Лабораторная работа №1 моделирование фильтрующих и инерционных цепей микропроцессорных систем
Часть 1. Расчет амплитудно-частотных и фазовых характеристик
Цель: произвести расчет фильтров пассивной и активной фильтрации
Преобразование входных сигналов
Аналоговые сигналы от объекта управления ОУ можно преобразовывать аналоговыми, дискретными и цифровыми методами.
Преобразование сигналов аналоговыми цепями
С помощью структурно-логического метода. Метод позволяет перейти от электрических схем сразу к передаточным функциям.
Рисунок 1.1- Принципиальная и структурная схемы RС-цепочки
Метод основан на причинно-следственных связях.
Рисунок 1.2 - Структурная схема RС-цепочки
Важно отметить, что в аналоговых фильтрах выход влияет на входное воздействие.
;
;
Рисунок 1.3 - Переходной процесс в RС-цепочке
;
;
;
;
Порядок выполнения работы:
1. Для расчета фильтров пассивной и активной фильтрации необходимо открыть Orcad Capture. На верней панели выбрать File/Open/Progect.Открыть MkPrTh-Laboratorn-Rabota1-(AnFiltr-Inerz-Rele)/ Obrazec3/ ProverkaAFCHH2.
Из проводника в левой части окна выбрать:
\proverkaafchh2.dsn→ ProverkaAFCHH2→PAGE1
2.
Нажать на значок в панели инструментов
.
Происходит расчет с помощью программыPSpice,
появляются графики всех фильров. Далее
необходимо в программе PSpice
открыть Window→Display
Control→PassivnFiltr.
На экране отображаться графики АЧХ и
ФЧХ пассивных фильтров в осях напряжения
и частоты.
3. Для расчета фильтров активной фильтрации необходимо в программе PSpice открыть Window→Display Control→ ActivnFiltr. На экране отображаться графики АЧХ и ФЧХ активных фильтров в осях напряжения и частоты.
Задание:
1) Согласно заданию расчетно-графической работы изменить параметры фильтров (или добавить новый) и повторить расчет для аналоговых фильтров. Привести графики АЧХ и ФЧХ пассивных фильтров, для этого в программе PSpice открыть Window→Copy Clipboard→Ok. Открыть редактор Pain, вставить и подписать графики. Также необходимо вставить в Pain схемы пассивной и активной фильтрации из программы Orcad с помощью нажатия клавиши на клавиатуре Print Screen.
2) Рассчитать постоянные времени фильтров по временных графикам.
а)
определить частотные характеристики
фильтров (частота пропускания, полоса
заграждения, резонансная частота),
величины колебаний напряжения в полосах
пропускания (
промежуток).
б) определить фазные характеристики (фазовый сдвиг в полосе пропускания). Необходимо пользоваться маркером в правом нижнем углу, показания записать. Ниже рисунка выбрать нужный фильтр, маркер определяет точки на графике.
В отчете на лабораторную работу представить схемы фильтров и графики АЧХ и ФЧХ.
Часть 2. Расчет инерционных характеристик
Порядок выполнения работы:
1. Для расчета фильтров пассивной и активной фильтрации необходимо открыть Orcad Capture. На верней панели выбрать File/Open/Progect. Открыть MkPrTh-Laboratorn-Rabota1-(AnFiltr-Inerz-Rele)/ Obrazec3/ ProverkaInercion.
Из проводника в левой части окна выбрать:
\proverkainercio.dsn→ SCHEMATIC1→PAGE1.
Схема отличаться генератором сигналов импульсной формы для изучения реакции фильтров на единичный импульс.
2.
Нажать на значок в панели инструментов
.
В
программе
PSpice
открыть
Window→Display
Control→PassivnFiltr.
Приведены
реакции фильтров на единичный импульс.
Зафиксировать графики в Pain.
3. Далее в программе PSpice открыть Window→Display Control→ActivnFiltr. Приведены реакции схемы активных фильтров на единичный импульс, на четвертом графике приведено сравнение схемы активной фильтрации с пассивной. Зафиксировать графики в Pain.
Задание:
Замерить постоянную времени, провести касательную от 0 к реакции фильтра.
Для расчетно-графической работы повторить со своими параметрами.
Рисунок 1.4 - Объединение фильтров в цепочки
;
;
Рисунок 1.5– Переходная характеристика объединенного фильтра
Отрицательные явления при объединение фильтров в последовательные цепочки:
Возрастание общей инерционности;
Появление запаздывания реакции входного сигнала;
Колебательное установление выхода;
Большое время установления реакции фильтра на входное воздействие равно от 3 до 5 постоянных времени;
Наличие перерегулирований выхода фильтра относительно установившегося значения;
Рисунок 1.6 – График АЧХ
В однозвенном фильтре при 10-ти кратном увеличении проходной частоты U на выходе фильтра уменьшается в 10 раз. Если входной сигнал будет увеличен в 10 раз по отношению к обычному сигналу, на который рассчитано реле, то реле сработает, т.е. реле фильтра превозможет уставку порогового реле.
Если использовать 2-х или 3-х звенный фильтр, то наклон характеристики станет круче, поэтому изменится 10-ти кратное отношение, надо подать больший сигнал чтобы сработал пороговый элемент (больше 10-ти кратного).
Положительные характеристики многозвенного фильтра:
Крутизна наклона характеристики АЧХ, благодаря ей область полезного сигнала отделяется от области помехового сигнала четче.
Величина помех на выходе фильтра становится меньше.