Számítógépes irányítások elmélete

Átírás

1 Budapesti Műsaki és Gadaságtudomáyi Egyetem Gépésméröki Kar Gépéseti Iformatika asék Sámítógépes iráyítások elmélete ( Előadás ayag ) Késítette: Dr. Lipovski György Budapest, 22. september

2 artalomjegyék. A ÁRGY EMAIKÁJA, KÖVEELMÉNYEI.... ÁFOGÓ KÉP, HOGY MIRE VÁLLALKOZUNK....2 A ÁRGY KÖVEELMÉNYEI A JELEK BEJUAÁSA A SZÁMÍÓGÉPBE ÉS A SZÁMÍO ÉRÉKEK ELJUAÁSA A BERENDEZÉSEKHEZ DIGIÁLIS BE/KIMENEI JELEK ANALÓG BE/KIMENEI JELEK Aalóg jel / Egyefesültségű jel Aalóg jel / Időfüggvéy Frekveciafüggvéy Digitális bemeetek L bemeet Relés éritkeő bemeet Digitális bemeet fotodióda segítségével CMOS áramköri bemeetek Digitális kimeetek L kimeetek (2 állapotúak) Három állapotú kimeetek (hree State) Relés kimeet Félveetős kimeet (Solid State Relay) CMOS áramköri kimeetek Össefoglalás digitális bemeetek Össefoglalás digitális kimeetek ANALÓG BEMENEEK A JELFORRÁSOK ÍPUSAI Asimmetrikus földelt Asimmetrikus földfüggetle Asimmetrikus földelt eltolt ullsitű Simmetrikus földelt Simmetrikus földfüggetle Simmetrikus földelt eltolt ullsitű JELVEVŐ ÁRAMKÖRÖK Asimmetrikus földelt Simmetrikus földelt Asimmetrikus földfüggetle Simmetrikus földfüggetle védőáryékolt Asimmetrikus földfüggetle védőáryékolt AZ ILLESZÉS LEGFONOSABB SZABÁLYAI ZAVARJELEK A csatolások típusai A avarjelek kiküsöböléséek általáos módserei A avarjelek típusai, időbei váltoásuk alapjá A avarjelek típusai áramkörökbe való megjeleési formájuk serit A avarjelek típusai keletkeési ok serit és a ajcsökketés módserei Csatlakoási poteciál ermikus poteciál... 42

3 Sámítógépes iráyítások elmélete Átmeeti elleállás, átveetés Elektromágeses (iduktív) avarjel Elektrostatikus (kapacitív) avarjel Villamos áramkörök be és kikapcsolásakor keletkeő avarjel Kábelhajlításból sármaó avarjel Rádiófrekveciás avarjel ápforrásból sármaó avarjel FÖLDELÉSEK Védelmi föld Gyegeáramú teljesítméy föld Aalóg föld Digitális föld A NEMKÍVÁNAOS FÖLD ÁRAMKÖRÖK KIKÜSZÖBÖLÉSÉNEK MÓDJAI Egyetle pot földelése Galvaikus leválastás Repülő kodeátoros leválastás rasformátoros leválastás Fotodiódás optikai leválastók Áram távadóho törtéő csatlakoás MÉRŐHIDAK OKOZA ZAVARJELEK ÉRZÉKELŐ ÁALAKÍÓK Áramló gá meyiségéek mérése: bolométer Áramló meyiségek mérése Hőmérséklet mérés Platia elleállás hőmérő ermistor Félveetős elleállás hőmérő Hőelemek ANALÓG JELKONDICIONÁLÁS Passív sűrő Digitális sűrés Időítéses itegrálás (mit avarsűrési lehetőség) Áram fesültség átalakító Fix és váltotatható fesültségostók Egyserű RC sűrő Váltotatható fesültség ostású sűrő Fesültségostó és sűrő Kettős RC sűrő Small Computer Exteded Iterface (SCXI) ANALÓG MÉRÉSPONVÁLÓK (MULIPLEXEREK) Relés méréspot váltó Félveetős méréspot váltó MINAVEVŐ ARÓ ÉS ERŐSÍŐ ANALÓG DIGIÁLIS ÁALAKÍÓK Fokoatos köelítésű A/D átalakító D/A vissacsatolásos A/D átalakító öbb komparátoros A/D átalakító Kettős meredekségű (itegráló) A/D átalakító Fesültség frekvecia A/D átalakító típusú MÉRÉS-ADAGYŰJÉS ÁLALÁNOS ÁEKINÉSE Mérés-adatgyűjtő redserek kompoesek Aalóg bemeet Egy kimeetű jelek (Sigle-Eded Iputs) Külöbségi bemeetek (Differetial Iputs) Felbotás (Resolutio)... 78

4 Sámítógépes iráyítások elmélete Mérési határok (Rage) Erősítés (Gai) Mitavételeés sebessége (Samplig Rate) Átlagolás (Averagig) Aalóg bemeet Aalóg bemeet csatora mitavételeés Hullámforma bemeet (Waveform Iput) Aalóg iput hullámforma adatgyűjtő AZ ANALÓG BEMENEI PERIFÉRIÁK PERIFÉRIAVEZÉRLŐ EGYSÉGE ANALÓG KIMENEEK DIGIÁL-ANALÓG KONVEREREK D/A ÁALAKÍÓ ÍPUSOK ANALÓG KIMENE Aalóg kimeet csatora frissítés Hullámforma előállítása Aalóg kimeeti hullámforma létrehoása A FOLYAMAIRÁNYÍÓ SZÁMÍÓGÉP FELADAAI ÉS ALGORIMUSAI AZ ANALÓG ÉS DIGIÁLIS JELEK MÉRÉSE, ÉS ELŐZEES FELDOLGOZÁSA Mitavételeés A mitavételeési törvéy (Shao törvéy) Átkódolás és kódkoverió Méréskorrekció Digitális sűrés Átlagoló sűrő Expoeciális sűrő Logikai adaptív sűrő Másodredű sűrő Átsámítás fiikai értékekre SZÁMÍO FOLYAMAVÁLOZÓK KÉPZÉSE égláy itegrálás rapé itegrálás Simpso itegrálás ELLENŐRZÉSEK Határérték visgálatok Digitális jelek váltoás figyelése ADAÁROLÁS Rövidtávú tárolások a követkeő állapot meghatároásáho Hossú távú tárolási feladatok FELÜGYELEI BEAVAKOZÁS A aalóg folyamatváltoókkal kapcsolatos felügyelői beavatkoások Veérlés jellegű felügyelői beavatkoások KEZELŐI KAPCSOLA Keelői beviteli esköök Keelői kijelő esköök A keelői kapcsolat műveleteiek végrehajtása törtéhet Keelői műveletek Adat lekérdeési műveletek A iráyító programredser működését befolyásoló műveletek A folyamat-beredeéseket követleül működtető műveletek Kijelések Eseméyapló Ciklikus aplók... 2

