Site Loader

Содержание

Компенсационные стабилизаторы напряжения, принцип работы, типовые неисправности и методы их устранения


Рис. 1. Структурные схемы стабилизаторов непрерывного типа.

Компенсационные стабилизаторы напряжения или стабилизаторы непрерывного действияэто система автоматического регулирования, представляющая усилители постоянного тока, охваченные глубокой отрицательной обратной связью.

Принцип работы стабилизаторов напряжения компенсационного типа

Упрощенные схемы стабилизаторов компенсационного типа с последовательной (а) и параллельной (б) регулировкой приведены на рисунке 1. В процессе работы происходит непрерывное сравнение напряжения на нагрузке Rн (или части его) Uн с опорным напряжением Uоп. Полученный сигнал рассогласования ΔU=Uоп-Uн усиливается и подается на вход регулирующего элемента, сопротивление которого изменяется в зависимости от сигнала рассогласования. Напряжение на нагрузке U

н=Uвх-ΔUр (ΔUр — падение напряжения на регулирующем элементе).

В качестве регулирующего элемента используют транзистор, коллектор и эмиттер которого включены в основную цепь, а на базу подается сигнал управления (рассогласования). В маломощных стабилизаторах регулирующий транзистор является необходимым элементом схемы. При больших токах нагрузки регулирующий элемент выполняется на составных или параллельно включенных транзисторах. Оконечный транзистор может быть дискретного исполнения. Регулирующий элемент одновременно выполняет функции сглаживающего фильтра. Наиболее широко распространены схемы с последовательным включением. Опорное напряжение снимается со стабилитрона, питание которого может осуществляться как со стороны выходного, так и входного напряжений.

Такие стабилизаторы выполняют на единой полупроводниковой микросхеме, обеспечивающей функции стабилизации напряжения, сглаживания пульсации, а также защиты от перегрузок.

Подробно устройство и принцип работы стабилизаторов напряжения в интегральном исполнении мы рассматривали в статье: Стабилизаторы напряжения в интегральном исполнении.


Рис.2. Схема компенсационного стабилизатора, выполненная в интегральном модуле (а) и схема его включения (б).

Приведенная на рисунке 2 схема компенсационного стабилизатора напряжения в интегральном исполнении на микросхеме К142ЕН1 содержит все функциональные узлы, показанные на рис. 1.

Источник опорного напряжения состоит из элементов VT1, VT3, VT10, R1, R2, дифференциальный усилитель — из элементов VT2, VT6, VT7, R3 регулирующий элемент VT4, VT5. Для функционирования схемы и получения заданного выходного напряжения подключаются внешние элементы — резисторы и конденсаторы (рис. 2,6).

Работает схема следующим образом. Опорное напряжение Uоп от внутреннего источника и напряжение, пропорциональное выходному ΔUвых с внешнего делителя R5, R6, сравниваются дифференциальным усилителем.

Разностный усиленный сигнал воздействует на базу составного транзистора VT4, VT5, изменяет сопротивление регулирующего органа и компенсирует изменение выходного напряжения на выводе 13.

Требуемое значение выходного напряжения устанавливается с помощью регулировочного резистора R5. Выходной делитель может быть заменен стабилитроном и резистором. Для увеличения выходного тока к выводам 13, 16 микросхемы может быть подключен внешний мощный транзистор. Функции защиты от перегрузок и коротких замыканий осуществляется элементами VT8, VT9, VT12, R4, R7-R9.

Неисправности компенсационных стабилизаторов, выполненных на транзисторах

Принцип работы компенсационных стабилизаторов, выполненных на транзисторах мы подробно рассматривали в статье: Типовые схемы компенсационных стабилизаторов напряжения на транзисторах.

Основные неисправности в стабилизаторах напряжения отыскивают, проверяя режим по постоянному току с помощью вольтметра или осциллографа с открытым входом. Однако, многие неисправности возможно найти только с помощью осциллографа.

Возбуждение стабилизатора проявляется в виде быстрых периодических колебаний напряжения на его выходе, частота собственных колебаний возбуждающегося стабилизатора в зависимости от параметров и вида неисправности может лежать в диапазоне от единиц до сотен килогерц, а амплитуда — от десятков милливольт до единиц Вольт.

Причина возникновения колебаний заключается в следующем. Стабилизатор представляет собой усилитель с большим коэффициентом усиления, охваченным глубокой обратной связью. Для того чтобы схема стабилизатора была устойчива, фазовый сдвиг сигнала в петле обратной связи должен быть менее 180° во всей полосе частот, где коэффициент усиления превышает единицу. Обычно для соблюдения этого условия на выходе стабилизатора включают конденсатор большой емкости (С1 на рис. 1,6). Выход из строя этого конденсатора (обрыв или потеря емкости) может вызвать возбуждение стабилизатора. К такому же эффекту может привести увеличение сопротивления между выводом конденсатора и его обкладкой до нескольких десятых долей или единиц Ом, которое наблюдается в электролитических конденсаторах.

Такой отказ трудно обнаружить с помощью простых методов проверки электролитических конденсаторов (например, по броску стрелки Омметра). В некоторых схемах стабилизаторов в качестве С1 применяют два параллельно включенных конденсатора: электролитический большой емкости и какой-либо конденсатор с малой собственной индуктивностью. В этом случае возбуждение может быть вызвано обрывом второго конденсатора. Причиной возбуждения может быть также неправильный монтаж выходных цепей стабилизатора (конденсатор С1 связан с выходом длинными проводами), в этом случае возбуждение вызывается падением напряжения на паразитной индуктивности и сопротивлении проводов.

Возбуждение стабилизатора возможно при индуктивном характере нагрузки, если запас устойчивости в контуре обратной связи стабилизатора мал, т. е. при активной нагрузке фазовый сдвиг на частоте единичного усиления, хотя и не достигает 180°, но превышает 135°.

Затухающий колебательный процесс на выходе стабилизатора при перепаде (подключении или снятии) нагрузки указывает на малый запас устойчивости.

Возможные причины этого дефекта в основном те же, что и возбуждения. Стабилизатор с малым запасом устойчивости потенциально ненадежен, так как небольшие дестабилизирующие влияния могут сделать его неустойчивым.

Повышенный уровень пульсаций на выходе стабилизатора при нормальных пульсациях на входе и нормальном режиме стабилизатора по постоянному току указывает на обрыв конденсатора, блокирующего резистор R1 (С2 на рис. 1,а и б).

Материалы по теме на Времонт.su:
Стабилизированные источники питания — ремонт и поиск неисправностей

Справочник радиолюбителя

Компенсационный стабилизатор напряжения. — ChipClub

При проектировании источников питания электронной аппаратуры предъявляются высокие требования к стабильности питающего напряжения. Как медленные, так и быстрые колебания (нестабильности и пульсации) напряжения питания существенно изменяют режимы и параметры работы радиоэлектронных схем. Причинами нестабильности могут быть колебания напряжения и частоты питающей сети, изменения нагрузки, пульсации выпрямленного напряжения, колебания влажности окружающей среды. Например, для питания измерительных устройств, работающих с точностью 0,1%, требуется стабильность напряжения питания не хуже 0,01%. 
Компенсационный стабилизатор

Различают компенсационные стабилизаторы напряжения непрерывного и импульсного действия. Стабилизаторы напряжения непрерывного действия представляют собой систему автоматического регулирования, в которой фактическое значение выходного напряжения сравнивается с заданным значением эталонного (опорного) напряжения. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и должен воздействовать на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось вернуться к заданному уровню. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки, представляющий собой цепочку, состоящую из резистора и стабилитрона. В зависимости от способа включения регулирующего элемента различают компенсационные стабилизаторы последовательного и параллельного типов.  

