مقاله طراحی کنترل کننده مدرن برای تقویت کننده عملیاتی

توضیحات

 مقاله طراحی کنترل کننده مدرن برای تقویت کننده عملیاتی دارای 56 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله طراحی کنترل کننده مدرن برای تقویت کننده عملیاتی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه مقاله طراحی کنترل کننده مدرن برای تقویت کننده عملیاتی

چکیده مطالب     1
پیشگفتار    2
فصل اول
تقویت کننده عملیاتی     4
مقدمه     4
1-1- پایانه های آپ امپ    5
1-2- آپ امپ ایده آل     5
1-3- تحلیل مدارهای دارای آپ امپ ایده آل – آرایش وارونگر     7
1-4- کاربردهای دیگر آرایش وارونگر     10
1-5- آرایش ناوارونگر     13
1-6- اثر محدود بودن حلقه باز و پهنای باند بر عملکرد مدار     16
1-7- عملکرد سیگنال بزرگ آپ امپ ها     17
1-8- مشکلات DC    19
فصل دوم
شبیه سازی سیستم     21
مقدمه     21
2-1- تابع تبدیل سیستم     21
2-2- فضاهای فضای حالت سیستم     22
2-3- SIMULINK    25
فصل سوم
کنترل مدرن 26
مقدمه     26
3-1- فضای حالت     27
3-2- پایداری     28
3-3- سیستم های کنترل خطی فیدبک حالت     29
3-4- کنترل پذیری و رویت پذیری     31
3-5- رویت گر     36
فصل چهارم
بررسی سیستم با استفاده از کنترل کننده فیدبک حالت و رویتگر     39
مقدمه     39
4-1- کنترل پذیری و رویت پذیری     39
4-2- فیدبک حالت     41
4-3- شبیه سازی سیستم با فیدبک حالت     45
منابع و مآخذ    47

پیشگفتار

در طول تاریخ بشریت کنترل سیستم ها از مسائلی بوده که انسان همواره با آن درگیر می باشد بطور کلی همه انسان ها خواستار این مسئله هستند که سیستم تحت اختیار آنها یک سیستم پایدار بوده و یا اینکه حالت خاصی را داشته باشد که همان مفهوم ردیابی ورودی مرجع می باشد

مهندسی کنترل پایه تئوری فیدبک و تئوری تحلیل سیستم های خطی و مکملی بر تئوری شبکه ها و ارتباطات می باشد لذا مهندسی کنترل محدود به یک مهندسی منظم و دارای چار چوب عملیاتی خاص
نمی باشد بلکه به لحاظ علمی ، هوانوردی ، شیمی ، مکانیک و شهر نشینی را تحت پوشش قرار می دهد

درزندگی روزمره سیستم‌های کنترل الکتریکی،مکانیکی وشیمیایی موجبات آسایش ما رافراهم می‌آورند

کنترل خودکار علاوه بر نقش مهمی که در سیستم های مذکور دارد نقش عمده ای در سیستم های صنعتی امروزی ایفا می کند

یک سیستم مجموعه ای از اجزاء است که به منظور انجام عملیات معین ، طبق ضوابطی مشخص با یکدیگر تبادل انرژی یا اطلاعات می کنند

هدف از مطالعه یک سیستم و آنالیز آن در واقع پی بردن به کیفیت کار سیستم ها و بدست آوردن رابطه بین اجزاء تشکیل دهنده سیستم بر محیط و بر عکس دانست

کنترل کننده مقدار واقعی خروجی را با ورودی مطلوب مقایسه و تفاوت آنها را تعیین کرده و یک سیگنال کنترل تولید می کند تا مقدار خطا را به صفر یا حداقل برساند شیوه تولید سیگنال کنترل کننده ، عملیات کنترلی نامیده می شود

کنترل کننده ها انواع مختلفی از قبیل هیدرولیکی ، الکترونیکی و نیوماتیکی یا ترکیبی از آنها دارد

کنترل‌ کننده‌ ها با اهداف و انگیزه هایی متفاوت طراحی و ساخته می شوند از‌ مهمترین این ‌اهداف ‌
می توان موارد زیر را نام برد

 افزایش سرعت پاسخ سیستم

کاهش حساسیت به اغتشاش

حذف خطای حالت ماندگار

پایدار سازی سیستم های ذاتاً ناپایدار

کنترل پذیری و رویت پذیری دو مشخصه مهم سیستم می باشند که فقط مختص فضای حالت بوده و در این فضا از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند و در مفاهیم فرکانسی و کنترل کلاسیک وجود ندارند