5 Sámítógépes iráyítások elmélete 5 6. A SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÁS ALGORIMUSAI... 4 ( DDC (DIREC DIGIAL CONROL ) A SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÁS ÍPUSAI A SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÁS MAEMAIKAI LEÍRÁSA A Z RANSZFORMÁCIÓ A Z trasformáció legfotosabb tulajdoságai A iver Z trasformációs módserek Réstörtekre botással Sorbafejtéssel Hogya határoható meg adott D() impulusátviteli függvéyhe tartoó sámítógépi algoritmus DISZKRÉ SZÁMSOROZA ÉS AZ IDŐBEN FOLYAMAOS JEL KÖZÖI KAPCSOLA FOLYONOS ÁVIELI FÜGGVÉNYŰ AG LEÍRÁSA DISZKRÉ ÁVIELŰ AGGAL artóserves megfeleltetéssel Differecia egyelet módserrel MINAVÉELES SZABÁLYOZÁSI KÖR SABILIÁSA SZÁMÍÓGÉPES SZABÁLYOZÁSI KÖR MÉREEZÉSÉNEK ÁLALÁNOS SZEMPONJAI Sempotok, javaslatok: PID ALGORIMUS Módosított PID algoritmus Hibaégyetes PID sebesség algoritmus A DIGIÁLIS SZABÁLYOZÓK PARAMÉEREINEK BEÁLLÍÁSA Ziegler Nichols módser A sabályoó behagolása a sakas átmeeti függvéye alapjá Dahli algoritmus Kalma algoritmus FUZZY ÍPUSÚ SZABÁLYOZÁS ÁRGYMUAÓ KÖVEELMÉNYRENDSZER A SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÁSOK ELMÉLEE C. ÁRGYBÓL KÖVEELMÉNYRENDSZER A SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÓ BERENDEZÉSEK C. ÁRGYBÓL SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÁSOK ELMÉLEE (ANÁRGYPROGRAM) SZÁMÍÓGÉPES IRÁNYÍÁSOK ELMÉLEE (SÚLYPONI KÉRDÉSEK) KÖSZÖNENYILVÁNÍÁS... 74

6 Sámítógépes iráyítások elmélete 6 LabVIEW programok jegyéke {LabVIEW program A iráyítási feladat.llb}... {LabVIEW program 2 Mitavételeés.llb}... 7 {LabVIEW program 3 Dyamic Sigal Aalyer.llb}... 8 {LabVIEW program 4 Ellefáisú avarjel} {LabVIEW program 5 Aoos fáisú avarjel} {LabVIEW program 6 R-C sűrő.vi} {LabVIEW program 7 R-L sűrő.vi} {LabVIEW program 8 Wheastoe híd.vi } {LabVIEW program 9 Digitális sűrés.vi } {LabVIEW program Időítéses itegrálás mit avarsűrés}... 6 {LabVIEW program Mitavételelés.llb } {LabVIEW program 2 Fokoatos köelítésű A/D átalakító}... 7 {LabVIEW program 3 D/A vissacsatolásos A/D}... 7 {LabVIEW program 4 öbb komparátoros A/D} {LabVIEW program 5 Kettős meredekségű A/D} {LabVIEW program 6 Fesültség---frekvecia AD.vi } {LabVIEW program 7 Erősítés hatása} {LabVIEW program 8 Mitavételelés.llb }... 8 {LabVIEW program 9 Pufferelt adatátvitel} {LabVIEW program 2 D/A átlakító 2^i ostó alkalmaásával} {LabVIEW program 2 D/A átalakító R-2R ostó alkalmaásával} {LabVIEW program 22 Átlagoló sűrő} {LabVIEW program 23 Expoeciális sűrő} {LabVIEW program 24 Állapot vissacsatolás}... 4 {LabVIEW program 25 Speciális módosított sabályoók}... 4 {LabVIEW program 26 Lieáris programoás}... 4 {LabVIEW program 27 Neurális hálóat alkalmaása sabályoókét}... 5 {LabVIEW program 28 Fuy típusú sabályoó}... 5 {LabVIEW program 29 Modellrefereciás iráyítás}... 6 {LabVIEW program 3 Sámítógépes iráyítás blokkdiagramja}... 7 {LabVIEW program 3 Iver Z trasformáció réstörtekre botással}... 3 {LabVIEW program 32 Impululátviteli függvéy megvalósítása}... 5 {LabVIEW program 33 Mitavételes sabályoási kör felépítése}... 9 {LabVIEW program 34 Diskrét átvitelű tag.llb} {LabVIEW program 35 Mitavételes sabályoási körök stabilitása} {LabVIEW program 36 PID algoritmus.llb} {LabVIEW program 37 Módosított PID algoritmus}... 3 {LabVIEW program 38 Hibaégyetes PID algoritmus}... 3 {LabVIEW program 39 Ziegler-Nichols behagolási módser} {LabVIEW program 4 Sabályoó behagolása átmeeti függvéy alapjá} {LabVIEW program 4 Dahli algoritmus} {LabVIEW program 42 Kalma algoritmus} {LabVIEW program 43 Magasság fuifikálása} {LabVIEW program 44 Fuy metset (ÉS kapcsolat)} {LabVIEW program 45 Fuy uió (VAGY kapcsolat)}... 5 {LabVIEW program 46 Fuy egálás (NO kapcsolat)}... 5 {LabVIEW program 47 Fuy sabályoó felépítése}... 57

7 Sámítógépes iráyítások elmélete 7 Ábrák jegyéke. ábra A sámítógépes sabályoás blokkdiagramja ábra A iráyítási feladatra alkalmaott jel átalakítási és trasformációs eljárásai ábra A digitális jel sabályoástechikai alkalmaása ábra A aalóg egyefesültségű jel sabályoástechikai alkalmaása ábra A aalóg időfüggvéy sabályoástechikai alkalmaása ábra A aalóg időfüggvéy mitavételeése ábra A aalóg frekveciafüggvéy sabályoástechikai alkalmaása ábra Digitális bemeet L logikai sit értékek ábra Relés digitális bemeet ábra Digitális bemeet fotodióda segítségével ábra Digitális bemeti poicioáló eskö ábra Digitális CMOS bemeet kapcsolása ábra MOS traistor felépítése ábra Digitális kimeet L logikai sit értékek ábra Digitális kimeet három logikai sit értékkel ábra Relés digitális kimeet ábra Digitális félveetős kimeet ábra Digitális bemeetek (össefoglalás) ábra Digitális kimeetek (össefoglalás) ábra ávveeték elostott paraméterű modelljéek helyettesítő kapcsolása ábra Aalóg bemeet(ek) blokk diagramja ábra Aalóg jel mitavételeései köött elvégett feladatok ábra Asimmetrikus földelt jelforrás ábra Asimmetrikus földfüggetle jelforrás ábra Asimmetrikus földelt eltolt ullsitű jelforrás ábra Simmetrikus földelt jelforrás ábra Simmetrikus földfüggetle jelforrás ábra Simmetrikus földelt eltolt ullsitű jelforrás ábra Asimmetrikus földelt jelvevő áramkör ábra Simmetrikus földelt jelvevő áramkör ábra Asimmetrikus földfüggetle jelvevő áramkör ábra Simmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő áramkör ábra Asimmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő áramkör ábra Asimmetrikus földfüggetle jelforrás és asimmetrikus földelt jelvevő bemeet össekapcsolása ábra Asimmetrikus földfüggetle jelforrás és simmetrikus földelt jelvevő bemeet össekapcsolása ábra Simmetrikus földfüggetle jelforrás és simmetrikus földelt jelvevő bemeet össekapcsolása ábra Asimmetrikus földelt jelforrás és asimmetrikus földfüggetle áryékolt jelvevő bemeet össekapcsolása ábra Asimmetrikus földelt jelforrás és simmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő bemeet össekapcsolása ábra Asimmetrikus földelt jelforrás és simmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő bemeet össekapcsolása ábra A avarjel hatásválata ábra Ellefáisú avarjel blokkválata ábra Aoos fáisú avarjel blokkválata ábra Két poto földelt áramkör blokkválata ábra Kapcsolás a aoos fáisú avarjel elyomás meghatároásáho ábra Helyettesítő kapcsolás a aoos fáisú avarjel elyomás meghatároásáho... 4