Структурная схема компенсационного стабилизатора последовательного типа представлена на рис. В этой схеме регулирующий элемент РЭ включен последовательно с нагрузкой и играет роль управляемого балластного сопротивления. Схему, состоящую из регулирующего элемента и сопротивления нагрузки можно представить как делитель напряжения, в котором определённая часть входного напряжения «падает» на сопротивлении нагрузки, а всё остальное напряжение – на регулирующем элементе. При этом, и все изменения входного напряжения отражаются не на нагрузке, а на регулирующем элементе. 
      Опорное стабилизированное напряжение формируется источником опорного напряжения ИОН. Схема сравнения ССсравнивает выходное напряжение  с опорным напряжением Uоп. Разностный сигнал рассогласования Uн — Uоп, формируемый схемой сравнения СС, поступает на вход усилителя постоянного тока У, усиливается и воздействует на регулирующий элемент РЭ.  
      Если в нагрузке оказывается напряжение  большее, чем опорное Uоп – имеет место положительный сигнал рассогласования (Uн — Uоп) > 0, тогда внутреннее сопротивление РЭвозрастает и падение напряжения Uрэ на нем увеличивается. Так как регулирующий элемент и нагрузка включены последовательно, то при увеличении Uрэ выходное напряжение уменьшается. 
      При уменьшении выходного напряжения , отрицательном сигнале рассогласования (Uн — Uоп) < 0, наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменьшаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения 
      Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа на транзисторах приведена на следующем рисунке. Для более простого понимания того, как работает схема, мы рассмотрим её работу поэлементно. 
      Источник опорного напряжения выполнен на резисторе Rб и стабилитроне VD. 
      Схема сравнения выполнена по принципу измерительного моста. Это – типовая измерительная схема сравнения, которая довольно часто применяется в различных схемах, поэтому актуальна не только в стабилизаторах напряжения. 
      Рассмотрим измерительный мост более подробно. Для этого мы изобразим его отдельно от остальных элементов стабилизатора. 
      Источник опорного напряжения Rб-VD и делитель напряжения R1-R2-R3подключены к выходу стабилизатора параллельно. Переменный резистор R2 для наглядности поделен на схеме на две половины – два постоянных резистора R2/1и R2/2. Если к средним точкам этих цепочек подключить вольтметр, то он будет реагировать на разность напряжений, между этими точками. А если использовать вольтметр со шкалой, у которой нуль находится посередине, тогда наглядно будет видно в какой средней точке напряжение выше, а в какой ниже. Основное состояние измерительного моста, которое используется в стабилизаторе напряжения, это — явление баланса моста, состояние, при котором значение напряжения в средних точках равно.  
Предположим, что сопротивление резисторов R1 и R3 равны, а «ползунок» резистора R2 находится в среднем положении. Тогда сопротивления плечR1+R2/1 и R2/2+R3 равны. Это означает, что на выводе «ползунка» резистораR2 будет ровно половина находящегося на клеммах напряжения. Предположим, что мы подали на клеммы ровно 9 вольт, тогда в средней точке резисторов будет 4,5 вольта (ровно половина). Источник опорного напряжения мы поставим на напряжение стабилизации 4,5 вольта – равное значению средней точки делителя на резисторах R1, R2, R3. Поэтому, по причине отсутствия разности потенциалов в средних точках стрелка вольтметра будет стоять на нуле. 
Если мы увеличим напряжение до 10 вольт, то в средней точке делителя R1+R2/1 и R2/2+R3напряжение поднимется до 5 вольт, а на источнике опорного напряжения оно так и останется 4,5 вольта (стабилитрон не позволит увеличиться напряжению на своём кристале) и стрелка вольтметра отклонится влево на 0,5 вольта.  
      Если наоборот, мы уменьшим напряжение до 8 вольт, то в средней точке делителя R1+R2/1 иR2/2+R3 напряжение уменьшится до 4 вольт, а на источнике опорного напряжения оно по-прежнему останется 4,5 вольта и теперь, стрелка вольтметра отклонится вправо на 0,5 вольта. 
      А теперь вернёмся к схеме стабилизатора напряжения. В ней функцию вольтметра выполняет транзистор VT2, который в процессе работы схемы стабилизации используется в «рабочем» усилительном режиме (полуоткрытом состоянии). Роль регулирующего элемента в этой схеме стабилизатора играет транзистор VT1. Его задача – в случае нарушения баланса измерительного моста, определяемого базо-эмиттерным переходом, восстановить этот баланс путём изменения сопротивления перехода эмиттер-коллектор управляющего элемента, и как следствие — уменьшение, или увеличение выходного напряжения. 
     При увеличении Uвх, выходное напряжение возрастает по абсолютному значению, создавая отрицательный сигнал рассогласования напряжения Uэ62на входе усилителя постоянного тока, выполненного на транзисторе VT2. Транзистор, подключенный к средним точкам измерительного моста «приоткрывается». Ток коллектора транзистора VT2 возрастает, а потенциал коллектора VT2 становится более положительным относительно потенциала земли. Напряжение эмиттер-база транзистора VT1 уменьшается, что приводит к возрастанию внутреннего сопротивления транзистора VT1и падению напряжения на нем. Выходное напряжение при этом уменьшается, стремясь к прежнему значению. 
      При уменьшении входного напряжения Uвх наоборот, транзистор VT2 «призакрывается», что приводит к увеличению напряжения база-эмиттер транзистора VT1, в результате чего сопротивление транзистора уменьшается и выходное напряжение повышается, стремясь к номинальному напряжению стабилизации. 
      Обратите внимание, что на схемах изображалась «точка» подключения к какому то источнику напряжения Е0. Для повышения коэффициента стабилизации схемы резистор , определяющий базовый ток регулирующего транзистора VT1, подключается к стабильному источнику напряжения –Е0. Если Е0 не стабилен, то его колебания передаются через резистор  на базу регулирующего транзистора VT1 и ухудшают коэффициент стабилизации схемы. Довольно часто встречаются радиолюбительские схемы стабилизаторов, в которых резистор  подключен напрямую ко входному контакту -Uвх. В результате этого, стабилизатор работает в качестве автоматического регулятора «среднего» выходного напряжения, и абсолютно не подавляет никакие пульсации сетевого напряжения. 
Лучшим источником стабильного напряжения является гальванический элемент, но его использование в большинстве случаев – не оправдывает себя. В сложных устройствах с несколькими источниками стабилизированного питания часто для целей стабилизированного смещения одного более мощного стабилизатора используют выходное напряжение другого стабилизатора, но с меньшей нагрузкой. 
      Наиболее простой способ – использовать дополнительный источник стабильного опорного напряжения, как показано на рисунке. Для исключения кратковременных скачков напряжения стабилизации, которые могут быть вызваны бросками входного напряжения, или сопротивления нагрузки, параллельно стабилитрону добавлен конденсатор С. Практически постоянно в радиолюбительской практике упускается важность этого источника опорного напряжения. В простейшем случае, как я писал, резистор  подключается напрямую к -Uвх, без всяких стабилитронов. Выбирать Вам – допускать пульсацию, или нет. Я думаю три дополнительных радиоэлемента – резистор, стабилитрон и конденсатор в этой схеме стабилизатора не помешают.Расчёт стабилизатора постоянного напряжения компенсационного типа и практические советы конструкторам

      Как и ранее, я не пишу сложные формулы радиолюбительских расчётов, которые отбивают желание вообще становиться радиолюбителями. Они мной применяются только тогда, когда их использование действительно необходимо. Кроме того, если Вы научитесь понимать их физический смысл, то Вы самостоятельно сможете применять их на практике для расчётов цепей.

      Расчёт стабилизированного блока питания мы будем проводить с использованием конкретной схемы, которую мы сначала изобразим, соблюдая правила построения схем, а потом рассчитаем на основе предъявляемых к ней требований. 
      1. Прежде всего, обратите внимание, на то, что большинство блоков питания имеет минус на массе, поэтому мы так же выполняя условие – «минус на массе» изменим полярности диодов и конденсаторов, а кроме того — тип проводимости транзисторов с p-n-p на n-p-n

      >2. Для повышения коэффициента стабилизации компенсационного стабилизатора в качестве регулирующего элемента мы будем использовать составной транзистор. Использование составного транзистора увеличивает коэффициент стабилизации на величину коэффициента усиления по току дополнительного транзистора, и на порядок увеличивает нагрузочную способность стабилизатора напряжения. Поэтому (см. схему) к ранее изученному стабилизатору, мы добавим этот транзистор VT3. Считаем, что каждый добавленный таким образом транзистор увеличивает нагрузочную способность в 10…20 раз, но не забываем, что основная часть мощности на него и «приложится». Поэтому чем мощнее транзистор, тем лучше. 
      3. Ток через делитель Iдел состоящий из R1,R2,R3 выбирают обычно на порядок меньше (в 10 раз), чем ток, протекающий по цепи Rб, VD1. Увеличение или уменьшение тока делителя за счет снижения, или повышения сопротивлений R1,R2,R3нецелесообразно, так как приводит к существенному уменьшению КПД, или чувствительности схемы к изменению выходного напряжения и его пульсациям. 
      4. Резистор R2 предназначен для регулировки стабилизированного напряжения в небольших пределах. Пределы регулировок выходного напряжения такого стабилизатора ограничены параметрами стабилитрона – минимальным и максимальным током стабилизации. Как это выглядит практически, я затрону в процессе расчётов. 
      5. Напряжение стабилизации дополнительного источника опорного напряжения, используемого для смещения транзистора регулирующего элемента должно не менее, чем в 1,5 раза превышать значение выходного напряжения стабилизатора. Иначе силовыми транзисторами VT2 и VT3 «нечем будет управлять» — напряжение на эмиттерах будет превышать базовое, и ни о какой стабилизации речи не будет. 
      6. Предыдущее условие накладывает ограничения на нагрузочные способности стабилизатора потому, что разница входного и выходного напряжения стабилизатора помноженная на выходной ток, будет «падать» в виде рассеиваемой мощности на силовых транзисторах. Поэтому необходимо выбирать транзисторы способные выдерживать такую мощность – повторяется правило — чем мощнее транзистор, тем лучше. Но чем мощнее транзистор, тем меньше у него коэффициент передачи.Расчёт

      Исходные данные (допустим, к разрабатываемому ИП предъявлены такие требования): 
   — среднее выходное напряжение стабилизатора – 12 вольт; 
   — максимальный ток нагрузки стабилизатора – 2 ампера; 
   — используется трансформатор достаточной мощности, с выходным напряжением 25 вольт.

      При расчётах сложных схем, обычно идут «с конца к началу», поэтому, предлагаю начать с расчёта схем опорного напряжения и сравнения.

      1. Выберем стабилитрон измерительного моста Стабилитрон VD1 выбирается со значением напряжения стабилизации, равном половине выходного напряжения стабилизатора:

12в / 2 = 6 вольт
      При этом условии обеспечивается наилучшая стабилизация. Но стабилитрон на такое напряжение в рознице отсутствует, поэтому выбираем стабилитрон, максимально близкий по напряжению стабилизации – КС156А, у которого Uст = 5,6 вольт, Iст = 10 мА.

      2. Найдём резистор 
      На резисторе падает напряжение:

URб = Uвых – Uст = 12в – 5,6в = 6,4в
      Зная падение напряжения и ток стабилизации, по закону Ома определяем сопротивление резистора:Rб = URб / = 6,4в/0,01А = 640 Ом
      Ближайшее значение сопротивления резистора по номинальному ряду — 620 Ом. 
      Мощность резистора находим из условия РRб = URб * Iст * 2 = 6,4в * 0,01А * 2 = 0,128 Вт 
      Если кто не знает, что в формуле обозначает цифра 2, поясню, это коэффициент запаса по мощности (чтобы резистор не грелся). Ближайшее наибольшее значение мощности резистора по номинальному ряду – 0,125 Вт. 
      Таким образом, параметры Rб – 620 Ом на 0,125 Вт.

      3. Определим возможные значения выходного напряжения стабилизатора, при которых стабилизация происходит. 
      Они ограничены предельными токами стабилитрона, стоящего в мостовой измерительной цепи. 
   а) Определим минимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: По справочнику минимальный ток стабилизации КС156А = 3 мА, при этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:

Uвых.min = Uст + (Iст.min * Rб) = 5,6 в + (0,003 * 620) = 7,46 вольт
   б) Определим максимальное (регулируемое) напряжение стабилизации: 
      По справочнику максимальный предельный ток стабилизации КС156А = 55 мА. Это большой ток, при котором стабилитрон будет греться и нужны дополнительные меры защиты, поэтому ограничимся значением, в 2 раза превышающем номинальное — 20 мА. При этом токе значение выходного напряжения стабилизатора составит:Uвых. max = Uст + (Iст.max * Rб) = 5,6 в + (0,02 * 620) = 18 вольт
      Поскольку мощность прикладываемая к резистору возросла, для того, чтобы резистор  не сгорел от большой прикладываемой мощности, его мощность следует увеличить до значения:РRб = URб * Iст * 2 = 12,4 в * 0,02 А * 2 = 0,5 Вт
      Если Вы хотите, чтобы Ваш стабилизатор выдавал 18 вольт, то мощность резистора необходимо увеличить, но если Вы делаете стабилизатор на фиксированное напряжение (в данном случае 12 вольт), то этого можно не делать, удовлетворившись расчётом, приведённым в пункте 2.

