******* \**t | Twórcywynalazku: Stefan Kosztowski, Jan Lukasiewicz, Maciej Wróbel Uprawniony z patentu: Przemyslowy Instytut Automatyki i Pomiarów „Mera-Piap", Warszawa (Polska) Analogowy blok rózniczkujacy Przedmiotem wynalazku jest analogowy blok rózniczkujacy z wzajemnie niezaleznymi wybranymi para¬ metrami, w którym zastosowano niezalezne elementy regulacyjne pozwalajace na proste i latwe ustawienie zadanych parametrów.Z punktu widzenia ukladów regulacji automatycznej znane rozwiazania bloków rózniczkujacych charakte¬ ryzuja sie nastepujacymi parametrami: stala czasowa rózniczkowania Td, wskaznikiem jakosci rózniczkowania A oraz stala czasowa filtracji Tf. Parametry Td i Tf sa znane z literatury technicznej natomiast parametr At mówiac ogólnie, decyduje o czasie ustalania sie wartosci pochodnej sygnalu wejsciowegoo.Jednym z podstawowych zadan jakie powinno byc spelnione przy konstruowaniu analogowego bloku, rózniczkujacego jest zapewnienie mozliwosci latwego ustawiania zadanych wartosci poszczególnych parametrów] o których wspomniano powyzej. Rozwiazanie tego zadania mozna osiagnac metoda bezposrednia poprzez przyjecie odpowiedniej struktury ukladowej bloku i odpowiednich elementów regulacyjnych lub metoda posre¬ dnia w ukladzie o strukturze z zaleznymi parametrami przez przeliczenie zalozonych parametrów wedlug ustalo¬ nych wzorów lub tabel. Stosujac metode bezposrednia, kazdemu parametrowi przyporzadkowany jest odpowie¬ dni element regulacyjny. Ustawienie zadanych parametrów odbywa sie na drodze bezposredniej regulacji tych elementów.Istnieje wiele znanych rozwiazan strukturalnych bloków rózniczkujacych realizowanych na wzmacniaczu operacyjnym. Jako jedna z typowych praktycznych struktur mozna uznac uklad czwórnika zlozony z kondensa¬ tora i opornika, którego wyjscie podlaczone jest do wzmacniacza operacyjnego o duzej opornosci wejsciowej.Inna typowa struktura zawiera wzmacniacz operacyjny, którego obwód wejsciowy zlozony jest z opornika, a obwód sprzezenia zwrotnego z czwórnika typu T zawierajacego dwa oporniki przedzielone kondensatorem.2 • 92 500 Jeszcze inna struktura zawiera wzmacniacz operacyjny, którego obwód wejsciowy zlozony jest z szeregowo lub równolegle polaczonych kondensatora i opornika, a obwód sprzezenia zlozony jest z opornika, do kttórego niekiedy dolaczony jest równolegle kondensator. Opornik sprzezenia podlaczony jest niekiedy do suwaka poten¬ cjometru dolaczonego do wyjscia wzmacniacza.Omawiane ujclady bloków rózniczkujacych rozwiazywane w oparciu o wzmacniacz operacyjny nie zapew¬ niaja wzajemnej niezaleznosci regulacji poszczególnych parametrów Td, A, Tf w zalozonym zakresie zmian wartosci. W zwiazku z tym istnial problem takiego okreslenia tych parametrów i takiej ich regulacji, aby spel¬ niony byl warunek niezaleznosci. Szczególnie dotyczy to osiagniecia niezaleznosci parametrów A i Tf.Celem wynalazku jest usuniecie podanych niedogodnosci przez opracowarrie analogowego bloku rózniczku- • jacego o zalozonej strukturze ukladowej, który posiada wzajemnie niezalezna regulacje poszczególnych parame¬ trów. Cel ten osiagnieto w zalozonej strukturze ukladowej przez okreslenie parametrów stalej czasowej rózni¬ czkowania, wskaznika jakosci rózniczkowania, stalej czasowe] filtracji oraz ustalenie sposobu wzajemnie niezale¬ znej regulacji tych parametrów.W analogowym bloku rózniczkujacym wedlug wynalazku, który opracowany jest w oparciu o wzmacniacz ^__j?j)eracyjny, do wejscia którego dolaczony jest dwójnik skladajacy sie z szeregowo polaczonego opornika i kon- | * densatora, zastosowano dwa obwody sprzezenia zwrotnego. Jeden obwód sprzezenia sklada sie z opornika i potencjometry dolaczonego do wyjscia wzmacniacza operacyjnego, przy