8 Sámítógépes iráyítások elmélete ábra Simmetrikus kapcsolás a aoos fáisú avarjel elyomás övelésére ábra Védőáryékolás alkalmaása a aoos fáisú avarjel elyomás övelésére ábra Elektromágeses avarjel keletkeése ábra A veetékek megcsavarásakor kialakuló elektromágeses jelek ábra R_C áramkör be és kikapcsolásakor keletkeő traies jelek ábra R_L áramkör be és kikapcsolásakor keletkeő traies jelek ábra Sugaras (egy potba törtéő) földelési redser ábra Repülő kodeátoros galvaikus leválastás ábra rasformátoros galvaikus leválastás ábra Fotodiódás galvaikus leválastás ábra Galvaikus leválastás fesültség frekvecia átalakítással ábra Árammérő távadóho törtéő csatlakoás ábra Mérőhíd kapcsolás aalóg kimeeti jele ábra Mérőhidak aoos tápforrásáak hatása a földoldali elleállásokra ábra Mérőhidak kimeeti jelveetékéek áryékolása ábra Mérőhidak kimeeti jelveetékéek áryékolása földelt tápforrás eseté ábra Aalóg bemeet elemeiek blokkdiagramja ábra Aalóg bemeeti érékelő: bolométer ábra Aalóg bemeeti érékelő: elleállás mérés Wheastoe híddal ábra Aalóg bemeeti érékelő: köböő meyiségmérő ábra Aalóg bemeeti érékelő: köböő meyiségmérő ábra Aalóg bemeeti érékelő: elleállás-hőmérő karakteristikája ábra Aalóg bemeeti érékelő: félveetős elleállás-hőmérő karakteristikája ábra Aalóg bemeeti érékelő: hőelem blokkdiagramja ábra Aalóg bemeeti jel sűrés: passív sűrő ábra Aalóg bemeeti jel sűrés: időítéses itegrálással ábra Aalóg bemeeti jel átalakítás: áram fesültség átalakító ábra Aalóg bemeeti jel átalakítás: fesültség ostó ábra Aalóg bemeeti jel sűrés: egyserű RC (passív) sűrő ábra Aalóg bemeeti jel sűrés: egyserű RC (passív) sűrő Bode (amplidúdó) diagramja ábra Aalóg bemeeti jel átalakítás: váltotatható fesültség ostó ábra Aalóg bemeeti jel átalakítás: fesültség ostó és sűrő kapcsolás ábra Aalóg bemeeti jel sűrés: kettős RC (passív) sűrő ábra Aalóg bemeeti jel sűrés: kettős RC (passív) sűrő Bode (amplitúdó) diagramja ábra Mérőelleállás követle kapcsolása mérőhídho ábra Aalóg bemeeti jel sűréséek megvalósítása ábra Aalóg multiplexer blokkdiagramja ábra Reed relé serkeeti felépítése ábra Aalóg multiplexer blokkok össekapcsolása ábra Félveetős méréspot váltó ábra Félveetős méréspot váltó (földfüggő) ábra Mitavevő és tartó áramkör ábra Aalóg digitális átalakítók: fokoatos köelítésű átalakító ábra Fokoatos köelítésű átalakító működési ábrája ábra Aalóg digitális átalakítók: digitális-aalóg vissacsatolásos ábra Digitális-aalóg vissacsatolásos átalakító működési ábrája ábra Aalóg digitális átalakítók: több komparátoros ábra Aalóg digitális átalakítók: kettős meredekségű (itegráló) ábra Kettős meredekségű (itegráló) átalakító működési ábrája ábra Fesültség frekvecia átalakító működési ábrája ábra Aalóg digitális átalakítók: fesültség frekvecia átalakító ábra Földelt bemeet ábra Földeletle külöbségi (differeciális) bemeet ábra Digitális felbotás... 78

9 Sámítógépes iráyítások elmélete 9. ábra A jel erősítése ábra Helyes (fet) és helytele (let) mitavételeési frekvecia válastása ábra Aalóg bemeet ikoja ábra Aalóg bemeet megadott mitavételi darabsám eseté ábra Aalóg kimeet blokkdiagramja ábra Digitális aalóg átalakítók: 2^i elleállás ostó segítségével ábra Digitális aalóg átalakítók: R-2R elleállás ostó segítségével ábra Aalóg kimeet ikoja ábra Aalóg kimeet vektor típusú adatból ábra Aalóg mitavételeés ábra Határérték visgálatok ábra Digitális jelek váltoásfigyelése ábra Adatok rövidtávú tárolása ábra Adatok hossú távú tárolása ábra Állapot vissacsatolásos sabályoás ábra Sabályoás eurális hálóat alkalmaásával ábra Sabályoás Fuy halmaok alkalmaásával ábra Modellrefereciás adaptív iráyítás ábra Sámítógépes iráyítás blokkdiagramja ábra Folytoos jel mitavételeése ábra Mitavételeett jel tartása ábra Sámítógépes iráyítás mitavételeett jelei ábra Aalóg jelek mitavételeése és a mitavétel értéke ábra Diskrét jel érték eltolása a időtegelye poitív iráyba ábra Mitavételeett jel tartása ábra -ad redű tartóserv () ábra -ad redű tartóserv (2) ábra Mitavételes sabályoási kör felépítése ábra Áttérés időtartomáyból mitavételeett tartomáyba ábra A sabályoási eltérés poitív iráyba távolodik a egyesúlyi értéktől (- tól) ábra A sabályoási eltérés poitív iráyból köeledik a egyesúlyi értékhe (- ho) ábra A sabályoási eltérés egatív iráyba távolodik a egyesúlyi értéktől (-tól) ábra A sabályoási eltérés egatív iráyból köeledik a egyesúlyi értékhe (-ho) ábra A sabályoási eltérés időfüggvéye a sabályoás megvalósításáál ábra A sabályoott sakas átmeeti függvéye ábra A sabályoási körbe defiiált átviteli függvéyek ábra A bemeeti (u) és a kimeeti (y) mitavételeett jelek ábra A Fuy logika alkalmaási területei ábra Homokkupac paradoxo ábra A homokkupac defiíciója kétértékű logika alkalmaásával ábra Jogosítváyal redelkeők megállapítása kétértékű logika alkalmaásával ábra Jogosítváyal redelkeők és a veetési tudás együttes megállapítása többértékű logika alkalmaásával ábra Meyire emeli fel a keét megállapítása kétértékű logika alkalmaásával ábra agsági függvéy defiiálása ábra Magasság defiiálási módjai (tagsági függvéytípusai) ábra Magasság tagsági függvéyei ábra Halmaműveletek típusai ábra A tagsági függvéyek ÉS kapcsolata ábra A tagsági függvéyek VAGY kapcsolata ábra A tagsági függvéyek INVERZE (Not kapcsolata)... 5

10 Sámítógépes iráyítások elmélete 5. ábra A hőmérséklet leírása ligvistikai váltoókkal (tagsági függvéyekkel) ábra A hűtési teljesítméy leírása ligvistikai váltoókkal (tagsági függvéyekkel) ábra A hűtési redser átviteli függvéye ligvistikai váltoókkal ábra A Fuy típusú feladatmegoldás elhelyekedése a feladat megoldási lehetőségek köött ábra A Fuy típusú feladatmegoldás () ábra A hőmérséklet leírása tagsági függvéyekkel ábra A hűtési teljesítméy leírása tagsági függvéyekkel ábra A bemeet tagsági függvéy értékek és a sabályok segítségével a kimeeti tagsági függvéy értékek meghatároása ábra Fuy sabályoó ábra Defuyfikálási módok (csak éháy) ábra Fuy sabályoó felépítése ábra A követési távolság leírása ligvistikai váltoókkal (tagsági függvéyekkel) ábra A sükséges fékerő leírása ligvistikai váltoókkal (tagsági függvéyekkel)... 58