      4. Рассчитаем делитель R1,R2,R3
      Нам известно, что на стабилитроне КС156А падает – 5,6 вольта. А ещё мы знаем, что в режиме стабилизации, транзистор VT1 находится в «рабочей точке», это означает, что на его переходе база-эмиттер «падает» напряжение 0,65 вольта. А это в свою очередь означает, что на базе должно быть всегда 5,6 + 0,65 = 6,25 вольта относительно корпуса стабилизатора. База соединена с «ползунком» среднего регулировочного резистора, значит, это напряжение 6,25 вольта всегда присутствует на его «ползунке». 
      Исходя из этого, можно составить, систему уравнений с тремя неизвестными, но это Вас только запутает, поэтому мы пойдем по более простому, но практичному пути. 
      При максимальном напряжении стабилизации Uвых.max = 18 вольт, ползунок находится в нижнем по схеме положении, ток стабилизации Iст.max = 0,02 A, а ток делителя R1,R2,R3 в 10 раз меньше: Iцепи = 0,002 А , следовательно:

R3 = 6,25 / Iцепи = 6,25 / 0,002 = 3,125 кОм
R1 + R2 = (Uвых.max — UR3) / Iцепи = 11,75 / 0,002 = 5,875 кОм.
      Суммарное сопротивление R1 + R2 + R3 = 5 875 + 3 125 = 9 кОм 
      При минимальном напряжении стабилизации Uвых.min = 7,46 вольта, ток делителя будет:Iцепи = Uвых.min / (R1 + R2 + R3) = 7,46 / 9000 = 0,00083 А
      найдем значение R1 = (Uвых.min – 6,25) / Iцепи = (7,46 – 6,25) / 0,00083 = 1,46 кОм
      отсюда значение R2 = 5,88 – 1,46 = 4,42 Ом
      округлим значения резисторов до значений номинального ряда: R1 = 1,5 кОм, R2 = 4,3 кОм (переменный), R3 = 3 кОм

      5.  Рассчитаем второй источник опорного напряжения и смещения VT2
      В качестве стабилитрона выбираем Д816А, у которого Uст = 22 вольта, Iст = 10 мА
      Найдём Rсм
      Выходное напряжение трансформатора после выпрямления и сглаживания фильтром = 25 вольт, тогда Rсм = (Uтр. — Uст) / Iст = 25 – 22 / 0,01А = 300 Ом
      Мощность резистора РRсм = URсм / Iст = 3 *0,01 = 0,03 Вт, ближайшая из номинального ряда — 0,125 Вт 
      Для стабильной работы цепи опорного напряжения Rсм VD2, необходимо, чтобы  не оказывал на эту цепь шунтирующего действия. Поэтому ток  должен быть не менее, чем в 2 раза меньше тока стабилитрона. Кроме того, на нём падает разность между входным и выходным напряжением: URк = Uтр. — Uвых. = 25 – 12 = 13 вольт,

   отсюда: Rк = URк / (Iст/2) = 13 / 0,005 = 2,7 кОм.

      Мощность РRк = URк * Iст / 2 = 13 *0,005 = 0,0325 Вт, ближайший 0,125 Вт.

      6. Наконец дело дошло до транзисторов. 
      В качестве VT1 подойдёт транзистор КТ315Г. Он удовлетворяет требованиям: 
   — достаточно высокий коэффициент усиления (передачи) h31Э = 50…350; 
   — допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 35 вольт. 
      В качестве VT2 подойдёт транзистор КТ815 с любым буквенным индексом. Коэффициент передачи h31Э = 40 – 70 , обеспечивает усиление тока резистора  с 5 мА до 250 мА; 
      В качестве VT3 попробуем взять не то, что надо искать, а то, что есть — например КТ809А. Коэффициент передачи h31Э = 15…100 , что обеспечивает усиление тока с 250 мА до 3,7 А, но максимальный ток коллектора – 3 А это по справочнику – предел, нет «запаса прочности», поэтому ставим два транзистора в параллель. При выходном напряжении = 12 вольт и токе 2 ампера, на них должно падать 13 вольт, таким образом, общая мощность рассеивания транзисторов: РVT3 = UVT3 * I VT3 = 2 * 13 = 26 Вт.  
      Это вполне приемлемое значение. Для выравнивания мощностей на транзисторах придётся использовать два резистора в эмитерных цепях выходных транзисторов. 0,05…1 Ом с мощностью по 2 Вт.

      7. Остался один резистор Rэ = 0,65 / 2 * 50 = 16 Ом
      где 0,65 – падение на переходе база-эмиттер, 2 – номинальный ток нагрузки = 2 ампер), 50 — усреднённое значение коэффициента передачи транзистора.

Итак, рисуем схему нашего стабилизатораДополнения к статье
      1. При выборе стабилитронов возможно последовательное их соединение, например два КС156А (по 5,6 вольта) можно соединить последовательно для получения стабилитрона на напряжение стабилизации 11,2 вольта; 
      2. Для возможности регулировки выходного напряжения в более широких пределах цепочку источника опорного напряжения R3, VD6 (см. схему) подключают не к выходу, а на вход стабилизатора с применением цепей сглаживания (по аналогии с R1, VD5 и С2). Естественно, необходимо пересчитать резистор R3. В результате этого, входное напряжение ИОН не зависит от выходного напряжения, поэтому ток стабилизации номинальный и постоянен. Другой вариант расширения диапазона стабилизируемых напряжений — использование в качестве одного резистора Rб – галентного переключателя с несколькими резисторами; 
      3. Для повышения нагрузочных свойств стабилизатора, и как следствие повышения надёжности рекомендую вместо двух КТ809А поставить один составной КТ827А без резисторов R4 – R6. 
      4. Никогда не брезгуйте рассчитать мощность резисторов, иначе это может Вам выйти кучей сгоревших дорогих элементов; 
      5. В приведённой схеме стабилизатора имеется защита по первичной обмотке трансформатора, а во вторичных цепях защита отсутствует. В простейшем случае поставьте на выходе стабилизатора двух-трехватный предохранитель, но лучше сделать более интеллектуальную схему защиты

Стабилизаторы напряжения и тока — презентация онлайн

1.

Лекция 6 СТАБИЛИЗАТОРЫ
НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА

2. Факторы для стабилизации: (причины, вызывающие изменение напряжния)


Изменение напряжения питающей сети Uс Uс
Изменение тока нагрузки Iн Iн
Изменение температуры окружающей среды То.с
То.с
Изменение частоты питающей сети fс fс
Нестабильность напряжения %
Электронная радиоаппаратура допускает до 3 %
нестабильности.
На ИМС : (0,0001 – 0,5)% допускается
нестабильность.
УПТ (усилитель постоянного тока) : 10-4 %
допускается нестабильность.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ


Параметрического типа
Используются элементы, у которых с ВАХ практически не
зависит от тока
Компенсационного типа

Непрерывного действия

С последовательным соединением регулирующего
элемента
С параллельным соединением регулирующего
элемента
Импульсного действия
Релейного типа
С широтно-импульсным модулятором

4.

ПАРАМЕТРЫ СТАБИЛИЗАТОРОВ
Коэффициент стабилизации:


U вх U вых
:
К ст
U вх U вых
Интегральный коэффициент стабилизации Кст – определяется в
крайних точках характеристики.
Дифференциальный коэффициент стабилизации Кст –
определяется в малых точках характеристики: Iн ном , Uн ном
Внутреннее сопротивление , Uвх – постоянное.
U вых
Ri
I н
Дрейф выходного напряжения. Обусловлено изменением
температуры окружающей среды, изменением выходного
напряжения по параметру.
Коэффициент полезного действия стабилизатора:
Диапазон стабилизированного тока,
напряжения
U вых I н max
U вх I вх max

5. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ

• Напряжение питание изменяется:
Uпит Uпит
• балластное сопротивление Rб
включено последовательно
стабилитрону VD1.
• Напряжение на нагрузке
рассчитывается: Uн = Uпит – IбRб ,
• Ток , проходящий через
балластное сопротивление будет
Iб = Iст + Iн

6.

Коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора Uвх Uн
U н
r ст
U вх r ст
R б r ст где rст = rст Rн
U ст
I ст
т.к. rст Rн , Rб rст
U вх r ст
U н

Следовательно к ст
где

r ст
,

U вх.ном
• Коэффициент стабилизации Кст = 20 50.

7. Выбор параметров


Номинальное напряжение стабилитрона
Uст. ном = Uн ном
Балластное сопротивление должно быть как можно
больше, но меньше определенного минимального
тока стабилизации
U вх min U н

I ст min I н max
U вх max U н
I н min
I ст max

8. Особенности

Свойства:
• Параллельно стабилитроны нельзя
соединять, из – за разброса параметров.
• Невозможность регулирования Uст
• Если надо Кст 50 , Iст = 1А
Недостатки параметрического
стабилизатора:
• Низкий коэффициент полезного действия.
• Сильная зависимость коэффициента
стабилизации от температуры.
• Малый коэффициент стабилизации.

9. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

• РЭ – регулирующий
элемент
Напряжение на
нагрузке будет:
Uн = Uпит – UРЭ
• ИЭ – измерительный
элемент
• UОП – опорное
напряжение
(эталонное).

10. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Последовательное соединение
регулирующего элемента и нагрузки
• UОП – параметрический стабилизатор
напряжения.
• У – усилитель и измерительный элемент, для
сравнения Uн с Uоп и усилитель (может быть
усилитель постоянного тока, операционный
усилитель).
• РЭ – мощный
транзистор

11. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

• С параллельным включением
регулирующего элемента

12. Стабилизатор с последовательным соединением регулирующего элемента

Транзистор VT1 выполняет функцию
регулирующего элемента.
Источником опорного напряжения
служит стабилизатор
параметрического типа с Rб и
стабилитроном VD1.
Силовая цепь стабилизатора,
включая источник питания, VT1 и Rн
представляет собой усилительный
каскад на транзисторе VT1,
включенный по схеме с общим
коллектором, в котором Uвх –
напряжение питания, Uоу – входное
напряжение, Uн – выходное
напряжение
Стабилизирующее действие схемы
обусловлено наличием в ней

13. КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБИЛИЗАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Преимущества :
• Мощность выходной нагрузки значительная (силовой
транзистор)
• Коэффициент стабилизации Кст зависит от
коэффициента усиления усилителя
Кст > 1000
• Безынерционен (практически)
• Низкое выходное сопротивление
(10-3 – 10-4 Ом)
Недостатки:
• Низкий КПД 0,5 – 0,6
• Сложная схема
• Низкая надежность (отн. параметрического)

14. Стабилизаторы в интегральном исполнении

Существенные преимущества в отношении массо–габаритных, стоимостных и
качественных показателей дает широко используемый в настоящее время
интегральный принцип выполнения стабилизаторов, при котором вся
маломощная часть схемы стабилизатора унифицируется и представляется в
виде микросхемы.
• Отечественной промышленностью выпускаются следующие типы
стабилизаторов:
• С регулированием Uн: К142EН1 … К142EН4
• С фиксированным Uн: К142EН5.
• С двуполярным Uн: К142EН6.
Микросхема
Описание
К142ЕН1А
Регулируемое Uвых 3 12 В, Iнагрузки не более 0,15 А.
К142ЕН1Б
Регулируемое Uвых 12 30 В, Iнагрузки не более 0,4 А.
К142ЕН5А
Uстабилизации 5В 1%, Iнагрузки не более 1А.
К142ЕН5Б
Uстабилизации 6В 1%, Iнагрузки не более 3А.
Серия К275
Регулируемое Uвых 1 24 В.
Серия К181
Регулируемое Uвых 3 15 В.

15. Компенсационные стабилизаторы импульсного действия

Стабилизаторы с ШИМ
• В – выпрямитель;
• РЭ – регулирующий элемент;
• Ф – фильтр;
• МУ – модулирующее устройство;
• У – усилитель;
• ЭС –
элемент
сравнения.

