходного
напряжения схемы управления.

По этой причине общее петлевое усиление термостата не постоянно, а пропорционально входному току нагревателя. Следовательно, оно сильно меняется в соответствии с изменениями окружающей температуры и другими факторами, влияющими на требуемое количество тепла. Это усложняет выбор подходящих параметров петли. Преодолеть эти сложности помогает показанная на Рисунке 2 аналоговая схема извлечения квадратного корня, добавленная перед схемой управления нагревателем.

Функция квадратного корня улучшает характеристики термостата
Рисунок 2.За счет логарифмических характеристик транзисторов IC4A … IC4C
формируется функция квадратного корня для напряжения,
управляющего нагревателем.

Схема стабилизирует температуру охлаждаемого жидким азотом твердотельного инфракрасного лазера в воздушном спектрометре. Диодный криодатчик D1 (2 мВ/K) измеряет температуру лазера и управляет схемой пропорционально-интегрального регулятора, состоящей из усилителя ошибки IC1C и интегратора ошибки IC1B. Q1 преобразует результирующее корректирующее напряжение обратной связи в токовый сигнал, который затем подается на транзисторную сборку LM3146 (IC4). Эта сборка реализует функцию квадратного корня. Ревнители аналоговой схемотехники немедленно укажут на то, что использование IC4 – не самый точный способ аппроксимации функции квадратного корня. Тем не менее, этот метод вполне подходит для того, чтобы сделать обратную связь линейной и стабилизировать петлевое усиление. В процессе работы входящие в сборку транзисторы  IC4A … IC4C объединяют ток I1 транзистора Q1 с опорным током IREF, чтобы сформировать логарифмическое управляющее напряжение, пропорциональное

Функция квадратного корня улучшает характеристики термостата

Благодаря присущей однокристальной сборке IC4 согласованности параметров транзисторов, ток коллектора IC4E приблизительно равен

Функция квадратного корня улучшает характеристики термостата

Затем схема драйвера нагревателя IC3B, Q2 усиливает выходной ток IC4E в 8450 раз и питает этим усиленным током нагреватель криостата системы охлаждения лазера.

Пять соответствующих кривых показаны на Рисунке 1. A соответствует нескомпенсированной передаточной функции I2R. B соответствует идеальной функции квадратного корня. Кривая C представляет аппроксимацию квадратного корня сборкой IC4, рассчитанную в допущении, что коэффициент передачи тока транзисторов равен примерно 100. Кривая D, являющаяся произведением A и B, иллюстрирует результат идеально скомпенсированного (линейного) петлевого усиления. E – это произведение A и C, соответствующее реально достигнутой линеаризации петлевого усиления. Конечным результатом является линейная зависимость между выходами схемы управления и нагревателя и, как следствие, оптимизация установившегося режима и динамической устойчивости криостата в полных диапазонах температуры окружающей среды и тепловой нагрузки. Без IC4 усиление, установленное для обеспечения устойчивости при низких мощностях нагревателя, скорее всего, было бы чрезмерным и приводило бы к перерегулированию или генерации при больших мощностях нагревателя.

 
 
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.
 
 
 
Обратная связь

Наши партнеры

 

Опросы

Есть ли справедливость в жизни?
Конечно есть, уверен!
Вроде как должна быть, но...
Затрудняюсь ответить...
Какая справедливость? О чем Вы?
Эх.., нет правды на свете!

 

Облако тегов

Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

Показать все теги
 

Календарь публикаций

«    Октябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 
 

Архив новостей

Сентябрь 2017 (4)
Август 2017 (36)
Июль 2017 (32)
Июнь 2017 (42)
Май 2017 (45)
Апрель 2017 (47)
 
Наверх Сервисные мануалы Даташиты Ремонт LCD, ЖК телевизоров LG Samsung Скрипт программы "Сервисный центр"