11 Sámítógépes iráyítások elmélete. A tárgy tematikája, követelméyei Átfogó kép, hogy mire vállalkouk ebbe a félévbe. Melyek a tárgykövetelméyek, és melyek a javaslatok (LabVIEW módo törtéő mérés, és beavatkoás) Sóbeli visga a előadások ayagából.. Átfogó kép, hogy mire vállalkouk Digitális iráyító beredeés folytoos jel mitavételeett jel A / D átalakító Digitális sabályoó D / A átalakító folytoos jel Iráyítadó objektum folytoos jel digitális jel digitális jel. ábra A sámítógépes sabályoás blokkdiagramja {LabVIEW program A iráyítási feladat.llb} Előyök: Hátráyok: Megövekedett itelligeciájú sabályoók (adaptív sabályoás, fuy sabályoás, atireset widup sabályoó, speciális tulajdoságú PID sabályók). Digitális átalakítók. Digitálisa kódolt jelek (digitális tárolás, digitális sűrés, digitális jeltovábbítás kéyelmesebb). Redserterveés (digitális redserek modulserű felépítése). elematika (több beredeést lehet működteti egy iráyító redserrel, illetve egy redser több sámítógépből is állhat). Külöböő mitavételi sebességek alkalmahatók. Redser terveés, matematikai aalíis sükséges (éha agyo komplex és boyolult, össehasolítva a folytoos redserek terveésével). Redserstabilitás (visgálatot és behagolást igéyel, mit mide más sabályoási redser). A keelt jelek iformációtartalmáak csökkeése a mitavételeésél. Programhibák befolyásolhatják a működést. A sabályók diamikus késleltetése. eljesítméy sükségletek. Mideek mellett a digitális iráyítástechika egyre jobba kisorítja a aalóg techikát Áramköri megvalósítások (aalóg áramkörök helyett digitális iráyító redsert alkalmauk).

12 Sámítógépes iráyítások elmélete 2 Digitális hag/kép továbbítás (potosság, avaréréketleség). Sámítógépes hálóatok, mit a iformáció superstrádái. A alkalmaott aalíis és sitéis techikák Frekvecia tartomáyba Laplace trasformáció (s tartomáy) Gyökhely görbe (frekvecia tartomáy) Frekvecia válas aalíis (impulus-átviteli függvéy) Z trasformáció (mitavételes jelek redsertechikai leírása) W trasformáció (bilieáris trasformáció) Állapotváltoás terveés Idő tartomáyba Lieáris differeciál (differecia) egyelet megoldási eljárások Impulus válas aalíis Állapotváltoós eljárás Megjegyedő, hogy mide visgálati módser egy DSP ( Digital Sigal Processig Digitális Jelfolyamat Keelés ) eljárást modelle. Egyéb tudomáyok, amelyek serepet játsaak a digitális iráyítástechika alkalmaásába: differeciál és differecia egyeletek, klassikus sabályoás elmélet, umerikus aalíis, mitavételes sabályoás elmélet, sámítógépes redserek felépítése, digitális itegrált áramkörök, jelátalakítók, iformációs struktúrák, iráyítási algoritmus terveés, digitális jel processálás, program terveés, elleőrő programok (ötest). folytoos jel Z(E(s)) mitavételeett jel A / D átalakító digitális jel Y() digitális jel D / A átalakító folytoos jel Z(B(s)) folytoos jel Érékelés Jel-feldolgoás Beavatkoás 2. ábra A iráyítási feladatra alkalmaott jel átalakítási és trasformációs eljárásai Mi a megfotolásuk: A jelelegi oktatásba réstvevők a ismert techika egyes elemeivel már elkésített formába fogak találkoi.

13 Sámítógépes iráyítások elmélete 3 Nem a elkésítés, haem a működés módosítása, vagy a működtetés les a feladatuk. A külöböő sakmák együttműködése eredméyei egy digitális iráyítási redser működését. Kapjaak íelítőt a komplex iráyítások elméletéből, adaptív iráyítási, fuy iráyítási mitapéldákat. Mideek mellett a tárgy előadásaiak gyakorlati bemutatókkal kell kiegésülie a jövőbe, hogy a simulációk segítségével lehetőség legye a iráyítások hatásait érékelteti..2 A tárgy követelméyei A előadások a elméleti megköelítése túl a mide taséke elérhető LabVIEW programredser által gyakorlatba megvalósított blokkokat, elvi és gyakorlati megoldásokat ismerteti. A gyakorlatba törtéő alkalmaásho agyo jó lee a LabVIEW ismerete, eért eek megismeréséért midet meg kell mogati. Gyakorlati méréseke kell a elméletbe megismerteket valóba gyakorlattá váltotati.

14 Sámítógépes iráyítások elmélete 4 2. A jelek bejuttatása a sámítógépbe és a sámított értékek eljuttatása a beredeésekhe A jelek a követkeő típusúak lehetek: 2. Digitális jelek Bemeeti és kimeeti jelek Jel. tábláat IGAZ / rue HAMIS / False Pulushordoók Jel idõ IGAZ / rue HAMIS / False idõ

15 Sámítógépes iráyítások elmélete Aalóg jelek Egyefesültségű jel Jel 2. tábláat,963 V t idő Időfüggvéy Jel Frekveciafüggvéy Jel idő frekvecia A jel külöböő frekveciájú kompoeseiek amplitúdó függvéye

16 Sámítógépes iráyítások elmélete 6 2. Digitális be/kimeeti jelek Jel idõ jel Beredeés iformáció Digitális Be/Ki jel Digitális állapot detektálás Jel állapota Iga vagy Hamis L kapcsoló kimeet L bemeet Kapcsoló állapota Digitális pulus jel Átmeet érékelés Sámlálási iráy illetve sebesség Optikai kódoló kimeet Sámláló eskö Sebesség vagy poició (például egy motorál) 3. ábra A digitális jel sabályoástechikai alkalmaása 2.2 Aalóg be/kimeeti jelek 2.2. Aalóg jel / Egyefesültségű jel Jel t idõ jel Beredeés iformáció Aalóg bemeeti jel Erõmérõ cella kimeet Aalóg digitális átalakító (ADC) Voltmérõ A jel sitje egy adott idõpillaatba Súly értéke Hõelem kimeet Alacsoy sebességû A/D átalakító Hõmérséklet érték 4. ábra A aalóg egyefesültségű jel sabályoástechikai alkalmaása

17 Sámítógépes iráyítások elmélete Aalóg jel / Időfüggvéy Jel idõ jel Beredeés iformáció Idõfüggvéyek A/DClockrigger A jel alakja EKG (sív jelek) Nagy sebességû A/D kártya Csúcsok távolsága Érékelõ pulus (felfutó él) Sámítógépes oscilloskóp Pulus paraméterek meredekség, felfutási idõ, túllövés 5. ábra A aalóg időfüggvéy sabályoástechikai alkalmaása Aalóg hullámforma jel Mitavételeett jel -ad redű tartóservvel A adott pillaatba mért aalóg jelet atalakítjuk át digitális jellé Adott időpillaatba mitavételett jel Mitavételi órajel Idő Idító jel Idő 6. ábra A aalóg időfüggvéy mitavételeése Idő {LabVIEW program 2 Mitavételeés.llb}

18 Sámítógépes iráyítások elmélete Frekveciafüggvéy Jel frekvecia jel Beredeés iformáció Frekvecia jel A/DClock riggerdsp A jel frekvecia eloslása Rádió frekveciás jel Spektrum aaliátor Vevõ és modulációs frekvecia, aj iformáció Mikrofo kimeet A/DDSP kártya eljesítméy spektrum 7. ábra A aalóg frekveciafüggvéy sabályoástechikai alkalmaása {LabVIEW program 3 Dyamic Sigal Aalyer.llb} DSP Digital Sigal Processig A frekvecia tartomáyba törtéő feldolgoásho alapvető a Fast Fourier rasformáció, amely egy alapfüggvéy a DSP köyvtárba. Iver Fast Fourier rasformációval vissatérhetük időtartomáyba. Például ilye módo törtéik két átviteli függvéy eredő átviteli függvéyéek meghatároása.