16. Принцип действия

Стабилизация выходного
напряжения осуществляется путем
изменения соотношения
длительностей открытого и
закрытого состояния РЭ
(Т = const, tи = var)
в зависимости от изменения
величины выходного напряжения,
регистрируемого элементом
сравнения (ЭС). Разность (Uвых –
Uоп) усиливается усилителем (У) и
передается на МУ. Уменьшение
выходного напряжения Uвых
относительно опорного Uоп
компенсируется подачей более
широких управляющих импульсов,
и наоборот
U Н U вх Q
Q T tИ
скважность импульса

17. Стабилизатор релейного типа

• ПУ – пороговое
устройство
• VT1 – работает в
режиме ключа.
• Rб – балластное
сопротивление.
• C – фильтр.

18. Компенсационные стабилизаторы импульсного действия

Достоинства:
• Малочувствительны к изменению температуры.
• КПД выше, чем у стабилизаторов непрерывного
действия.
Недостатки:
• Большие пульсации выходного напряжения,
необходимость применения громоздких
сглаживающих фильтров.
• Инерционность.
• Ухудшение параметров при работе на импульсную
нагрузку

19. Стабилизаторы тока

• Параметрические стабилизаторы тока
– Используют элементы электроники с
характеристикой следующего вида:
– Такой характеристикой обладают:
• Вакуумный Бареттер
• Пентод
Рис. 64 – ВАХ стабилизатора тока
– Эти элементы включаются последовательно
с RН
и обеспечивают 1% изменения тока.
• Компенсационные стабилизаторы тока
– Построены по тем же схемам, что и
стабилизаторы напряжения, но с обратной связью
по току

Стабилизаторы компенсационные — Справочник химика 21


    По принципу действия все стабилизаторы напряжения можно разделить на параметрические и компенсационные. В тексте рассмотрены первые. — Прим. перев. [c.441]

    Напряжений между элементами схемы стабилизатора. Компенсационные методы стабилизации основаны па сравнении выходного напряжения (тока) с эталонным, причем компенсация изменения выходного напряжения (тока) производится регулирующим элементом схемы под [c.81]

    Основными элементами транзисторного компенсационного стабилизатора являются регулирующий и сравнивающий элементы. Для обеспечения повышенной стабильности выходного напряжения в стабилизатор включают усилитель постоянного тока и параметрический полупроводниковый стабилизатор вспомогательных напряжений, используемых для питания усилителя постоянного тока и схемы сравнения.[c.130]

    Питается измерительный мост катарометра от полупроводникового компенсационного стабилизатора напряжения. Плавно регулируют ток питания моста детектора потенциометром, ручка которого выведена на переднюю панель управления (ручка установка тока — плавно ). Грубо изменяют ток питания моста включением добавочных сопротивлений на панели управления ручки грубо . Кроме того, на панель выведены ручки установки нуля самописца грубо и плавно и переключатель множитель шкалы . Для точной установки и контроля величины тока моста на передней панели блока установлен миллиамперметр. [c.181]

    Область применения стабилизаторов такого типа — стабилизация напряжения различных маломощных источников питания, выполнение различных функций отдельных узлов электронных схем (ограничители, формирователи, функциональные преобразователи, устройства защиты, измерительные элементы и т. д.). Они также широко используются в компенсационных стабилизаторах напряжения и тока в качестве источника опорного напряжения. Выбор схемы и типа стабилитрона определяется конкретными условиями и назначением схемы и 6 83 [c.83]

    На рис. 1-40 показана принципиальная схема одного из простейших ключевых стабилизаторов компенсационного типа. От обычного компенсационного стабилизатора непрерывного регулирования эта схема отличается добавлением в схему дополнительного транзистора Ti и конденсатора Си с помощью которых схема переводится в автоколебательный релшм, а также наличием дроссельно-емкостного фильтра, служащего для уменьшения переменной составляющей на выходе. Введенный в схему диод Д1 предназначен для увеличения к. п. д. стабилизатора и помогает возвращать в схему частг энергии, запасаемой в индуктивности дросселя. Малое количество элементов и простота схемы позволяют сохранить высокий к. п. д. даже в случае получения на выходе малых мощностей. Ключевой составной транзистор Т2—T a управляется транзистором Ti. Когда тран- [c.87]


    Для стабилизации режима работы нагрузки на постоянном токе наиболее широко применяются электронные стабилизаторы напряжения и тока компенсационного типа, выполненные на электронных лампах и транзисторах. Это объясняется высокими качественными показателями электронных стабилизаторов и в первую очередь такими, как высокая точность поддержания заданного значения напряжения (тока), малое внутреннее [c.84]

    На рис. 1-39,а показана простейшая схема параметрического стабилизатора тока, построенного на использовании лампы в качестве автоматически управляемого сопротивления. На рис. 1-39,6 показана схема простого стабилизатора тока, выполненного по компенсационной схеме, а на рис. 1-39,е — транзисторный аналог. Следует заметить, что для получения больших токов и качественного улучшения стабилизации применяются более сложные схемы, содержащие усилители с большим коэффициентом усиления и мощные регулирующие элементы, получаемые в результате параллельного включения и применения составных транзисторов. [c.86]

    Питание мостовой схемы тепловых детекторов осуществляется блоком питания катарометра и плотномера БПК-20 (рис. 71). Он является полупроводниковым компенсационным стабилизатором напряжения с диапазоном выходных напряжений от 16 до 25 В. Выходное напряжение поддерживается со стабильностью на уровне 0,05% (на 10% изменения сетевого напряжения). Делитель выходного сигнала мостовой схемы обеспечивает изменение чувствительности в соответствии с рядом 1, 2, 5, 10, 20, 50 и 100. Погрешность значений коэффициентов аттенюации нё превышает 1%. [c.132]

    Температурная компенсация ручная и автоматическая от О до 100 °С. Питание от сети переменного тока напряжением 220 В. Усилитель постоянного напряжения питается от полупроводникового стабилизатора напряжения компенсационного типа на полупроводниковых элементах. Для питания измерительной схемы в блоке питания имеются два стабилизированных источника питания, имеющие малый коэффициент пульсации. [c.365]

    Выпрямитель 45—48 применяется для питания газового стабиловольта 117 (СГШ), используемого в качестве опорного напряжения в компенсационной схеме усилителя постоянного тока. Для питания анодной цепи манометрического преобразователя применяется выпрямитель, собранный по мостовой схеме на диодах типа Д7Ж 92—99. Напряжение на преобразователе устанавливается переменным сопротивлением 83. Нестабильность этого напряжения не более 1%. Этот же выпрямитель питает электронный стабилизатор напряжения. [c.167]

    В качестве вторичного прибора в фотоэлектрическом пирометре использован быстродействующий электронный потенциометр типа БП-102 —стационарный одноточечный показывающий и регистрирующий прибор для измерения компенсационным методом малых значений э. д. с. или напряжения постоянного тока. Для обеспечения быстродействующего потенциометра питанием 20 в в комплекте ФЭПа используется феррорезонансный стабилизатор напряжения типа ЭПА-15. Для получения стабильных и правильных пока- [c.99]

    ЭР-рН-8Р являются приборами компенсационного типа с электромеханической балансировкой измерительной схемы при помощи реохорда и индукционного двухфазного электродвигателя. Питается измерительная схема от двухкаскадного стабилизатора на стабиловольтах. [c.271]

    Переменное напряжение, поступающее с обмотки силового трансформатора выпрямляется при помощи мостовой схемы, собранной на диодах Д2—Дб- Выпрямленное и сглаженное напряжение подается на транзисторный компенсационный стабилизатор (ТКС), собранный на триодах типа П16 и типа П201А. При изменении напряжения сети в пределах 10% и тока нагрузки — от номинального значения до нуля (т. е. на 100%) коэффициент стабилизации ТКС равен примерно 100 [17, 18], что обеспечивает работу электрометрического каскада. [c.37]

    Применение. К. применяется в ядерной энергетике для изготовления регулирующих, компенсационных и аварийных стержней атомных реакторов, в гальваностегии (антикоррозийные и декоративные покрытия). Входит в состав ряда сплавов для припоев при изготовлении подшипников, типографских клише, электродов сварочных машин, легкоплавких, драгоценных (с золотом и серебром) и др. Используется в производстве полупроводников, никель-кадмиевых аккумуляторов. Серусодержащие соединения К- являются компонентами многих люминофоров. Соединения К. входят в состав ряда пигментов, катализаторов, пиротехнических составов, стабилизаторов, лазерных материалов и т. д. [c.162]

    Питание. мостовых с.хе.м катаро.метра и детектора илотнисти осуществляется независимо от идентичных по конструкции по. чу-проводниковы.х компенсационных стабилизаторов напряжения, собранны.х по с.хеме с дву. 1я ступенями стабилизации. [c.204]

    Измерительная схема газоанализатора состоит из двух неравновесных мостов переменного тока рабочего, с включенным в одно из плечей преобразовательным элементом, помещенным в проточную камеру, через которую проходит анализируемая метано-воздушная смесь, и компенсационного, у которого также в одно из плечей включен преобразовательный элемент, помещенный в закрытую камеру с газовой смесью. Питание мостов осуществляется от отдельньгх одинаковых обмоток трансформатора, первичная обмотка которого через стабилизатор напряжения включена в сеть. Напряжение в измерительной диагонали рабочего моста зависит от теплопроводности определяемого компонента, а напряжение в измерительной диагонали компенсационного моста остается постоянным при неизменной окружающей температуре. Выход компенсационного моста включен последовательно в измерительную диагональ рабочего моста, в которую также через электронный усилитель включен реверсивный двигатель, кинематически связанный с подвижным контактом переменного сопротивления (реохорда), включенного в цепь питания рабочего моста.[c.699]


    Статическая погрешность весов, как это следует из выражений (166), (184) и структурной схемы, изображенной на-рис. 98, зависит главным образом от стабильности тока / к температурного коэффициента индукили постоянных магнитов. Для компенсации изменения индукции постоянных магнитов введен параметрический стабилизатор температуры в виде катушки 8 (см. рис. 99) термометра сопротивления, который изменяет в незначительных пределах амплитуду компенсационного тока. [c.179]

Электропитание устройств связи Тема Компенсационные стабилизаторы

«Электропитание устройств связи» Тема: Компенсационные стабилизаторы

Тест Т 1 вариант 1. Определение и формула коэффициента сглаживания 2. Емкостной фильтр 3. Что такое стабилизатор напряжения (тока) и основные дестабилизирующие факторы, вызывающие изменение напряжения (тока) потребителя 2 вариант 1. Требования к фильтру 2. 2. Индуктивный фильтр 3. 3. Качественные параметры для стабилизаторов напряжения

Компенсационные стабилизаторы 1 Компенсационные стабилизаторы относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройства автоматического регулирования, которые с заданной точностью поддерживают напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. Компенсационные стабилизаторы напряжения в зависимости от места расположения регулирующего элемента (РЭ) разделяются на стабилизаторы с последовательным и параллельным включением РЭ.

