25.8 : Контроллеры опережения и запаздывания фаз

Понимание рабочей функции различных типов контроллеров можно проиллюстрировать практическими аналогиями, такими как настройка эквалайзера громкости стереосистемы. Увеличение басов включает в себя контроллер опережения фазы, который функционирует как фильтр верхних частот, в то время как увеличение верхних частот использует контроллер запаздывания фазы, который действует как фильтр нижних частот. Контроллеры ПД, подобные фильтрам верхних частот, улучшают реакцию системы на высокочастотные компоненты. Контроллеры ПИ, родственные фильтрам нижних частот, управляют низкочастотными компонентами для уменьшения установившихся ошибок. Контроллеры ПИД могут функционировать как полосовые или полосовые фильтры ослабления, балансируя как высокочастотные, так и низкочастотные регулировки.

Контроллер с опережением фазы вносит положительный фазовый сдвиг в систему в определенном диапазоне частот, повышая ее отзывчивость. Напротив, контроллер с задержкой фазы вносит отрицательный фазовый сдвиг, стабилизируя систему путем ослабления высокочастотных компонентов. Оба типа контроллеров могут быть представлены одной передаточной функцией. Если первый параметр больше второго, функция ведет себя как фильтр верхних частот; если он меньше, она действует как фильтр нижних частот.

Реализация этих контроллеров может быть достигнута с помощью схемы операционного усилителя. Передаточная функция такой схемы связывает выходное и входное напряжения через произведение отношений двух конденсаторов и сумму произведений сопротивления и емкости для каждого пути. Упрощение конструкции путем уравнивания конденсаторов уменьшает количество параметров конструкции с четырех до трех, тем самым упрощая уравнение схемы.

Более того, константы могут заменить отношение сопротивлений и произведение сопротивления и емкости, что делает проектирование схемы более простым. Такой подход позволяет точно настраивать характеристики опережения или запаздывания фазы в зависимости от требований приложения. Регулируя эти параметры, инженеры могут эффективно контролировать стабильность и производительность системы, используя фундаментальные принципы фильтров верхних и нижних частот для достижения желаемых результатов.