19 Sámítógépes iráyítások elmélete Digitális bemeetek 2... L bemeet NEM BIZOSÍ GALVANIKUS ELVÁLASZÁS! A galvaikus elválastás at jeleti, hogy a veérlő bemeet és a veérelt kimeet köött ics veetékes (galvaikus) kapcsolat. Jel 2,4V Logikai iga : Itt em defiiált állapot va logikai sit em kerülhet ide!,8v Logikai hamis : idõ 8. ábra Digitális bemeet L logikai sit értékek Relés éritkeő bemeet GALVANIKUS ELVÁLASZÁS BIZOSÍ! 5V a sámítógéptõl Kapcsoló jel (fesültség) a ipari folyamattól A sámítógéphe Folyamat föld Redser föld Galvaikus elválastás 9. ábra Relés digitális bemeet - msec kapcsolási idő.

20 Sámítógépes iráyítások elmélete Digitális bemeet fotodióda segítségével GALVANIKUS ELVÁLASZÁS BIZOSÍ! 5V a sámítógéptõl L logikai sit a ipari folyamattól Féyvédõ borítás A sámítógéphe LED dióda Fototraistor Folyamat föld Galvaikus elválastás Redser föld. ábra Digitális bemeet fotodióda segítségével A "egér" mûködési elve digitális impulus adása Fotodióda Fototraistor. ábra Digitális bemeti poicioáló eskö

21 Sámítógépes iráyítások elmélete CMOS áramköri bemeetek GALVANIKUS ELVÁLASZÁS BIZOSÍ! Galvaikus elválastás U. üemállapot FELSÕ yitott ALSÓ árt 2. üemállapot FELSÕ árt ALSÓ yitott Kiürítéses típusú MOS Bemeeti veérlés Kimeeti jel Növekméyes típusú MOS -U 2. ábra Digitális CMOS bemeet kapcsolása Gate (veérlõ bemeet) Alumiium Siliciumdioxid Source Drai Félveetõ képesség váltoása a veérlõ elektódára kapcsolt fesültség hatására Silicium tömb 3. ábra MOS traistor felépítése Növekméyes és kiürítéses típusú FE traistorok.

22 Sámítógépes iráyítások elmélete Digitális kimeetek L kimeetek (2 állapotúak) NEM BIZOSÍ GALVANIKUS ELVÁLASZÁS! Jel 2,4V Logikai iga : Itt em defiiált állapot va logikai sit em kerülhet ide!,8v Logikai hamis : idõ 4. ábra Digitális kimeet L logikai sit értékek A kérdés a, hogy egy L kimeet háy darab bemeetet képes meghatároott logikai állapotba állítai. ~6-24 ma a áram értéke, amelyet egy digitális kimeet bitosítai tud. E átlagosa,6 ma-t jelet kimeeti csatorákét Három állapotú kimeetek (hree State) NEM BIZOSÍ GALVANIKUS ELVÁLASZÁS! Amikor a harmadik (iaktív em aktív) állapotba va, amely sem logikai alacsoy, sem logikai magas, a kimeet sabado hagyja magát elhúi. A kimeet elhúhatósága at jeleti, hogy a iaktív elem digitális kimeete úgy viselkedik, mit egy digitális bemeet és arra a logikai értékre áll be, amelyet egy másik (aktív) elem kimeete rákéyserít. ipikus megjeleése a BUSZ típusú áramkör Digitális kimeet (csak e veéreli a adatbust) hree state állapot B B2 B3 5. ábra Digitális kimeet három logikai sit értékkel Relés kimeet GALVANIKUS ELVÁLASZÁS BIZOSÍ!

23 Sámítógépes iráyítások elmélete 23 Veérlõ fesültség jel a sámítógéptól áró éritkeõk Redser föld Mogó éritkeõ Mogó éritkeõ yitó éritkeõk Morse éritkeõk Mogó éritkeõ 6. ábra Relés digitális kimeet Nagyobb teljesítméy kapcsolásáak lehetősége, kapcsolási ideje - ms. Általáosa a veérlési feladatokho a kapcsolási idők elegedőek. Kaskád kapcsolású relé: meghatároott teljesítméyhe meghatároott éritkeő méretek sükségesek: áramsűrűség, éritkeő yomás Félveetős kimeet (Solid State Relay) GALVANIKUS ELVÁLASZÁS BIZOSÍ! L logikai sit a sámítógéptõl Féyvédõ borítás Veérlõ elektroika LED dióda iristor Folyamat föld Galvaikus elválastás 7. ábra Digitális félveetős kimeet

24 Sámítógépes iráyítások elmélete 24 Nagy teljesítméyű váltakoó áramú kapcsoló. KW-os agyságú kimeeti teljesítméy kapcsolása, ilyekor a relét megfelelő hűtő felülettel látják el CMOS áramköri kimeetek GALVANIKUS ELVÁLASZÁS BIZOSÍ! CMOS Complemeter Metal Oxide Semicoductor Áramköri megoldás sitáttevésre ±5V agyságú sitekre tesi át a L siteket.

25 Sámítógépes iráyítások elmélete 25 Össefoglalás digitális bemeetek S Z Á M Í Ó G É P L L követleül 5V 5V R ell. Utáp CMOS Galvaikusa leválastott -Utáp I P A R I F O L Y A M A 8. ábra Digitális bemeetek (össefoglalás) Össefoglalás digitális kimeetek 5V S Z Á M Í Ó G É P Galvaikusa leválastott Utáp CMOS L L követleül -Utáp I P A R I F O L Y A M A 9. ábra Digitális kimeetek (össefoglalás) Általáosa elmodható, hogy a ormál L sit -2 m távolságra vihető át megfelelő vevőoldali jelsit mellett A sebesség miatt a jelet (digitális) egy távveetékhe hasoló redserbe kell visgáli

26 Sámítógépes iráyítások elmélete 26 R L Bemeet C G Kimeet Egységyi hossúságú veetékdarab 2. ábra ávveeték elostott paraméterű modelljéek helyettesítő kapcsolása R elleállás C kapacitás L iduktivitás G veetés (átveetés) Ideális eset lee, ha: C; R; L; G lee. Elostott paraméterű méreteési eljárást kell alkalmauk a túlledülésektől metes kimeeti leárás meghatároásáho. A kimeetet a hullámimpedaciával kell leári, amelyek értékét megadják (pl. 75 Ohm) illetve sámított érték. Miél agyobb a jelsit (értsd a jel fesültsége) aál kevésbé sérülékeyek a logikai sitek. Álladóa folyó áram segítségével áramgeerátoros táplálással sité agy távolságú megbíható átvitelt lehet bitosítai. Nagy áram gyors beredeés vastag kábelek magasabb költségek HÁLÓZA Zr ( rövidárási impedacia ) Rövidárási impedacia mérési kapcsolása (A visgált hálóat bemeti oldalát rövidre árjuk.) HÁLÓZA Zü ( üresjárási impedacia ) Üresjárási impedacia mérési kapcsolása (A visgált hálóat bemeti oldalát üresjárásba hagyjuk.) A hullám-impedacia meghatároásáak képlete: Z h Z r Z ü (.) ahol Z h a hullámimpedacia

27 Sámítógépes iráyítások elmélete Aalóg bemeetek A sámítógépes aalóg bemeeti kártyák általáosa a követkeő blokkdiagrammal helyettesíthetők: Multiplexer cím jel Átalakítók érékelők aalóg digitális Mitavevő és tartó A/D Kapcsolódás a sámítógéphe Sámítógép Redser amit mérük további csatoráktól Sűrő áramkör előerősítő Aalóg multiplexer A/D idítás Mitavétel és tartás trigger jel 2. ábra Aalóg bemeet(ek) blokk diagramja Csak aalóg bemeeti jele keelése eseté a sámítógépek a követkeő időkre va süksége: Normál állapot Kapcsolási idők sűrűség függvéyei t aalóg multiplexer átkapcsolási idő k o t A/D átalakítás o (mitavételi idő) t feldolgoás (k) o 22. ábra Aalóg jel mitavételeései köött elvégett feladatok