Компенсационный стабилизатор с последовательным включением РЭ 2

Компенсационный стабилизатор с последовательным включением РЭ 3 Силовая цепь стабилизатора представляет из себя регулирующий элемент (РЭ) и нагрузку (RН). За счет изменения падения напряжения на РЭ поддерживается постоянство напряжения на нагрузке U 2. Цепь отрицательной обратной связи по напряжению (ООС) включает в себя: делитель напряжения (ДН), усилитель постоянного тока (УПТ), источник эталонного напряжения (UЭТ). Напряжение обратной связи (UОС) снимается с нижнего плеча ДН (RД 2) и подается на вход УПТ, где происходит сравнение UОС и UЭТ. В УПТ усиливается разностное напряжение ( сигнал ошибки Uε = UОС — UЭТ), что приводит к изменению тока управления (IУ) и изменению падения напряжения на РЭ (∆UРЭ). Напряжение на выходе (U 2) при этом восстанавливается до своего первоначального значения. Например, при возрастании напряжения на входе (U 1) или уменьшении тока нагрузки происходит увеличение сигнала ошибки (Uε), уменьшение тока управления (IУ) и увеличение напряжения на РЭ и восстановление напряжения на нагрузке. Схема имеет более высокий КПД по сравнению со стабилизатором напряжения с параллельным РЭ. Недостатком схемы является невысокая надежность из- за возможных перегрузок РЭ по току.

Компенсационный стабилизатор с параллельным включением РЭ 4

Компенсационный стабилизатор с параллельным включением РЭ 5 При возрастании входного напряжения U 1 в первоначальный момент времени увеличивается напряжение на нагрузке U 2 и, следовательно UОС. Последнее приводит к возрастанию напряжения ошибки Uε, тока управления IУ и потребляемого тока I 1. При этом увеличивается падение напряжения на балластном резисторе URб и напряжение в нагрузке восстанавливается, т. е. уменьшается. Схема имеет невысокий КПД из-за потерь на балластном резисторе Rб, но более высокую надежность, т. к. так как силовой транзистор включен параллельно по отношению к нагрузке и не подвергается воздействию при коротких замыканиях.

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения 6

Принципиальная схема компенсационного стабилизатора напряжения непрерывного действия с последовательным РЭ 7 Регулирующий элемент выполнен на транзисторе VT 1, УПТ на транзисторе – VT 2, источником эталоного напряжения служит стабилитрон VD, резистор R 2 ограничивает ток стабилитрона. Делитель напряжения выполнен на резисторах R 3, R 4. При возрастании напряжения U 1 в первоначальный момент времени возрастает напряжени на нагрузке U 2 и напряжение обратной связи UОС, снимаемое с нижнего плеча делителя напряжения R 4. Напряжение ошибки U увеличивается, потенциал эмиттера транзистора VT 2 остается постоянным, а потенциал базы становится наболее положительным. Транзистор VT 2 открывается, что приводит к увеличению тока IK 2. По закону Кирхгофа для узла: Iδ 1 = I 1 – IK 2 , поэтому ток базы транзистора VT 1 уменьшается и транзистор призакрывается. Падение напряжения ∆UКЭ 1 увеличивается, а напряжение в нагрузке восстанавливается.

Перемещение рабочей точки на выходных характеристиках транзистора (РЭ) при возрастании входного напряжения. 8 Нагрузочная прямая перемещается параллельно вправо по отношению к нагрузочной прямой для номинального уровня U 1 ном. При возрастании напряжения U 1 катет прямоугольного треугольника U 2 остается постоянным, изменяется падение напряжения ∆UКЭ 1 = U 1 – U 2. Рабочая точка переходит из положения “ 1” в “ 2”.

Перемещение рабочей точки на выходных характеристиках транзистора (РЭ) при изменении тока нагрузки 9 При возрастании тока нагрузки возрастает потребляемый ток от источника IК 1, что приводит к увеличению падения напряжения на РЭ — ∆UКЭ 1 и уменьшению напряжения на нагрузке. Рабочая точка переходит из положения “ 1” в “ 2” и происходит приоткрывание транзистора VT 1 за счет увеличения тока базы. Напряжение на нагрузке восстанавливается.

Способы повышения качества стабилизации в Компенсационных стабилизаторах непрерывного действия 10 1. Увеличение коэффициента усиления по постоянному току за счет использования в качестве УПТ вместо транзистора операционного усилителя. 2. Введение токостабилизирующего звена в выходной цепи УПТ, при этом исключается влияние изменений входного напряжения на выходной ток усилителя. 3. Введение дополнительных источников эталонного напряжения, которые устанавливаются в цепи эмиттера и базы транзисторного усилителя, при этом повышается чувствительность стабилизатора.

«Электропитание устройств связи» Тема: Стабилизаторы напряжения и тока

Компенсационные стабилизаторы напряжения — Стабилизаторы — Источники питания

Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) работает по иному принципу, нежели ПСН. Из названия видно, что КСН чего-то там компенсирует. В общем-то принцип действия КСН основан на изменении сопротивления регулирующего элемента в зависимости от управляющего сигнала. А вот и определение из книжки — КСН относятся к стабилизаторам непрерывного действия и представляют собой устройства автоматического регулирования, которые с заданной точностью поддерживают напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. КСН бывают последовательного и параллельного типа. Для рывка рассмотрим структурную схему типичного КСН последовательного типа.

Рис. 3 — КСН последовательного типа

РЭ — это регулирующий элемент, в качестве которого чаще всего используется транзистор (биполярный или полевой), СУ — схема управления — собственно управляет работой РЭ. Иногда вместо СУ изображают усилитель постоянного тока (УПТ). Его задача — усилить сигнал рассогласования и подать его на РЭ. Д — делитель напряжения, ИОН — источник опорного напряжения. В качестве ИОН применяют схему параметрического стабилизатора. Источник опорного напряжения и делитель объединяют в так называемый измерительный элемент (ИЭ). Из-за включения РЭ последовательно с нагрузкой схема так и называется — последовательная.

Итак, источник опорного напряжения (ИОН) задает опорное напряжение, поступающее на вход СУ. С делителя часть выходного напряжения (соизмеримого с напряжением ИОН) также подается на вход схемы управления (СУ). В результате сравнения выходного напряжения (или его части) с опорным СУ управляет РЭ, сопротивление которого меняется в ту или иную сторону. Короче, если, к примеру, напряжение на входе скакнуло, эта фигня, естественно, передается на выход. Сигнал с делителя напряжения подается на схему управления и та, в свою очередь, сравнивая напряжение с ИОН, дает команду РЭ увеличить (уменьшить) сопротивление. В результате на нагрузке напряжение остается постоянным. Кроме того, измерительный элемент выделяет пульсации выпрямленного напряжения, поступающие на РЭ, который достаточно хорошо сглаживает их. При рассмотрении принципиальной схемы все станет ясней.

Параллельную схему КСН рассмотрим только в структуре. Ее изображение приведено на рисунке 4.

Рис.4 — КСН параллельного типа

Принцип действия такого стабилизатора основан на изменении проводимости РЭ (опять же, в соответствии с управляющим сигналом), вызывающее изменение падения напряжения на балластом резике. Эта схема хорошо работает при небольшом импульсном изменении тока нагрузки. Её основное достоинство — при импульсном изменении тока нагрузки не происходит изменения тока, потребляемого от сети.

Ну а теперь перейдем к самому главному: к схемам. Очень простая и понятная, так сказать, типичная схема приведена на рисунке 5.

Рис.5 — Принципиальная схема КСН.

Итак, разберем все деталюшки. Функции РЭ выполняет транзистор VT1. ИОН образован резиком R1 и стабилитроном VD1 (как видим, это параметрический стабилизатор). Делитель, соответственно, состоит из резиков R2-R4. На транзисторе VT2 собран усилитель постоянного тока (УПТ). ИОН задает для УПТ образцовое напряжение, которое вводится в цепь эмиттера транзистора VT2. На базу транзистора поступает напряжение с делителя. Если изменяется выходное напряжение, а соответственно, и напряжение на базе транзистора VT2, который сравнивая это напряжение с напряжением на эмиттере, задает РЭ такой режим работы, что сопротивление его перехода изменяется, и напряжение на нагрузке остается постоянным. С помощью резика R3 можно регулировать выходное напряжение.

В качестве регулирующего элемента при малом токе нагрузки (не больше 0,1-0,2 А) используются одиночные транзисторы. При больших токах нагрузки ставят составные и так называемые тройные составные транзисторы.

Такая схема обладает защитой от короткого замыкания (КЗ). При КЗ обесточивается стабилитрон VD1 и транзисторы VT1, VT2 закрываются. Правда злоупотреблять этим не следует (т. е. ради интереса замыкать плюс с минусом). Защита от КЗ кратковременная. Но работает!

На практике один из вариантов такой схемы можно встретить с резиком между коллектором и эмиттером РЭ. Он необходим для нормальной работы стабилизатора при отрицательных температурах. Иногда пишут, что резик, шунтирующий переход коллектор-эмиттер РЭ, служит для запуска стабилизатора. Ну в принципе, наверное, понятно, что для смены полярности необходимо поменять тип транзисторов, направление включения стабилитрона и, соответственно, полярность включения кондеров (на схеме не показаны).

Итак, практическая схема вышеописанного стабилизатора приведена ниже:

Рис. 6 — КСН

Эта схема содрана с блока питания магнитофона приставки «Карат МП-201С» и, как видно, отличие состоит лишь в кондерах и резике R1. Резиком R4 подстраивают выходное напряжение. Подбирая стабилитрон VD1 можно изменять выходное напряжение ( при изменении входного, соответственно). При этом надо менять сопротивление резика R1. Две черточки на его корпусе обозначают мощность, т. е. 2 Вт. При больших токах нагрузки резик R1 греется. Естественно, транзистор VT1 необходимо установить на радиатор, площадью хотя бы 50 см2, т. к. и он может «пыхнуть».

Одной из разновидностей схем такого рода является так называемая схема с «холодным» коллектором. Её отличием является то, что регулирующий транзистор включается в цепь общего провода, а не «горячего». А это значит, что изолировать транзистор от радиатора или радиатор от корпуса устройства не надо, чего не скажешь о схемах на рисунках 5 и 6. В этих схемах транзисторы вылетают, как с добрым утром, если забыли изолировать коллектор (для тех, кто в танке, коллектор мощных транзисторов электрически соединен с корпусом транзистора или его частью для лучшего теплового контакта). На рисунке 7 эта схема и показана. Схема слизана с журнала Радио аж за 1984 год (Радио №12/1984).

