Тема 1. Функционирование основных элементов и узлов систем автоматики

СОДЕРЖАНИЕ

Тема 1. Функционирование основных элементов и узлов

систем автоматики 5

Лекция 1. Функционирование основных элементов и узлов

систем автоматики 5

Тема 2. Методы решения задач обработки аналоговых сигналов 8

Лекция 2. Операционный усилитель (ОУ) 8

2.1 Операционный усилитель 8

2.2 Эквивалентная схема ОУ 9

2.3. Базовые схемные блоки на ОУ 10

Тема 3. Основные схемы на ОУ 10

Лекция 3. Базовые схемные блоки на ОУ 10

3.1 Инвертирующий усилитель 11

3.2 Неинвертирующий усилитель 12

3.3 Усилитель с единичным коэффициентом усиления 13

Лекция 4. Схемы, выполняющие операцию суммирования 14

4.1 Дифференциальный усилитель 15

4.2 Инструментальный усилитель 16

4.3 Сумматоры 18

Лекция 5. Схемы, выполняют операции интегрирования

и дифференцирования 19

5.1 Интеграторы 20

5.2 Дифференциаторы 22

Лекция 6. Преобразователи 25

6.1 Преобразователь напряжения в ток 25

6.2 Преобразователь тока в напряжение 26

6.3 Логарифмические усилители 26

6.4 Прецизионный выпрямитель 28

6.5 Амплитудный ограничитель 29

Лекция 7. Реальные операционные усилители 31

7.1 Реальные характеристики ОУ. Частотная

характеристика 31

7.2 Входное напряжение сдвига 32

7.3 Входной ток сдвига 33

Тема 4. Согласование различных узлов и устройств автоматики 35

Лекция 8. Электроные устройства систем автоматики.

Генераторы 35

8.1 Генераторы прямоугольных импульсов 36

Лекция 9. Формирования одиночных импульсов39

9.1 Одновибраторы 39

9.2 Формирование цифровых сигналов от механических

контактов 45

Лекция 10. 48

10.1 Генераторы синусоидальных колебаний на ОУ 49

Лекция 11. Согласование устройств обработки цифровой

информации 51

11.1 Компараторы на ОУ. Простейшая схема компаратора 51

11.2 Инвертирующий триггер Шмитта 54

11.3 Неинвертирующий триггер Шмитта 57

11.4 Суммирующий триггер Шмитта 58

Лекция 12. Предварительная обработка входных аналоговых

сигналов59

12.1 Инверторы и преобразователи масштаба 59

Лекция 13. Оконечные каскады цифровых и аналоговых

устройств 62

Лекция 14. Согласование разнородных систем логических

элементов 70

Лекция 15. Вторичные источники питания 76

15.1 Требования, предъявляемые ко вторичным источникам

питания

15.2 Параметрические стабилизаторы напряжения

15.3 Компенсационные стабилизаторы напряжения

15.4 Стабилизаторы напряжения использующие широтно-

импульсную модуляцию (ШИМ)

15.5 Схемы защиты вторичных источников питания

Лекция 16. Преобразователи аналог-код81

16.1 АЦП последовательного приближения 82

16.2 Основные отечественные микросхемы АЦП и их

заграничные аналоги 87

16.3 АЦП параллельного преобразования 87

Лекция 17. Преобразователи код-аналог89

17.1 Принцип действия и параметры ЦАП 90

17.2 Основные отечественные микросхемы ЦАП и их

заграничные аналоги 90

17.3 Умножающие ЦАП 93

17.4 Усилители инвертирующие и неинвертирующие

с управляемым коэффициентом усиления 93

Курс «Элементы и устройства автоматики и систем управления» продолжает формирование специалиста-электроника, призван закрепить знания, полученные при прослушивании общетехнических курсов (физика, теория электрических и магнитных цепей, электроника и микросхемотехника) и подготовить к курсам, связанным с использованием микросхемотехники и микропроцессорной техники.

Курс рассчитан на подготовку специалистов, основная сфера деятельности которых связана с автоматизацией разнообразнейший технологических процессов.

Круг вопросов, который рассматривается курсом, наглядно определяется развернутой структурной схемой управления некоторым обобщенным технологическим процессом.

ТЕМА 1. ФУНКЦИОНИРОВАНИе ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Лекция 1. Функционирование основных элементов и узлов систем автоматики

Цель лекции: Усвоение основных понятий, которые формируют принципы построения систем автоматики. Для этого следует выучить основные элементы и узлы систем автоматического управления, их составные части и научиться составлять обобщенную структуру этих систем.

Вопросы, которые рассматриваются на лекции:

1. Общая структура системы автоматического управления.

2. Составные части системы автоматического управления.

3. Элементная база.

Рассмотрим подробнее элементы, которые входят в структурную схему (Рисунок 1.1).

· Технологическое оборудование (объект управления). Разнообразнейшее оборудование: простейшее с точки зрения управления, когда управление осуществляется одним параметром (температура, давление, затрата и т.п.) и сложное, с необходимостью управления несколькими параметрами одновременно.

· Исполнительные устройства. Такими устройствами могут быть: электрические двигатели постоянного и переменного тока, электрические нагревательные элементы, осветительные элементы и др.

· Первичные измерительные преобразователи представляют собой разнообразные датчики (температуры, давления, затрат, состава газов и жидкости и т.п.), с помощью которых определяется состояние объекта управления.

· Согласующие, нормирующие и преобразующие устройства усиливают и преобразуют сигналы от датчиков для передачи их по элементам связи.

· Элементы связи осуществляют передачу информации от технологического оборудования к автоматическому управляющему устройству (АУУ), от устройства ввода-вывода информации, от АУУ к исполнительным устройствам. В некоторых случаях элементы связи обеспечивают передачу информации на расстояние, измеряемое сотнями километров. Например, когда в качестве управляющего технологического процесса выступают транспортные процессы.

· АУУ представляет собой логическую информационную часть и выполняет обработку информации по заданному алгоритму (в простейшем случае ПИД-регулятор) и вырабатывает воздействия необходимые для управления.

· Устройства ввода-вывода информации (в простейшем случае датчики и стрелочные приборы) обеспечивают возможность оператору вмешиваться в процесс управления технологическим процессом (изменение задания).

· Устройства отображения информации разрешают наблюдать за ходом технологического процесса, фиксировать (разнообразные самописцы и запоминающие устройства) и документировать информацию.

· Комплекс самонастройки предназначен для автоматической коррекции заданий регуляторов и характерный для современных, хорошо оснащенных технологических процессов.

В результате изучения курса студенты должны получить необходимые теоретические знания и навыки по выбору и расчету элементов и устройств автоматики применительно к условиям их работы в системах управления.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите обобщенную структурную схему управления технологическим процессом.

2. Назовите и охарактеризуйте основные элементы схемы управления технологическим процессом.

Литература для дополнительного изучения [2, с.3-5]; [3, с.4,5]; [4, с.3-5].

Рисунок 1.1 – Структурная схема управления технологическим процессом