28 Sámítógépes iráyítások elmélete A jelforrások típusai 3.. Asimmetrikus földelt ki 23. ábra Asimmetrikus földelt jelforrás A kimeeti veetékek és a föld köött mérhető impedaciák agysága külöböő. A egyik kimeeti veeték földelt! 3..2 Asimmetrikus földfüggetle ki 24. ábra Asimmetrikus földfüggetle jelforrás A két kimeeti veeték a földfüggetle (például ilye egy.5 Voltos ceruaelem). A egyik kimeeti veeték a folyamat oldalo leföldelhető Asimmetrikus földelt eltolt ullsitű ki 25. ábra Asimmetrikus földelt eltolt ullsitű jelforrás

29 Sámítógépes iráyítások elmélete 29 A kimeeti veeték és a föld köött külöböő impedaciák mérhetők. A kimeeti veetékek em földelhetők! 3..4 Simmetrikus földelt ki 26. ábra Simmetrikus földelt jelforrás A kimeeti potok köött mérhető impedaciák aoosak. A kimeeti veetékek em földelhetők! 3..5 Simmetrikus földfüggetle ki 27. ábra Simmetrikus földfüggetle jelforrás A kimeeti potok köött mérhető impedaciák aoosak. A egyik kimeeti veeték a folyamat oldalo leföldelhető Simmetrikus földelt eltolt ullsitű ki 28. ábra Simmetrikus földelt eltolt ullsitű jelforrás A kimeeti potok köött mérhető impedaciák agysága megegyeik.

30 Sámítógépes iráyítások elmélete 3 A kimeeti veetékek em földelhetők! 3.2 Jelvevő áramkörök 3.2. Asimmetrikus földelt be ki 29. ábra Asimmetrikus földelt jelvevő áramkör A bemeeti veetékek és a föld köött mérhető impedaciák agysága külöböő. A egyik bemeeti és a kimeeti veeték valamit a külső há földelt Simmetrikus földelt be ki 3. ábra Simmetrikus földelt jelvevő áramkör A bemeetek és a föld köött mérhető impedaciák agysága aoos. A impedaciák kiveetett köös potja, a egyik kimeeti veeték és a külső há földelt.

31 Sámítógépes iráyítások elmélete Asimmetrikus földfüggetle Külső há be ki Áryékolás 3. ábra Asimmetrikus földfüggetle jelvevő áramkör A bemeeti veetékek a földtől, a külső hától és a kimeeti veetékektől sigeteltek. A egyik bemeeti veeték a földfüggetle áryékolásra kapcsolódik. A egyik kimeeti veeték és a külső há földelt. Ha a egyik bemeeti veetéket leföldeljük a bemeetek és a föld köött mérhető impedaciák agysága külöböő les Simmetrikus földfüggetle védőáryékolt Külső há be ki Áryékolás 32. ábra Simmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő áramkör A bemeeti veetékek és a védőáryékolásho kapcsolódó köös veeték köött mérhető sórási impedaciák megegyeek, csak a külső há és a egyik kimeeti veeték földelt. Ha a védőáryékolás kiveetését a egyik bemeeti veetékkel össekötik a jelvevő asimmetrikus földfüggetle les.

32 Sámítógépes iráyítások elmélete Asimmetrikus földfüggetle védőáryékolt Külső há high low guard ki Áryékolás 33. ábra Asimmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő áramkör A melegpot (high) a földhö képest agy sórási impedaciájú pot. A hidegpot (low) a földhö képest kis impedaciájú. A védőáryékolás (guard) pedig a jelvevő földfüggetle lebegő bemeeti potja. VEZEÉKÁRNYÉKOLÁS ki ASZIMMERIKUS FÖLDFÜGGELEN ASZIMMERIKUS FÖLDEL RF RENDSZERFÖLD: A SZÁMÍÓ GÉP FÖLDPO NJA 34. ábra Asimmetrikus földfüggetle jelforrás és asimmetrikus földelt jelvevő bemeet össekapcsolása

33 Sámítógépes iráyítások elmélete 33 VEZEÉKÁRNYÉKOLÁS ki ASZIMMERIKUS FÖLDFÜGGELEN SZIMMERIKUS FÖLDEL RF 35. ábra Asimmetrikus földfüggetle jelforrás és simmetrikus földelt jelvevő bemeet össekapcsolása VEZEÉKÁRNYÉKOLÁS ki SZIMMERIKUS FÖLDFÜGGELEN SZIMMERIKUS FÖLDEL RF 36. ábra Simmetrikus földfüggetle jelforrás és simmetrikus földelt jelvevő bemeet össekapcsolása ASZIMMERIKUS FÖLDEL VEZEÉKÁRNYÉKOLÁS ÁRNYÉKOLÁS ki FF FELHASZNÁLÓI FÖLD: A FOLYAMA ADO PONJÁN LÉVÕ FÖLD (ECHNOLÓGIAI FÖLD) ASZIMMERIKUS FÖLDFÜGGELEN ÁRNYÉKOL RF 37. ábra Asimmetrikus földelt jelforrás és asimmetrikus földfüggetle áryékolt jelvevő bemeet össekapcsolása

34 Sámítógépes iráyítások elmélete 34 VEZEÉKÁRNYÉKOLÁS ÁRNYÉKOLÁS ki FF ASZIMMERIKUS FÖLDEL SZIMMERIKUS FÖLDFÜGGELEN VÉDÕÁRNYÉKOL RF 38. ábra Asimmetrikus földelt jelforrás és simmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő bemeet össekapcsolása VEZEÉKÁRNYÉKOLÁS ÁRNYÉKOLÁS ki FF ASZIMMERIKUS FÖLDEL SZIMMERIKUS FÖLDFÜGGELEN VÉDÕÁRNYÉKOL RF 39. ábra Asimmetrikus földelt jelforrás és simmetrikus földfüggetle védőáryékolt jelvevő bemeet össekapcsolása Megjegyés: A jelforrások és jelvevők egyes típusaiak megkülöbötetése aért léyeges, mert a sámítógép és a folyamat össekapcsolásába egy adott típusú jelforrás csak megfelelő jelvevővel kapcsolható össe. AZ ILLESZÉSI SZABÁLYOK BE NEM ARÁSA MEGENGEDHEELEN JELORZULÁSOKHOZ VEZE! A illestésekkel kapcsolatos problémák csak a avarjelek hatásmechaimusáak taulmáyoásával érthetők meg.

35 Sámítógépes iráyítások elmélete A illestés legfotosabb sabályai. Egyetle pot földelése: A jelforrást és a jelvevőt tartalmaó redserbe CSAK EGY PON FÖLDELHEŐ, de egy potba le kell földeli a redsert. 2. Simmetrikus áramkör kialakítása: A agy avarjel elyomás érdekébe ÖREKEDNI KELL SZIMMERIKUS JELFORRÁSOK ÉS JELEVŐK KIALAKÍÁSÁRA. 3. A veeték áryékolás poteciáljáak rögítése: A veeték áryékolás poteciálját CSAK EGYELEN PONBAN sabad rögítei, DE EGY PONBAN SZÜKSÉGES RÖGZÍENI! 3.4 Zavarjelek A aj (oise) a hasos iformációt hordoó jel (hasos jel) olya torulása, amely iformáció vesteséget oko. A torult jel a hasos jel és a avarjel eredője. A sámítógépes folyamatiráyításba egy agyságreddel sigorúbb a potossági igéy a ipari mérésekhe visoyítva. A sámítógépes mérőredserek többyire a jel pillaatértékét mérik, így em működik például a ajok átlagolásával dolgoó sűrés. Nagy sámú áramkör va jele, így fokoott a áramkörök egymásra hatása. A aj hatásválata: ZAJFORRÁS CSAOLÁSOK HASZNOS JEL ZAVARJEL JELVEVÕ 4. ábra A avarjel hatásválata

36 Sámítógépes iráyítások elmélete A csatolások típusai Koduktív csatolás: A ajforrás és a hasos jelet solgáltató áramkör galvaikus kapcsolatba vaak. Iduktív csatolás: A ajforrásból sármaó jel a hasos jelet elektromágeses idukció útjá torítja. Kapacitív csatolás: A ajforrás és a hasos jelet solgáltató áramkör elektrostatikus kapcsolatba va egymással. Eek csak a leggyakoribb avarjel típusok és csatolások. Ee kívül még sámos ajforrás fajta jelehet meg, például akustikus csatolás és avarjel A avarjelek kiküsöböléséek általáos módserei A ajforrás keletkeéséek megakadályoása, a ajforrás megsütetése. A ajforrás és a hasos jelet solgáltató áramkör köötti csatolás megsütetése. A avarjel kisűrése a torult jelből A avarjelek típusai, időbei váltoásuk alapjá Egyefesültségű avarjel: a avarjel időbe álladó értékkel jellemehető. Váltakoó fesültségű avarjel: adott frekveciájú és amplitúdójú avarjel. raies avarjel: rövid idejű avarjel.