Рис. 7 — КСН с «холодным» коллектором

Как видно, практически никаких отличий от предыдущей схемы. В качестве регулирующего использован составной транзистор КТ827А. Его можно легко заменить двумя — КТ815 и КТ819. Недостаток схемы — меньший ток нагрузки, нежели у схемы на рисунке 6. Да к тому же для такого стабилизатора необходим отдельный выпрямитель . Другими словами, если нужно несколько стабилизаторов, то для каждого придется забабахать свой выпрямитель. Зато все регулирующие транзисторы можно поставить на один теплоотвод, не изолируя их. 

энциклопедия киповца

Компенсационные непрерывные стабилизаторы напряжения представляют собой непрерывные автоматические системы регулирования (АСР) напряжения.

Как и во всех АСР, в схемах компенсационных непрерывных стабилизаторов напряжения можно выделить следующие элементы:

1) Датчик (Д) — в качестве датчика напряжения, обычно, выступает делитель напряжения, который позволяет использовать часть выходного напряжения схемы в качестве входного сигнала регулятора.

2) Задатчик — элемент схемы, с которого регулятор получает задание. В стабилизаторе напряжения он называется источником опорного напряжения (ИОН) и, обычно, строится на основе стабилитрона.

3) Регулятор — это элемент, который сравнивает входной сигнал регулятора с заданием (т.е. часть выходного напряжения схемы с опорным напряжением) и вырабатывает, в зависимости от их соотношения, управляющее воздействие. В стабилизаторах напряжения этот элемент принято называть элементом сравнения и усиления (ЭСУ). В качестве регулятора, обычно, используется операционный усилитель.

4) Регулирующий элемент (РЭ) — это элемент схемы, который, в зависимости от величины управляющего воздействия, изменяет свои рабочие параметры таким образом, чтобы напряжение на выходе стабилизатора оставалось постоянным. В качестве регулирующего элемента, обычно, используется транзистор.

В зависимости от схемы включения регулирующего элемента стабилизаторы напряжения делятся на последовательные (которые также называют сериесными) и параллельные (которые также называют шунтовыми).

Последовательные стабилизаторы напряжения (сериесные) — это стабилизаторы, в которых регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

Если напряжение на выходе превышает заданное, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что падение напряжения на нем увеличивается и, как следствие, уменьшается выходное напряжение. Если напряжение на выходе меньше заданного, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что падение напряжения на нем уменьшается и, как следствие, увеличивается выходное напряжение.

Параллельные стабилизаторы напряжения (шунтовые) — это стабилизаторы, в которых регулирующий элемент включен параллельно с нагрузкой.

Если напряжение на выходе превышает заданное, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что ток через него увеличивается, а следовательно — увеличивается падение напряжения на балластном резисторе и уменьшается выходное напряжение. Если напряжение на выходе меньше заданного, то ЭСУ вырабатывает управляющее воздействие, которое так воздействует на РЭ, что ток через него уменьшается, а следовательно уменьшается падение напряжения на балластном резисторе и увеличивается выходное напряжение.

Следует отметить, что последовательные стабилизаторы напряжения более распространены, чем параллельные.

Компенсационные непрерывные стабилизаторы напряжения отличаются относительно невысоким КПД (30-50%) и необходимостью использования специальных радиаторов для охлаждения РЭ, который, постоянно работая в активном режиме, может довольно значительно нагреваться.

Ниже представлен пример последовательного стабилизатора напряжения:

В данной схеме в качестве регулирующего элемента использован биполярный транзистор, в качестве датчика напряжения — делитель на резисторах R2 и R3, источник опорного напряжения реализован на стабилитроне и резисторе R1, а элемент сравнения и усиления реализован на операционном усилителе. Резистор R0 необходим для ограничения выходного тока операционного усилителя.

Схема работает следующим образом: в равновесном состоянии, когда выходное напряжение равно заданному, напряжение между входами операционного усилителя равно нулю.

Если выходное напряжение по какой-либо причине уменьшится на величину DUвых, то напряжение на неинвертирующем входе (с источника опорного напряжения) практически не изменится, а напряжение на инвертирующем входе (с делителя напряжения) уменьшится на величину DUвых*R3/(R3+R2). Это отрицательное приращение напряжения на инвертирующем входе инвертируется и усиливается операционным усилителем, в результате чего выходное напряжение операционного усилителя увеличится и, как следствие, увеличится потенциал базы транзистора. В результате этого увеличатся токи базы, коллектора и эмиттера транзистора, уменьшится падение напряжения Uкэ. Так как падение напряжения на транзисторе уменьшится, то выходное напряжение увеличится и схема вернется к равновесному состоянию. Аналогично, если выходное напряжение по какой-либо причине увеличится, то потенциал базы транзистора уменьшится и падение напряжения на транзисторе увеличится.

В рассмотренной схеме операционный усилитель должен питаться не выходным (стабилизированым) напряжением, а входным. Это необходимо по двум причинам:

1) В момент запуска схемы транзистор закрыт и операционный усилитель не получает питания, а следовательно не может изменить потенциал базы и открыть транзистор. То есть схема просто не запустится (по этой же причине ИОН также должен располагаться до РЭ, иначе в момент запуска схема будет находиться в состоянии равновесия).

2) Для нормальной работы транзистора потенциал его базы должен быть на 0,5…1 В выше, чем выходное напряжение, а питание операционного усилителя должно быть на 2. ..3 В больше, чем потенциал базы. То есть питание операционного усилителя должно быть на 2,5…4 В больше, чем выходное напряжение.

Аналогично можно построить схему параллельного стабилизатора, только добавляется балластный резистор, транзистор включается в цепь не последовательно, а параллельно. Последовательно с транзистором надо включить резистор. Напряжение с делителя должно поступать на неинвертирующий вход операционного усилителя, а с источника опорного напряжения — на инвертирующий, т.к. в данном случае при уменьшении выходного напряжения ток через транзистор должен уменьшаться, а при увеличении выходного напряжения — увеличиваться.

Безопасность | Стеклянная дверь

Пожалуйста, подождите, пока мы проверим, что вы реальный человек. Ваш контент появится в ближайшее время. Если вы продолжаете видеть это сообщение, отправьте электронное письмо чтобы сообщить нам, что у вас возникли проблемы.

Veuillez терпеливейший кулон Que Nous vérifions Que Vous êtes une personne réelle. Votre contenu s’affichera bientôt. Si vous continuez à voir ce сообщение, связаться с нами по адресу Pour nous faire part du problème.

Bitte warten Sie, während wir überprüfen, dass Sie wirklich ein Mensch sind.Ихр Inhalt wird в Kürze angezeigt. Wenn Sie weiterhin diese Meldung erhalten, Информировать Sie uns darüber bitte по электронной почте и .

Эвен Гедульд А.У.Б. terwijl мы verifiëren u een человек согнуты. Uw содержание wordt бинненкорт вергегевен. Als u dit bericht blijft zien, stuur dan een электронная почта naar om ons te informeren по поводу ваших проблем.

Espera mientras verificamos Que eres una persona real. Tu contenido se sostrará кратко. Si continúas recibiendo este mensaje, информация о проблемах enviando электронная коррекция .

Espera mientras verificamos Que eres una persona real. Tu contenido aparecerá en краткий Si continúas viendo este mensaje, envía un correo electronico a пункт informarnos Que Tienes Problemas.

Aguarde enquanto confirmamos que você é uma pessoa de verdade. Сеу контеудо será exibido em breve. Caso continue recebendo esta mensagem, envie um e-mail para Para Nos Informar Sobre O Problema.

Attendi mentre verificiamo che sei una persona reale.Il tuo contenuto verra кратко визуализировать. Se continui a visualizzare questo message, invia удалить все сообщения по электронной почте indirizzo для информирования о проблеме.

Включите Cookies и перезагрузите страницу.

Этот процесс автоматический. Вскоре ваш браузер перенаправит вас на запрошенный вами контент.

Подождите до 5 секунд…

Перенаправление…

Код: CF-102/6f4589953d7835ad

Обзор бюджета: Автоматические стабилизаторы — Бюджетный комитет Палаты представителей

Что такое автоматические стабилизаторы? Автоматические стабилизаторы — это «функции, встроенные в налоговую и трансфертную систему экономики, которые снижают налоги и увеличивают расходы по мере ослабления экономики. ”[1] Примеры включают федеральный подоходный налог, пособие по безработице и программы поддержки дохода с проверкой нуждаемости, такие как Программа дополнительной продовольственной помощи (SNAP). Программы с проверкой нуждаемости действуют как автоматические стабилизаторы, потому что по мере снижения доходов во время рецессии их охват увеличивается. Налоговый кодекс также действует как автоматический стабилизатор, поскольку налоговые сборы снижаются при снижении доходов во время рецессии.

Сколько стоят автоматические стабилизаторы? По данным Бюджетного управления Конгресса (CBO), автоматические стабилизаторы в действующем законодательстве, по прогнозам, увеличат дефицит на 400 миллиардов долларов в период с 2022 по 2029 год.[2] Эта цифра может быть меньше или больше в зависимости от показателей экономики. С 2008 по 2017 год стоимость автоматических стабилизаторов составила более 1,6 трлн долларов[3]. Эффект автоматических стабилизаторов, а также законы о стимулировании, такие как Закон о восстановлении и реинвестировании Америки 2009 года, увеличили дефицит со 161 миллиарда долларов до начала последней рецессии в 2007 году до более чем 1,4 триллиона долларов, когда рецессия достигла своего пика в 2009 году.

Предложения по замене автоматических стабилизаторов. Некоторые выступают за создание новых автоматических стабилизаторов, которые будут действовать во время будущей рецессии. Примеры потенциальных новых автоматических стабилизаторов включают: более высокие пособия SNAP, снижение налога на заработную плату, более высокие федеральные ставки выплат по программе Medicaid и расширенные пособия по безработице. Некоторые из этих форм стимулирующих расходов применялись во время предыдущих рецессий. Например, пособия по безработице увеличивались Конгрессом во время каждого экономического спада за последние шесть десятилетий.[4] Создание новых автоматических стабилизаторов приведет к увеличению обязательных расходов, части бюджета, которая уже находится на автопилоте и обычно увеличивается каждый год без каких-либо действий Конгресса. Добавление новых автоматических стабилизаторов поставило бы будущих политиков в невыгодное положение, лишив их гибкости и способности реагировать на разворачивающиеся события.

В среду, 16 октября -го , Бюджетный комитет Палаты представителей проведет слушание на тему «Укрепление нашего финансового инструментария: варианты политики для повышения экономической устойчивости».«Слушание дает членам возможность подчеркнуть силу текущего восстановления и предложить политику для продолжения сильного экономического роста страны.


[1] https://www.crs.gov/Reports/R45780?source=search&guid=bc941f7466ee443885053ff2a81a9009&index=0.

[2] https://www.cbo.gov/system/files?file=2019-01/54918-Outlook-AppendixC.pdf.

[3] Там же.

[4] https://www.crs.gov/Reports/RL34340?source=search&guid=cab69fe9b09b434bb59fd512878a5d6c&index=6.