czym opornik polaczony jest jednym koncem z wejsciem wzmacniacza, a drugim koncem polaczony jest z suwakiem potencjometru. Drugi obwód j . . sp7?ezenl#z^ntnego sklada sie z kondensatora i drugiego potencjometru dolaczonego do wyjscia wzmacnia- * " cza, przy czym kondensator polaczony jest jednym koncem z wejsciem wzmacniacza, a drugim koncem pola¬ czony jest z suwakiem drugiego potencjometru. Zastosowanie odpowiednio dobranych elementów regulacyjnych w analogowym bloku rózniczkujacym pozwala na proste ustawienie zadanych parametrów.Podlaczony do wejscia wzmacniacza opornik polaczony szeregowo z kondensatorem, przeznaczony jest do niezaleznej regulacji stalej czasowej filtracji. Drugi opornik podlaczony jednym koncem do wejscia wzmacnia¬ cza, a drugim koncem polaczony z suwakiem potencjometru zasilanego napieciem wyjsciowym wzmacniacza, przeznaczony jest wraz z wymienionym potencjometrem do niezaleznej regulacji stalej czasowej rózniczkowania.Natomiast kondensator podlaczony jednym koncem do wejscia wzmacniacza, a drugim koncem polaczony z su¬ wakiem potencjometru zasilanego napieciem wyjsciowym wzmacniacza, przeznaczony jest wraz z wymienionym potencjometrem do niezaleznej regulacji wskaznika jakosci rózniczkowania.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat ideowy bloku rózniczkujacego. Blok rózniczkujacy sklada sie ze wzmacniacza W do wejscia którego podlaczony jest opornik R1 polaczony szeregowo z kondensatorem Cl.Natomiast drugi opornik R2 podlaczony jest jednym koncem do wejscia wzmacniacza W a drugim koncem polaczony jest z wyjsciem wzmacniacza poprzez suwak potencjometru PI. Ponadto blok zawiera kondensator C2 podlaczony jednym koncem do wejscia wzmacniacza W a drugim koncem polaczony z wyjsciem wzmacniacza poprzez suwak potencjometru P2. Polozenie suwaka potencjometru P1 jest wyznaczone wspólczynnikiem a * a polozenie suwaka potencjometru P2 wspólczynnikiem 0. Analogowy sygnal wejsciowy wprowadzany jest do wejscia We bloku rózniczkujacego. Natomiast sygnal wyjsciowy o zalozonej charakterystyce dynamicznej otrzy¬ mywany jest na wyjsciu Wy wzmacniacza operacyjnego W.Dla tak przyjetej struktury ukladowej transmitacja bloku rózniczkujacego ma nastepujaca postac TlS ' KG(s,a(1+T2sM1+T3s) • gdzie stale czasowe Ti, T2 i T3 okreslane sa nastepujacymi zaleznosciami Ti = a R2Ci T2 = ^ft2C2 T3 = RiCi s = operator Laplasa Przyjmujac stala czasowa rózniczkowania Td równa stalej czasowej Tt, wskaznik jakosci rózniczkowania A równy stosunkowi stalej czasowej Tj do stalej czasowej T2 oraz stala czasowa Tf równa stalej czasowej T3 oraz zakladajac, ze T2T3 otrzymujemy nastepujaca zaleznosc : Td = ^R2C, A = j}.'£! Tf=R!C, Wskaznik jakosci rózniczkowania A okreslany jest praktycznie przez stosunek wartosci ekstremalnej sy¬ gnalu wyjsciowego do skokowo przylozonej wartosci sygnalu wejsciowego.Niezaleznosc regulacji parametrów bloku rózniczkujacego w podanym przykladzie przy spelnieniu wa¬ runku T2T3 w odpowiednim stopniu, najlatwiej jest osiagnac przez przyjecie wartosci pojemnosci kondensatora92500 3 Cl*ze stala. Wówczas stala czasowa rózniczkowania reguluje sie przez zmiane wspólczynnika a potencjometrem P1 lub zmiane wartosci opornika Rlr przy czym zmiany te moda byc wykonywane lacznie. Wskaznik jakosci rózniczkowania reguluje sie przez zmiane wspólczynnika 0 potencjometrem P2 lub zmiana wartosci pojemnosci kondensatora C2, przy czym zmiany te moga byc wykonywane lacznie. Natomiast stala czasowa filtracji reguluje sie zmiana wartosci opornika R1. Przyjecie takiego sposobu regulacji trzech wymienionych parametrów analo¬ gowego bloku rózniczkujacego, zapewnia ich wzajemna niezalezna regulacje w wyznaczonym zakresie zmian parametrów* PL