37 Sámítógépes iráyítások elmélete A avarjelek típusai áramkörökbe való megjeleési formájuk serit Ellefáisú avarjel (ormal mode iterferece): a jelforrás által solgáltatott hasos jellel sorosa jeletkeik, a jelvevő bemeeti potjait ellefáisba veérli. R h hasos U H hasos U EF ellefáisú JELFORRÁS JELVEVÕ 4. ábra Ellefáisú avarjel blokkválata {LabVIEW program 4 Ellefáisú avarjel} Et a jelet még sokás soros vagy traverális avarjelek is evei. Aoos fáisú avarjel (commo mode iterferece): a hasos jelet követítő két jelveeték köös potja és valamilye referecia pot redserit a jelvevő föld potja köött lép fel, a jelvevő bemeeti potjait aoos fáisba veérli. JELFORRÁS JELVEVÕ U H hasos U AF aoos fáisú avarjel RF 42. ábra Aoos fáisú avarjel blokkválata {LabVIEW program 5 Aoos fáisú avarjel}

38 Sámítógépes iráyítások elmélete 38 A két avarjel együttese jeletkeik, illetve a aoos fáisú avarjelből belső ellefáisú avarjel keletkehet. Például a redserbe a jelforrás és a jelvevő is asimmetrikus földelt típusú. ehát a áramkör két potjá va földelve! (Ami alapvető hiba) Ekkor a követkeő kapcsolás alakul ki: JELFORRÁS veeték elleállások r JELVEVÕ R H U H hasos r R be U AF FF RF 43. ábra Két poto földelt áramkör blokkválata RF (Redser Föld) és FF (Folyamat Föld) poteciálja em aoos, így egy avarjel jeleik meg. A visgálatho tételeük fel, hogy U k (superpoició alkalmaása!) A elleállásvisoyok: r < R H < R BE r : veeték - R H : geerátor- R BE : műveleti erősítő bemeeti elleállása U ef RBE U ( 2.) AF R R r BE H ahol U ef : a aoos fáisú avarjelből keletkeett ellefáisú avarjel U AF : a aoos fáisú avarjel A feti elleállás visoyok figyelembevételével: U ef U AF ( 3.) ehát a avarjel teljes egésébe átkerül a hasos jelet erősítő áramkörbe.

39 Sámítógépes iráyítások elmélete 39 Adott agyságú aoos fáisú jelből létrejövő ellefáisú avarjel agysága a úgyeveett aoos fáisú avarjel elyomással jellemehető. A műveleti erősítő erősítő erősítése: u ki A DIFF ( u p u ) A CM u p u 2 ( 4.) ahol u ki u p u a műveleti erősítő kimeeti fesültsége a műveleti erősítő em ivertáló bemeetére adott fesültség jel a műveleti erősítő ivertáló bemeetére adott fesültség jel A DIFF A CM a műveleti erősítő differeciál bemeetéek erősítése (yílt hurkú erősítés) a műveleti erősítő köös módusu bemeetéek erősítése A aoos fáisú avarjel elyomás (köös jel elyomás) (CMR Commo Mode Rejectio) valamely adott aoos fáisú avarjel és e avarjelből keletkeő ellefáisú avarjel absolút értékéek a háyadosa db-be kifejeve: CMR 2lg U U AF ef [ db ] ( 5.) A ideális köös jel elyomás értéke végtele. A gyakorlatba e ~ db agyságú elyomás mérték. A DIFF CMR 2 log ( 6.) ACM ahol A DIFF A CM a műveleti erősítő differeciál bemeetéek erősítése (yílt hurkú erősítés) a műveleti erősítő köös módusu bemeetéek erősítése A CMR értékét a előőekbe bemutatott kapcsolás fesültség visoyaiak elemésével lehet kokrét esetbe meghatároi! Eredméy a hálóati asimmetria visoyok jeletőse csökketik a CMR értékét.

40 Sámítógépes iráyítások elmélete 4 ASZIMMERIKUS FÖLDEL JELFORRÁS - SZIMMERIKUS FÖLDELELEN JELVEVŐ ÖSSZEKAPCSOLÁSA JELFORRÁS JELVEVŐ r R H U H hasos r 2 R be U AF C C 22 RF RF 44. ábra Kapcsolás a aoos fáisú avarjel elyomás meghatároásáho Z Z Z 2 Z 22 U AF 2 r 2 ( 7.) r ( 8.) 22 jωc jωc R H 22 ( 9.) (.) 45. ábra Helyettesítő kapcsolás a aoos fáisú avarjel elyomás meghatároásáho A gyakorlatba: >>,22, 2 (.) A össefüggés semléletessé tétele érdekébe a követkeő feltételeéseket tessük: 22 ( 2.) 2 ( 3.)

41 Sámítógépes iráyítások elmélete 4 U ef U AF ( 4.) CMR 2 lg U U AF ef 2 lg ( 5.) Ahol a aoos fáisú bemeeti impedacia, pedig a asimmetria impedacia. A CMR övelésére a követkeő lehetőségek vaak: Simmetrikus áramkör kialakítása: ahol: R R / 2 C helyett a simmetrikus váltoat R / 2 C 46. ábra Simmetrikus kapcsolás a aoos fáisú avarjel elyomás övelésére A aoos fáisú bemeeti impedacia övelése: adott frekveciáál (5H) a sórt kapacitások határoák meg a értékét. Eek a megoldások csak meghatároott értékű CMR-t bitosítaak.

42 Sámítógépes iráyítások elmélete 42 Védőáryékolás alkalmaása: A védőáryékolás (guard) a jelvevő bemeeti áramköreit magába foglaló, a külső földelt hától villamosa elsigetelt fémdobo. C C3 C R be Áryékoló há C22 C3 RF Külső há ( 6.) C Ce C C3 C ahol C < C C < C e e 3 C3 C ábra Védőáryékolás alkalmaása a aoos fáisú avarjel elyomás övelésére ( 7.) Z jω C e A avarjelek típusai keletkeési ok serit és a ajcsökketés módserei Csatlakoási poteciál em megfelelő villamos csatlakoásál a edvesség, kémiai ayagok, hatására galváelemek keletkeek, melyek egyefesültségű ellefáisú avarjelet okoak. Megoldás: a csatlakoások sámáak miimaliálása, védőbevoat a csatlakoásokra ermikus poteciál A villamos áramkörbe levő külöböő ayagú fémek csatlakoási potjáál, ha a csatlakoások hőmérséklete eltérő, termikus poteciálok keletkeek. A kialakuló termofesültség, egyefesültségű ellefáisú avarjelet oko. Pl. forrasayag és ré C ra 3- µv, vas-ré csatlakoás C ra 3 µv. A egyefesültségű ellefáisú avarjelet em lehet a hasos jeltől megkülöböteti. A avarjel által okoott hiba utólag semmilye módserrel em csökkethető.