Объявление о двухпартийном законодательстве, направленном на стабилизацию Фонда пособий по безработице

21 апреля лидер республиканцев в Палате представителей

Винсент Канделора вместе с конгрессменами Холли Чизман, Шоном Скэнлоном и Гарри Аророй рассказали о двухпартийных реформах, направленных на стабилизацию фонда компенсации по безработице в нашем штате. Канделора губернатору Ламонту и его команде за их вклад в это сотрудничество, в котором участвовали как рабочие, так и деловые круги.Член палаты представителей Канделора также похвалил члена палаты представителей Дэйва Рутильяно за его приверженность решению этого вопроса такой экономической важности. Смотрите полную пресс-конференцию.

 

ПОЛНЫЙ ВЫПУСК НОВОСТЕЙ:

Губернатор Ламонт объявляет о заключении двухпартийного соглашения о восстановлении Целевого фонда страхования по безработице

(ХАРТФОРД, Коннектикут) — губернатор Нед Ламонт, представитель штата Шон Скэнлон (Д-Брэнфорд, Гилфорд), представитель штата Холли Чизман (республика-Восточный Лайм, Салем), лидеры законодательного органа, Коннектикут AFL-CIO и Коннектикут Бизнес и Промышленная ассоциация (CBIA) сегодня объявила о подробностях двухпартийного предложения восстановить Трастовый фонд страхования от безработицы и снизить налоги для большинства предприятий Коннектикута.

Доверительный фонд страхования по безработице Коннектикута был неплатежеспособным в течение 48 из последних 50 лет, что вынуждало Коннектикут занимать деньги у федерального правительства во время экономических спадов. Во время Великой рецессии Коннектикут занял у Вашингтона 1,25 миллиарда долларов — долг был погашен с процентами в размере 85 миллионов долларов в течение следующих шести лет. Во время текущей рецессии Коннектикут занял 712 миллионов долларов, и это еще один долг, который он погасит с процентами, поскольку экономика изо всех сил пытается восстановиться.

Сегодняшнее двухпартийное предложение предотвратит повторение этой истории. Он восстанавливает платежеспособность трастовых фондов и снижает налоги не менее чем для 73% предприятий за счет расширения налогооблагаемой базы заработной платы, снижения налоговых ставок и реформирования льгот.

В частности, начиная с 2024 года, предложение:

  • Увеличивает налогооблагаемую базу заработной платы с 15 000 до 25 000 долларов, а затем индексирует ее с учетом инфляции;
  • Снижает максимальную ставку налога на платежеспособность с 1,4% до 1%;
  • Уменьшает минимальную и увеличивает максимальную ставку налога на опыт с 0. 5-5,4% до 0,1-10%;
  • Увеличивает минимальный заработок базового периода, необходимый для получения пособия по безработице, с 600 до 1600 долларов, а затем индексирует его с учетом инфляции, за исключением случаев, когда федеральное правительство предоставляет дополнительные пособия заявителям на пособие по безработице;
  • Задерживает четыре ежегодных увеличения максимальной суммы еженедельного пособия на 18 долларов США; и
  • Отсрочка пособий по безработице до прекращения выплаты выходных пособий для всех сотрудников.

Эти изменения согласовывают налоги и пособия по безработице в Коннектикуте с соседними штатами и корректируют десятилетнюю эрозию реальной стоимости сумм в долларах, которые не были проиндексированы с учетом инфляции.Если бы предложенные реформы были проведены после последней рецессии, Коннектикут начал бы пандемию с платежеспособным трастовым фондом.

«Надежная, устойчиво финансируемая система страхования по безработице является наиболее важным инструментом Коннектикута, позволяющим уберечь наши семьи от бедности и сохранить нашу экономику в движении во время рецессии»,  Губернатор Ламонт сказал . «Я признателен законодателям и заинтересованным сторонам, которые работают вместе, чтобы выработать общий путь решения этого важного вопроса».

«Создание долгосрочной жизнеспособности целевого фонда является важной реформой», — сказал Комиссар по вопросам труда штата Коннектикут Курт Уэстби .«Это поможет стабилизировать бизнес и уменьшить финансовую неопределенность, которая препятствует экономическому росту и найму сотрудников. В конечном итоге это укрепит нашу рабочую силу и предотвратит дальнейшее повышение налогов для нашего делового сообщества. Я аплодирую губернатору Ламонту и лидерам Коннектикута за выдвижение этого предложения».

«Эти реформы давно назрели»,  Дэйв Роше, президент Совета по строительству и строительству штата Коннектикут и генеральный вице-президент Коннектикута AFL-CIO, сказал .«В стране устойчивых привычек меня воодушевляет достигнутый нами компромисс, который поможет обеспечить платежеспособность трастового фонда по безработице. Снова и снова рабочие в этом штате демонстрировали свою готовность участвовать в добросовестных обсуждениях для достижения решений. И на протяжении всей пандемии слишком многим приходилось полагаться на пособие по безработице, поскольку они потеряли работу не по своей вине. Работающие люди нуждаются в экономической поддержке, предоставляемой пособиями по безработице и бюджетом, который удовлетворяет неудовлетворенные потребности в здравоохранении, жилье и налоговых льготах.Мы благодарим губернатора Ламонта за объединение всех этих сторон, и мы верим, что дух этого компромисса будет отражен в законе, который в конечном итоге будет рассмотрен Генеральной Ассамблеей».

Президент и главный исполнительный директор CBIA Крис ДиПентима назвал пакет реформ системы компенсации по безработице «историческим», отметив потенциальные долгосрочные выгоды для экономики штата.

«Этот пакет представляет собой наиболее значительный набор реформ в истории государственной системы безработицы»,  ДиПентима сказал . «Многие изменения представляют собой реформы, за которые CBIA выступала с момента окончания последней рецессии, чтобы решить одну из главных проблем бизнес-сообщества — потребность в более предсказуемой, определенной и стабильной политике. Такие всеобъемлющие реформы показывают, чего мы можем достичь вместе, когда государственный и частный секторы сотрудничают и разрабатывают решения, которые принесут пользу всем».

«Я рад присоединиться к этой двухпартийной группе законодателей, лидеров штатов и защитников, чтобы представить комплексный план создания более устойчивого трастового фонда страхования от безработицы, способного выдержать будущие рецессии», Лидер большинства в Палате представителей Джейсон Рохас (D-East Hartford). , Манчестер) сказал .«Чтобы Коннектикут вышел из нынешнего экономического кризиса и построил более устойчивое будущее, мы должны проложить пути, которые дадут толчок восстановлению штата и будут способствовать развитию экономики, в которой смогут процветать предприятия и семьи».

«Это двухпартийное предложение предлагает значимый шаг к созданию долгосрочной стабильности в нашем фонде компенсации по безработице при одновременном снижении связанного с этим бремени расходов для предприятий», — сказал лидер меньшинства в Палате представителей Винсент Канделора (республиканец от Северного Бранфорда).«То, что защитники бизнес-сообщества получили место за столом переговоров, имеет большое значение, и я надеюсь, что дух сотрудничества, который привел нас к этому моменту, будет способствовать дальнейшему обсуждению действий, которые мы можем предпринять вместе для создания более конкурентного делового климата. ”

«После величайшего испытания нашей системы безработицы пришло время укрепить и реформировать систему, чтобы она не только стала платежеспособной впервые за долгое время, но и стала более доступной для большинства предприятий в Коннектикуте», Представитель Скэнлон сказал .«В течение многих лет мы обсуждали изменения, но я благодарен за то, что работал с моим высокопоставленным членом, администрацией, профсоюзами и бизнес-сообществом, чтобы добиться этого и достичь этого исторического соглашения».

«Я хочу поблагодарить все стороны, которые упорно пытались найти решение этой давней проблемы. Мы не позволили лучшему стать врагом хорошего, — сказал представитель Чизман . «Компромисс требовался от всех сторон, и в результате у нас есть возможность создать платежеспособный Трастовый фонд страхования от безработицы впервые за несколько десятилетий.

«Работники, потерявшие работу, должны иметь возможность рассчитывать на пособие по безработице, чтобы поддерживать их до тех пор, пока они не будут снова трудоустроены»,  Сью Гартен, управляющий юрист Greater Hartford Legal Aid и член Консультативного совета штата по обеспечению занятости, . «Платежеспособный трастовый фонд снижает давление по сокращению пособий по безработице, когда работники больше всего в них нуждаются».

Двухпартийное предложение также включает меры по восстановлению после рецессии, основанные на уроках, извлеченных из пандемии COVID-19.А именно:

  • Снижает максимальную ставку налога на платежеспособность во время рецессии, чтобы ограничить рост налогов на хрупкую экономику;
  • Снижает опыт увеличения налоговых ставок, когда это увеличение связано с общеотраслевыми экономическими потрясениями, а не с поведением отдельных фирм; и
  • Не взимает плату с работодателей во время и сразу после рецессии за пособия, выплачиваемые в рамках программы совместной работы Министерства труда, которая помогает работодателям управлять бизнес-циклами без увольнения сотрудников.

Наконец, он определяет каждый день отсутствия без уважительной причины или уведомления работодателя как отдельное отсутствие. Текущее определение включает один или два последовательных дня.

Система страхования по безработице в Коннектикуте финансируется за счет трех налогов. В основе программы лежит налог на уровне штата, рассчитанный на основе стажа, который устанавливается для каждого работодателя в зависимости от суммы пособий, получаемых бывшими работниками этого работодателя. Налог на опыт увеличивается по мере необходимости для поддержания баланса средств за счет налога на платежеспособность на уровне штата в масштабах всей экономики.Наконец, федеральное правительство собирает налоги для оплаты администрирования программы и возмещения любых федеральных займов.

Все эти налоги взимаются не с общего фонда заработной платы, а с налогооблагаемой базы заработной платы: первые 15 000 долларов работодатель платит работнику на стороне Коннектикута; первые $7000 работодатель платит работнику на федеральном. Поскольку эти базы не индексируются с учетом инфляции и не увеличивались в течение нескольких десятилетий, их реальная стоимость в долларах неуклонно и значительно снижалась с течением времени.Процент общей заработной платы, облагаемой налогом на безработицу, снизился вместе с ними до рекордно низкого уровня в 22,9%.

Если большая часть заработной платы не облагается налогом на безработицу, это угрожает платежеспособности фонда, снижает эффективность системы оценки опыта и непропорционально ложится бременем на малый бизнес и работающие семьи. Уменьшение силы системы рейтинга опыта препятствует тому, чтобы страхование по безработице функционировало как страховой продукт, взносы которого предсказуемо связаны с использованием, позволяя небольшому количеству предприятий платить меньше, чем они должны, и вынуждая две трети работодателей Коннектикута платить больше, чем им следует.

 

Зажимная техника

Примечание

Теперь вы перенаправлены в нашу дочернюю компанию в Германии.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашего испанского филиала.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашего французского филиала.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашего итальянского филиала.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашего китайского филиала.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Вы перенаправлены на веб-сайт нашей российской дочерней компании.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашей дочерней компании в Корее.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашей дочерней компании в Нидерландах.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашего чешского филиала.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашего польского филиала.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашей дочерней компании в Словакии.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Теперь вы перенаправлены на веб-сайт нашей дочерней компании в Японии.
Обратите внимание, что контент для конкретной страны может быть недоступен в вашей стране.