کنترل پذیری بیانگر تاثیر از ورودی و رویت پذیری بیانگر مشاهده در خروجی می باشد

در فصل های بعدی به بررسی کامل تر و دقیق تر موارد فوق خواهیم پرداخت

  فصل اول

تقویت کننده های عملیاتی

مقدمه

مدت زمان زیادی است که آپ امپ ها به کار گرفته می شوند در ابتدا کاربرد آنها در زمینه محاسبات قیاسی و ابزار دقیق بود .آپ امپ های اولیه از عناصر نامجتمع (لامپ های خلاء و بعدها  ترانزیستور و مقاومت) ساخته می شد و قیمت گران آنها عامل بازدارنده ای برای استفاده بود در اواسط دهه 1960 اولین آپ امپ مدار مجتمع (IC) به وجود آمد این واحد (709 µA) از تعداد نسبتاً زیادی ترانزیستور و مقاومت ، تماماً بر یک تراشه سیلیسیمی ، تشکیل شده بود

گرچه مشخصه های آن (نسبت به استانداردهای امروز) ضعیف و باز هم بسیار گران بود پیدایش آن از دوران نوینی در طراحی مدار الکترونیکی خبر می داد مهندسان الکترونیک استفاده از آپ امپ را در مقیاس وسیع آغاز کردند که این امر سبب شد بهای آن بسیار پایین بیاید.همچنین خواستار آپ امپ های با کیفیت بالاتر بودند سازندگان نیمه رسانا آپ امپ های پر کیفیت و بسیار ارزان عرضه کردند

یکی از دلایل عمومیت یافتن آپ امپ ها همه کاره بودن آنهاست و همچنین آپ امپ IC مشخصه هایی بسیار نزدیک به ایده آل دارد ای امر نشان می دهد که با بکارگیری آپ امپ های IC طراحی مدارها بسیار ساده می شود

 1-1- پایانه های آپ امپ

آپ امپ از دیده سیگنالی سه پایانه دارد : دو پایانه ورودی و یک پایانه خروجی

چنانچه می دانیم هر تقویت کننده برای آنکه عمل کند نیاز به تغذیه dc دارد لذا بیشتر آپ امپ های IC به دو منبع تغذیه dc نیاز دارند دو پایانه 4و5 از بسته تقویت کننده عملیاتی بیرون آورده می شود و به ترتیب ولتاژ مثبت و ولتاژ منفی وصل می شود در مدارهای آپ امپی نقطه زمین مرجع همان پایانه مشترک دو منبع تغذیه است ، یعنی در بسته آپ امپ هیچ پایانه ای وجود ندارد که عملا به زمین متصل شود

   آپ امپ ممکن است علاوه بر سه پایانه سیگنال و دو پایانه منبع تغذیه برای اهداف ویژه پایانه های دیگری داشته باشند پایانه های دیگر می توانند پایانه های جبران بسامدی حذف آفست باشند

1-2- آپ امپ ایده آل

اکنون کار مداری آپ امپ را بررسی می کنیم فرض بر آن است که آپ امپ تفاضل دو سیگنال ولتاژ را که به دو پایانه ورودی آن اعمال می شود (یعنی کمیت v­₂-v₁) حس می کند آن را در عددی مانند A ضرب می کند و سبب می شود ولتاژ حاصل( v­₂-v₁)A در پایانه خروجی ظاهر می شود لازم به ذکر است که وقتی از ولتاژ یک پایانه صحبت می کنیم منظور ولتاژ میان آن پایانه و زمین است بنابراین منظور از ولتاژ v₁ ولتاژ بین پایانه 1 و زمین است

فرض بر آن است که آپ امپ ایده آل هیچ جریان ورودی نمی کشد؛ یعنی سیگنال جریان در پایانه های 1و2 صفر است به عبارت دیگر فرض بر آن است که امپدانس ورودی آپ امپ ایده آل بی نهایت است

در مورد پایانه خروجی 3 فرض بر آن است که این پایانه مانند پایانه خروجی منبع ولتاژ ایده آل عمل می کند یعنی ولتاژ میان پایانه 3 و زمین همواره برابر ( v­₂-v₁)A خواهد بود و از جریانی که ممکن است از پایانه 3 به داخل امپدانس بار کشیده شود مستقل است به عبارت دیگر امپدانس خروجی آپ امپ ایده آل صفر فرض می شود

 توجه داشته باشید که خروجی با V₂ همفاز و با V₁ در فاز مخالف است به همین خاطر پایانه ورودی 1 به پایانه ورودی وارونگر معروف است و با علامت – مشخص می شود در حالی که پایانه ورودی 2 به پایانه ورودی ناوارونگر معروف است و با علامت + مشخص می شود

آپ امپ تنها به سیگنال تفاضل V₂-V₁ پاسخ می دهد و بنابراین سیگنال مشترک دو ورودی را نادیده می گیرد

یعنی اگر V₁=V₂=1V ، آنگاه خروجی به طور ایده آل صفر خواهد بود این خاصیت را حذف وجه مشترک می نامیم و نتیجه می گیریم در آپ امپ حذف وجه مشترک بی نهایت است