43 Sámítógépes iráyítások elmélete 43 Eért a egyefesültségű ellefáisú avarjelet a ajforrásál kell megsüteti! A termofesültségből sármaó avarjelek a alábbi módserekkel csökkethetők: A csatlakoások sámáak csökketése. Egymásho köeli termofesültségű ayagok hasálata (vörösré, eüst, aray, kadmium ötvöet). A hőtermelő egységek és a kisfesültségű áramkörök térbeli sétválastása. A köryeeti hőmérséklet gyors váltoásaiból eredő hőmérsékletkülöbségek csökketése. Kis teljesítméyű áramkörök kiötése epoxigyatával vagy silikoal. Csavart kötések alkalmaása Átmeeti elleállás, átveetés ájékotatásul éháy tipikus átmeeti elleállás érték: Mechaikai kapcsoló árt éritkeője agy rugóyomás eseté: 5 mohm [milliohm] Higayéritkeős reed relé árt éritkeője: 2 mohm [milliohm] Sára reed relé árt éritkeője: 2 mohm [milliohm] Ilye agyságredű átmeeti elleállás elhayagolható hibát oko! Áramgeerátorral meghajtott áramkörél. Illetve, ha a áramkör agy bemeeti elleállású. Bioytala, hogy agy átmeeti elleállású éritkeők aoba jeletős ajforrások lehetek. Külööse sok problémát oko a bioytala földelés, ugyais a veeték megsakadásakor bioytala poteciálra töltődik fel. A seyeés, por, edvesség jeletőse lecsökketi a elleállást. A folytoos hő, a kémiai hatóayagok, a mechaikai behatások pedig megrogálják a sigetelést és emkíváatos átveetések jöek létre. A meghibásodott sigetelés miatt a áramkör több poto leföldelődhet! A megegedettél agyobb átveetés mid aoos fáisú mid pedig ellefáisú avarjelet okohat!

44 Sámítógépes iráyítások elmélete Elektromágeses (iduktív) avarjel A iduktív avarjel a köryeettel való mágeses kapcsolat miatt keletkehet. A külső mágeses tér által idukált avarjel agysága aráyos a áramköri hurokfesültséggel. A (felület) Külső mágeses által idukált fesültség JELADÓ JELVEVŐ Külső mágeses tér 48. ábra Elektromágeses avarjel keletkeése Ha agy a távolság főleg ellefáisú jelek keletkeek. A iduktív avarjel csökketésére a leggyakrabba alkalmaott módser a veetékek megcsavarása. U -U U -U U -U U A veetékhurkokba idukált előjeles fesültségek Iformációs veetékek A külső mágeses tér 49. ábra A veetékek megcsavarásakor kialakuló elektromágeses jelek A veetékek mágeses áryékolása: mágeses áryékoló rétegekkel voják be a veetéket -5 rétegbe.

45 Sámítógépes iráyítások elmélete Elektrostatikus (kapacitív) avarjel A kapacitív avarjel valamely áramkörbe a köryeettel való elektrostatikus kapcsolat sórt kapacitások - miatt keletkeek. Mid ellefáisú, mid pedig aoos fáisú lehet. A távolság övelésével a csatoló kapacitás csökke. A egyik módser a ajforrás és a jelveeték térbeli elkülöítése. Jó ajcsökketés érhető el a elterjedte alkalmaott elektrostatikus áryékolással. Pl. éháy áryékolás és ajcsökkető hatás: Elektrostatikus áryékolás típus Áryékolatla veeték Réfoat áryékolás, 85% fedettség Spirálisa feltekercselt réleme, 9% fedettség Alumiium Mylar salag veető drai sállal, % fedettség Zavarcsökketés [db] db -4 db -5 db -76 db Itt a db érték egy relatív csökketési aráyt feje ki: -4 db >.-ad résre, -76 db köelítőleg.-ed résre csökketi a eredeti ajsitet Villamos áramkörök be és kikapcsolásakor keletkeő avarjel Elsősorba traies avarjeleket okoak. Koduktív, iduktív és kapacitív úto kerülek a áramkörbe. Elsősorba a iduktív terheléseke folyó áramok megsakításakor keletkeek ajok (Lec törvéy). Eért kapcsoluk a iduktív terhelés áró iráyba folyó áramaiak rövidre árásáho diódát. Kapacitív terhelések rövidre árásakor hirtele áramlökés, és traies aj keletkeik. R i(t) U_be C U_C (t) t 5. ábra R_C áramkör be és kikapcsolásakor keletkeő traies jelek {LabVIEW program 6 R-C sűrő.vi}

46 Sámítógépes iráyítások elmélete 46 R i(t) U_be L U_L (t) t 5. ábra R_L áramkör be és kikapcsolásakor keletkeő traies jelek {LabVIEW program 7 R-L sűrő.vi} Kábelhajlításból sármaó avarjel A kábel jelveetékei köött és a áryékolások köötti sigetelések pieoelektromos ayagak tekithetők, így meghajlításkor a fém felületé töltés válik ki. A pieo hatás miatt regő kábel eseté váltakoó avarjel fesültség keletkeik, amelyek amplitúdója a V-ot is elérheti Rádiófrekveciás avarjel Követle elektromágeses és elektrostatikus hatótávolsága kicsiy (éháy méter). Nagy távolságokra a elektromágeses hullámok követítik a avarjeleket. Frekveciatartomáyuk 5 kh GH, teljesítméyük általába kicsiy ápforrásból sármaó avarjel Fő forrása a hálóati trasformátor Vasmag sórt mágeses tér Elektrostatikus sórt kapcsolások A beredeések a tápveetéke kerestül kölcsöhatásba kerülek (vagy egyedi tápegységeket kell alkalmai, vagy sűrőáramkörökkel kell elválastai a tápveetéket a egyes beredeésekél. Egyeiráyító, iverter (fesültségövelő áramkör) sűrése

47 Sámítógépes iráyítások elmélete Földelések A földelés (groud) rögített poteciálú villamos veető, amelyet a földbe épített fémveetőhö (földelő leme, földelő rúd, földelő rács) csatlakotatak. A folyamatiráyító sámítógépekbe a földelés fukciója alapjá a követkeő földelési típusokat külöbötetjük meg: 3.5. Védelmi föld A villamos beredeések köryeetébe levő fémből, vagy em sigetelő ayagból késült üemserűe fesültségmetes alkatrésekhe (műser doboa, fém sekréy) csatlakoó veeték. Életvédelmi serepe va, mivel megakadályoa, hogy a ember köelségbe levő alkatrések valamilye meghibásodás követketébe fesültség alá kerüljeek és balesetet okoaak. A védelmi földveetéket áramveetésre tilos hasáli! Gyegeáramú teljesítméy föld A egyeáramú tápfesültséget solgáltató hálóat köös veetékre. Áramveetés a feladata! Aalóg föld A iformációhordoó aalóg jelek referecia potjaikét solgáló veeték Digitális föld A iformációt hordoó digitális jelek referecia potjaikét solgáló veeték. A felsorolt földveetékek többyire egymástól függetle veetékek, amelyek egy potba, a úgyeveett fő redser potho csatlakoak. A fő redser föld a földbe épített fémveetőhö csatlakoó kis elleállású veeték. A teljesítméy föld, a aalóg és a digitális jelföld veetéke össevoható, de et a lehetőséget a jelsitek a terhelések és a avarjelek figyelembevételével egyedileg kell mide esetbe megvisgáli. Kis jelsitű aalóg redserekél ajálatos a föld veetékeket sétválastai! A sámítógépes iráyító redserekbe sokás megkülöböteti a földelést aserit is, hogy a techológia oldali földről (Felhasálói Föld), vagy a sámítógépredser oldali földről (Redser Föld)va só.