Varíe el factor de integración de un integrador opamp

Estoy trabajando en un circuito PID analógico y necesito hacer un circuito integrador opamp donde pueda cambiar el factor de integración. Ahora, ¿por qué tengo que hacer este circuito (vi el circuito, por ejemplo, aquí ):

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Pero un integrador opamp 'normal' es un circuito sin la resistencia variable. ¿Por qué no puedo simplemente variar R 1 ?

R1 define la impedancia de entrada de su circuito integrador. Si esta impedancia de entrada cambia, podría cambiar la forma en que funciona lo que sea que esté alimentando la señal al circuito. Primero podría poner un seguidor de voltaje en línea, luego ajustar R1 y (sobre un rango establecido) probablemente estaría bien. Solo tendría que asegurarse de que siempre pareciera una gran impedancia en comparación con la salida de su amplificador seguidor de voltaje. Por ejemplo, si emite hasta 25 mA a 5 V, siempre querrá más de 200 ohmios de R1.
Es un retraso de primer orden, no un integrador.
@MikeP Ahh entonces: ¿tengo que construir un integrador de esta manera debido a la impedancia de entrada del opamp?
@Chu Huh, es un integrador según muchos recursos.
TF es R 2 / R 1 1 + s C R 2 . Omitir R 2 y es un integrador.
Alternativamente, si R2 y C son grandes, es más fácil pensar en él como un integrador con R2 agregando fugas. Si son pequeños, se considera como un amplificador operacional con C que proporciona filtración y estabilidad a altas frecuencias.
@klopr No, ciertamente no es un integrador funcional; puede parecer que se integra a altas frecuencias, pero no se integrará a bajas frecuencias con R2 presente.
Considere también la interdependencia de las variables.
No la impedancia de entrada del amplificador, sino la salida de la etapa anterior. En cualquier caso, parece que el diseño puede tener problemas mayores que eso.
@klopr: se llama integrador con pérdida y, a menos que R2 sea bastante grande, no se comportará como un integrador ideal, como han señalado otros comentarios. En el uso general, "integrador" significa algo así como un integrador ideal.

Respuestas (2)

Las ganancias de compensación se ven afectadas por el PID en las uniones de suma, por lo que las variables deben ser independientes.

Es posible que la compensación de fase y frecuencia también deba incluir compensadores de adelanto de fase con adición R en serie con las tapas del integrador para mejorar la estabilidad en el margen de ganancia de la unidad de bucle cerrado o el margen de fase.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Hice un simulador para esto Ver comentarios.

Estos no son necesariamente los mejores factores k para Kp,Ki,Kd. Uno puede trazar/simular un sig. gen. respuesta del filtro PID. [Hice esto][2]

Para una respuesta intuitiva en el dominio del tiempo, considere esto.

Si inyecta una onda triangular lenta a los 3 amplificadores operacionales para obtener ganancias k pag , k i , k d ;
- el amplificador P solo emite un triángulo
- el amplificador Derivado o D produce una onda cuadrada con Vpp/R=Ic=CdV/dt
- el amplificador Integral o I emite casi una onda sinusoidal pero para CC es una rampa constante.

Para una respuesta de frecuencia de un control PID considere esto;

  • La respuesta I es un integrador con una pendiente LPF de -6dB/octava como un amplificador Bass Boost pero integra DC
  • la respuesta D tiene una pendiente HPF de + 6dB/octava como un amplificador de refuerzo de agudos
  • la banda media del filtro I y D da como resultado una muesca que cambia según las ganancias I y D hasta que agrega el amplificador de ganancia proporcional.
  • el P Amp sube el nivel de muesca de la banda media y con suficiente ganancia aplana la banda media por completo
  • sin embargo, en un sistema de circuito cerrado, se supone que el PID reduce la deriva de CC a largo plazo con el integrador, reduce el ruido de HF con la ganancia del amplificador D y reduce el error de banda media con una alta ganancia proporcional.
  • en última instancia, depende de la inercia del sistema, la reducción de ruido, la estabilidad, el sobreimpulso y la velocidad de respuesta deseada para la planta o la respuesta del servo deseada y la potencia de los actuadores, la elección de los sensores de retroalimentación y el uso de PID y otros tipos de retroalimentación que hacen es posible ser estable.
Filtros PID del simulador de osciloscopio Falstad tinyurl.com/yau452qa

R1 y C, sin R2, forman un integrador de amplificador operacional. Ajuste cualquier valor, por supuesto, R1 es más fácil de ajustar que C, para ajustar la ganancia.

R2 hace algo más, forma una constante de tiempo con C, convirtiéndolo en un filtro de paso bajo, con ganancia de baja frecuencia R2/R1 y frecuencia de esquina controlada por el producto R2.C.

Alternativamente, podría considerarlo como un integrador que funciona para CA, y R2 limita la ganancia de CC a un valor razonable y controlable, en lugar de infinito (teórico) o la ganancia de bucle abierto del amplificador operacional (práctico)

En primer lugar gracias. Entonces, para mi controlador PID, necesito cambiar R 1 y eliminar R 2 ?!
No hay D y, por lo tanto, solo "PI", así que elija cómo controla independientemente Ki, Kp y Kd.
Varíe el factor de integración de un integrador opamp
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