توجه داشته باشید که آپ امپ تقویت کننده ای با ورودی تفاضلی و خروجی تک سر است اصطلاح خروجی تک سر به این حقیقت اشاره دارد که خروجی بین پایانه 3 و زمین ظاهر می شود به دلایل روشن بهره A بهره تفاضلی نامیده می شود

مشخصه مهم آپ امپ ها آن است که تقویت کننده با تزویج مستقیم یا تقویت کننده dc هستند که dc با نشانه تزویج مستقیم آمده است (dc می توانست نشانگر اصطلاح جریان مستقیم نیز باشد زیرا تقویت کننده با تزویج مستقیم تقویت کننده ای است که سیگنال هایی با بسامد حدود صفر را تقویت می کند) این نکته که آپ امپ ها تقویت کننده هایی با تزویج مستقیم هستند امکان استفاده از آن ها را در بسیاری از کاربردهای مهم فراهم می سازد اما این خاصیت ممکن است باعث بروز بعضی مشکلات جدی شود

آپ امپ ایده آل بهره ای برابر A دارد که از بسامد صفر تا بسامد بی نهایت ثابت می ماند یعنی آپ امپ ایده آل سیگنال های با بسامد متفاوت را با بهره یکسان تقویت می کند

1-3- تحلیل مدارهای دارای آپ امپ ایده آل – آرایش وارونگر

مدار شکل زیر را که شامل یک آپ امپ و دو مقاومت R₁,R₂ است در نظر بگیرید مقاومت R₂ پایانه خروجی آپ امپ را به پایانه ورودی وارونگر یا منفی وصل می کند R₂ را بوجود آورنده پسخورد منفی می نامیم اگر R₂ بین پایانه 2و3 متصل می شد آن را پسخورد مثبت می نامیدیم

بهره حلقه – بسته

نتیجه می شود که ولتاژ در پایانه وارونگر (V₁) از رابطه  بدست می آید یعنی بدلیل آنکه بهره A به بی نهایت نزدیک می شود ولتاژ V₁ به V₂ نزدیک می شود ما این موضوع را بدین صورت بیان می کنیم که دو پایانه ورودی بالقوه به سوی یکدیگر میل می کند همچنین از اتصال کوتاه مجازی که بین دو پایانه ورودی ایجاد می شود نیز صحبت می کنیم در اینجا باید روی کلمه مجازی تاکید شود و هنگام تحلیل مدار نباید به اشتباه پایانه های 1و2 را واقعاً اتصال کوتاه کرد. اتصال کوتاه مجازی بدین معنی است که به سبب بهره بی نهایت A هر ولتاژی که در 2 باشد به طور خودکار در 1 نیز ظاهر می شود اما گاهی اتفاق
می افتد که پایانه 2 به زمین متصل می شود بنابراین  پایانه 1 را زمین مجازی می نامیم یعنی در آن ولتاژ صفر داریم ولی واقعاً به زمین متصل نشده است

ین جریان نمی تواند داخل آپ امپ برود زیرا ایده آل امپدانس ورودی صفر دارد و در نتیجه جریانی برابر صفر می کشد نتیجه می گیریم که I₁ مجبور است از طریق R₂ به طرف پایانه 3 دارای امپدانس پایین جریان یابد می توان قانون اهم را در مورد R₂ به کار برد و V₀ را تعیین کرد ، یعنی که این عبارت همان بهره حلقه بسته مورد نظر می باشد در حقیقت بهره حلقه بسته همان نسبت دو مقاومت R₂,R₁ است علامت منفی بدین معنی است که تقویت کننده حلقه بسته ، سبب وارونگی سیگنال می شود و به علت همین علامت منفی این آرایش ، آرایش وارونگر نامیده می شود

 مقاومت های ورودی و خروجی

اگر آمپ امپ را ایده آل و دارای بهره حلقه باز بی نهایت فرض کنیم مقاومت ورودی تقویت کننده وارونگر حلقه بسته همان   R₁ است برای آنکه مقاومت ورودی را زیاد کنیم R₁ را بزرگ انتخاب می کنیم اما اگر بهره مورد نیاز R₂/R₁ نیز زیاد می باشد آنگاه R₂به صورتی غیر عملی زیاد می شود لذا می توان نتیجه گرفت که مشکل وارونگر کم بودن مقاومت ورودی است ، چون خروجی آرایش وارونگر در پایانه های منبع ولتاژ ایده آل به صورت A(V₂-V₁) گرفته می شود ، نتیجه می گیریم مقاومت خروجی تقویت کننده حلقه بسته صفر است

 1-4 کاربردهای دیگر آرایش وارونگر

برای دریافت اینجا کلیک کنید