Variieren Sie den Integrationsfaktor eines Opamp-Integrators

Ich arbeite an einer analogen PID-Schaltung und muss eine Opamp-Integratorschaltung herstellen, in der ich den Integrationsfaktor ändern kann. Warum muss ich jetzt diese Schaltung machen (ich habe die Schaltung zum Beispiel hier gesehen ):

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Aber ein "normaler" Opamp-Integrator ist eine Schaltung ohne den variablen Widerstand. Warum kann ich nicht einfach variieren R 1 ?

R1 definiert die Eingangsimpedanz Ihrer Integratorschaltung. Wenn sich diese Eingangsimpedanz ändert, könnte sich ändern, wie das, was auch immer das Signal in die Schaltung einspeist, funktioniert. Sie könnten zuerst einen Spannungsfolger in Reihe schalten und dann R1 einstellen, und (über einen bestimmten Bereich) wäre es wahrscheinlich in Ordnung. Sie müssten nur sicherstellen, dass es im Vergleich zum Ausgang Ihres Spannungsfolgerverstärkers immer wie eine große Impedanz aussieht. Wenn es beispielsweise bei 5 V bis zu 25 mA ausgibt, möchten Sie immer weit über 200 Ohm von R1.
Es ist eine Verzögerung erster Ordnung, kein Integrator.
@MikeP Ahh also: Ich muss wegen der Eingangsimpedanz des Operationsverstärkers auf diese Weise einen Integrator bauen?
@Chu Huh, es ist laut vielen Ressourcen ein Integrator.
TF ist R 2 / R 1 1 + S C R 2 . Auslassen R 2 und es ist ein Integrator.
Wenn R2 und C groß sind, ist es alternativ einfacher, sich dies als einen Integrator vorzustellen, wobei R2 eine Leckage hinzufügt. Wenn sie klein sind, wird es als Operationsverstärker betrachtet, wobei C für Filterung und Stabilität bei hohen Frequenzen sorgt
@klopr Nein, es ist sicherlich kein funktionaler Integrator - es sieht vielleicht so aus, als würde es bei hohen Frequenzen integrieren, aber es wird nicht bei niedrigen Frequenzen integriert, wenn R2 vorhanden ist.
Berücksichtigen Sie auch die gegenseitige Abhängigkeit von Variablen
Nicht die Eingangsimpedanz des Verstärkers, sondern der Ausgang der früheren Stufe. Auf jeden Fall sieht es so aus, als ob das Design größere Probleme haben könnte.
@klopr - Es wird als verlustbehafteter Integrator bezeichnet, und wenn R2 nicht ziemlich groß ist, verhält es sich nicht sehr wie ein idealer Integrator, wie andere Kommentare darauf hingewiesen haben. „Integrator“ bedeutet im allgemeinen Sprachgebrauch so etwas wie ein idealer Integrator.

Antworten (2)

Kompensationsgewinne werden durch PID in Summierungsknoten beeinflusst, daher müssen die Variablen unabhängig sein.

Die Phasen- und Frequenzkompensation muss möglicherweise auch Phasenführungskompensatoren mit dem Zusatz R in Reihe mit den Integratorkappen enthalten, um die Stabilität am Verstärkungsspielraum oder am Phasenspielraum der Einheit mit geschlossenem Regelkreis zu verbessern.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich habe einen Simulator dafür gemacht. Siehe Kommentare.

Dies sind nicht unbedingt die besten k-Faktoren für Kp, Ki, Kd. Man kann ein Signal plotten / simulieren. Gen. Antwort des PID-Filters. [Ich habe das getan][2]

Berücksichtigen Sie dies für eine intuitive Zeitbereichsantwort.

Wenn Sie allen 3 Operationsverstärkern eine langsame Dreieckswelle zuführen, um Gewinne zu erzielen k P , k ich , k D ;
- der P-Verstärker gibt nur ein Dreieck aus
- der Derivative- oder D-Verstärker erzeugt eine Rechteckwelle mit Vpp/R=Ic=CdV/dt
- der Integral- oder I-Verstärker gibt fast eine Sinuswelle aus, aber für DC ist es eine stetige Rampe.

Berücksichtigen Sie dies für einen Frequenzgang einer PID-Regelung;

  • Die I-Antwort ist ein Integrator mit einer LPF-Flanke von -6 dB/Oktave wie ein Bass-Boost-Verstärker, integriert jedoch Gleichstrom
  • Die D-Antwort hat eine HPF-Flanke von +6 dB/Oktave wie ein Höhen-Boost-Verstärker
  • Das Mittenband des I- und D-Filters ergibt eine Kerbe, die sich entsprechend der I- und D-Verstärkung verschiebt, bis Sie den Proportional-Gain-Verstärker hinzufügen.
  • Der P-Verstärker erhöht den Kerbpegel des Mittenbands und glättet das Mittenband bei ausreichender Verstärkung vollständig
  • In einem System mit geschlossenem Regelkreis soll die PID jedoch die langfristige DC-Drift mit dem Integrator reduzieren, das HF-Rauschen mit der Verstärkung des D-Verstärkers reduzieren und den Mittenbandfehler mit einer hohen proportionalen Verstärkung reduzieren.
  • Letztendlich hängt es von der Trägheit des Systems, der Rauschunterdrückung, der Stabilität, dem Schrittüberschwingen und der gewünschten Anstiegsrate für die Anlage oder der gewünschten Servoantwort und der Leistung der Aktuatoren, der Auswahl der Rückkopplungssensoren und der Verwendung von PID und anderen Arten von Rückkopplung ab, die das macht es ist möglich, stabil zu sein.
PID-Filter des Falstad-Scope-Simulators tinyurl.com/yau452qa

R1 und C bilden ohne R2 einen Operationsverstärker-Integrator. Passen Sie einen der beiden Werte an, natürlich ist R1 einfacher einzustellen als C, um die Verstärkung einzustellen.

R2 macht etwas anderes, es bildet eine Zeitkonstante mit C und verwandelt es in einen Tiefpassfilter mit Niederfrequenzverstärkung R2/R1 und Eckfrequenz, die durch das R2.C-Produkt gesteuert wird.

Alternativ könnten Sie es als einen Integrator betrachten, der für AC arbeitet, und R2 begrenzt die DC-Verstärkung auf einen vernünftigen und kontrollierbaren Wert und nicht auf unendlich (theoretisch) oder die Open-Loop-Verstärkung des Operationsverstärkers (praktisch).

Erstmal danke. Also für meinen PID-Controller muss ich ändern R 1 und entfernen R 2 ?!
Es gibt kein D und daher nur "PI", also wählen Sie, wie Sie Ki, Kp und Kd unabhängig voneinander steuern.
Variieren Sie den Integrationsfaktor eines Opamp-Integrators
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