Компенсация движения с помощью аспирационного стабилизатора для прижизненной микроскопии

. 2012 1 октября; 1(2):115-121. doi: 10.4161/intv.23017. Бесплатная статья ЧВК

Элемент в буфере обмена

Клаудио Винегони и др. Прижизненный. .

Бесплатная статья ЧВК Показать детали Показать варианты

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

.2012 1 октября; 1(2):115-121. doi: 10.4161/intv.23017.

Элемент в буфере обмена

Полнотекстовые ссылки Параметры отображения цитирования

Показать варианты

Формат АннотацияPubMedPMID

Абстрактный

Артефакты движения по-прежнему представляют серьезную проблему для визуализации одиночных клеток в кардиоторакальных органах, таких как бьющееся сердце, кровеносные сосуды или легкие. В этом исследовании мы представляем новый всасывающий стабилизатор с погружением в воду, который позволяет проводить минимально инвазивную прижизненную флуоресцентную микроскопию с использованием стержневых объективов на водной основе. Стабилизатор работает за счет уменьшения основных отклонений движения и может использоваться в сочетании как с проспективным, так и с ретроспективным подходом к стробированию. Мы показываем, что новый подход предлагает клеточное разрешение в бьющемся сердце мыши, не нарушая нормальную физиологию. Кроме того, поскольку этот метод позволяет легко исследовать несколько областей, он дает возможность охвата большой площади с высоким разрешением.

Ключевые слова: визуализация сердца; визуализация in vivo; прижизненная микроскопия; компенсация движения; оптическая микроскопия.

Цифры

Рис. 1

Экспериментальная установка. (А) Сердце…

Рис. 1

Экспериментальная установка. (A) Система визуализации сердца состоит из изготовленного на заказ вакуумного сердца…

рисунок 1

Экспериментальная установка. (A) Система визуализации сердца состоит из изготовленного на заказ вакуумного стабилизатора сердца (для распределения различных линз стержневого типа с водной иммерсией), регистратора и усилителя электрокардиограммы (ЭКГ), аппарата искусственной вентиляции легких для мелких животных, лазерного сканирующего микроскопа ( LSM), электроника сбора сигналов и блок обработки.Мышиное сердце удерживается в контакте с объективом-палочкой посредством мягкого отрицательного давления. Во время визуализации сигналы ЭКГ, сигналы давления в дыхательных путях легких и сигналы синхронизации сканирования микроскопа записываются для реконструкции изображения с помощью ретроспективного стробирования. (B) Трехмерная схематическая модель изготовленного на заказ стабилизатора сердца. Стабилизатор подключается к регулятору вакуума через металлический трубопровод диаметром 1 мм (серого цвета). Масштабная линейка 5 мм. (C) Вид сбоку (B) с объективом палочного типа.Стрелки указывают направление всасывающего потока. Внешняя камера стабилизатора находится под отрицательным давлением и создает вакуум, который мягко удерживает сердечную ткань на месте. Внутренняя камера поддерживается при стандартном давлении и заполнена водой для согласования показателя преломления линзы объектива. Покровное стекло, приклеенное к концу второй камеры, предотвращает вытекание воды. Миокард находится в непосредственном контакте с покровным стеклом.

Рис.2

Получены изображения микроциркуляторного русла сердца…

Рис. 2

Изображения микроциркуляторного русла сердца, полученные без (A) или с (C) предложенным стабилизатором…

Рис. 2

Изображения микроциркуляторного русла сердца, полученные без (A) или с (C) предложенным стабилизатором (запущено в начале «окна временной стабилизации»; см. рис. 3).Взаимную корреляцию (коэффициент Пирсона) рассчитывали для всех кадров изображения, полученных как без (B), так и со стабилизатором (D) (0,25 и 0,8 соответственно). Вместо этого черные точки указывают на корреляцию между участками изображения в разных кадрах, собранными во временно стабилизированном окне (W3; рис. 3). Из-за сниженной двигательной активности в эту фазу сердечного цикла значение кросс-корреляции для этой части изображений все больше возрастает (~1).

Рис. 3

Вверху слева, временная диаграмма…

Рис. 3

Вверху слева временная диаграмма получения изображения. VN: кривая давления в дыхательных путях легких;…

Рис. 3

Вверху слева временная диаграмма получения изображения. VN: кривая давления в дыхательных путях легких; W1: окно стробирования с центром в конце фазы выдоха; запись электрокардиограммы ЭКГ; W2: окно ворот в конце диастолической фазы; W3: временно стабилизированное окно.Внизу слева на полученных изображениях видны артефакты движения из-за сердцебиения и дыхания. На необработанном изображении наблюдалась неискаженная область в точке, где конечная диастола совпадала с концом выдоха; данные были собраны из области (участка), ограниченной белой пунктирной рамкой в ​​окне временной стабилизации без искажений (W3). Справа: собирая последовательные изображения с помощью ретроспективного или проспективного стробирования (изображения слева), можно было получить изображения неискаженных областей (справа) и реконструировать их для создания окончательного изображения без артефактов (нижнее правое изображение).

Рис. 4

(A) Реконструированное стабилизированное изображение…

Рис. 4

(A) Реконструированное стабилизированное изображение микроциркуляторного русла сердца, окрашенного лектином (красный).…

Рис. 4

(A) Реконструированное стабилизированное изображение микроциркуляторного русла сердца, окрашенного лектином (красный). Шарики с меткой FITC (диаметр 5 микрометров; зеленый) вводили живым мышам перед визуализацией. Бусины, попавшие в сосудистую сеть, впоследствии использовались в качестве реперных маркеров для количественной оценки смещения ткани, вызванного движением. Изображения были получены с помощью объектива MicroProbe с 6-кратным увеличением (Olympus, IV-OB13F67W20).(B) Положение одной бусины (голубые ромбы) было определено на нескольких кадрах после применения стабилизатора. Когда положение шарика определялось в пределах временного стабилизированного окна (W3), величина смещения значительно уменьшалась (вариации положения шарика обозначены красным кружком). Сравнение реконструкций in vivo (C) и посмертных изображений (D) демонстрирует эффективность предлагаемого метода.

Рис.5

Изображение белого света…

Рис. 5

Изображение сердца в белом свете до (А) и после (В) применения…

Рис. 5

Изображение сердца в белом свете до (А) и после (В) применения стабилизирующего держателя.После удаления стабилизатора на изображениях не видно никаких повреждений. Сигналы ЭКГ, полученные в разное время до сеанса прижизненной визуализации (С) и после размещения стабилизатора на сердце (D). Никаких заметных различий в сигналах ЭКГ нет, что указывает на нормальную электрическую активность сердца во время сеанса визуализации. (E, F) Чтобы продемонстрировать, что стабилизатор не изменяет капиллярные структуры, мышам внутривенно вводили 50 мкл 10 нМ раствора лектина Griffonia simplicifolia-I (Ex 550 нм, Em 575 нм), который специфически связывается с эндотелиальные клетки мыши, окрашивающие капилляры.После удаления стабилизатора мышь подвергали эвтаназии и немедленно визуализировали сердце. Повреждения микрососудистой сети на поверхности сердца как на макроскопическом (Е), так и на микроскопическом (F) уровне отсутствовали. (F) получен в конфокальном режиме на глубине ок. 50 мкм в месте контакта стабилизатора с сердцем.

Похожие статьи

  • Автоматическое удаление артефактов движения для прижизненной микроскопии без априорной информации.

    Ли С., Винегони С., Себас М., Вайследер Р. Ли С. и др. Научный представитель 2014 г., 28 марта; 4:4507. дои: 10.1038/srep04507. Научный представитель 2014. PMID: 24676021 Бесплатная статья ЧВК.

  • Схема характеристики движения для минимизации артефактов движения в прижизненной микроскопии.

    Ли С., Куртис Г., Нарендорф М., Вайследер Р., Винегони К. Ли С. и др.J Биомед Опт. 2017 1 марта; 22 (3): 36005. дои: 10.1117/1.JBO.22.3.036005. J Биомед Опт. 2017. PMID: 28253383 Бесплатная статья ЧВК.

  • Визуализация бьющегося сердца мыши с использованием методов прижизненной микроскопии.

    Винегони С., Агирре А.Д., Ли С., Вайследер Р. Винегони С. и др. Нат Проток. 2015 ноябрь;10(11):1802-19. doi: 10.1038/nprot.2015.119. Epub 2015 22 октября.Нат Проток. 2015. PMID: 26492138 Бесплатная статья ЧВК.

  • Новые методы микроскопии сердца без артефактов движения in vivo.

    Винегони С., Ли С., Агирре А.Д., Вайследер Р. Винегони С. и др. Фронт Физиол. 2015 12 мая; 6:147. doi: 10.3389/fphys.2015.00147. Электронная коллекция 2015. Фронт Физиол. 2015. PMID: 26029116 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Многофотонная прижизненная микроскопия у мелких животных: проблемы с артефактами движения и технические решения.

    Суле Д., Ламонтань-Пру Ж., Обе Б., Давалос Д. Сулет Д. и соавт. Дж Микроск. 2020 апрель; 278(1):3-17. дои: 10.1111/jmi.12880. Epub 2020 5 марта. Дж Микроск. 2020. PMID: 32072642 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

Цитируется

21 статьи
  • Методы прижизненной визуализации для биомедицинских и клинических исследований.

    Кост А., Октай М. Х., Кондилис Дж. С., Энтенберг Д. Кост А и др. Цитометрия А. 2020 май; 97 (5): 448-457. doi: 10.1002/cyto.a.23963. Epub 2019 30 декабря. Цитометрия А. 2020. PMID: 31889408 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Живая прижизненная визуализация клеточного трафика в микроциркуляторном русле сердца — победа над шансами.

    Кавана DPJ, Калия Н.Кавана ДПЖ и др. Фронт Иммунол. 2019 26 ноября; 10:2782. doi: 10.3389/fimmu.2019.02782. Электронная коллекция 2019. Фронт Иммунол. 2019. PMID: 31849965 Бесплатная статья ЧВК. Рассмотрение.

  • Прижизненная визуализация с помощью двухфотонной микроскопии выявляет клеточную динамику в реперфузированном сердце крысы с ишемией.

    Мацуура Р., Миягава С., Фукусима С., Гото Т., Харада А., Симодзаки Ю., Ямаки К., Санами С., Кикута Дж., Исии М., Сава Ю.Мацуура Р. и соавт. Научный представитель 2018 г. 30 октября; 8 (1): 15991. doi: 10.1038/s41598-018-34295-w. Научный представитель 2018. PMID: 30375442 Бесплатная статья ЧВК.

  • Визуализация вирусной инфекции in vivo с помощью многофотонной прижизненной микроскопии.

    Севальд X. Севальд X. Вирусы. 2018 июнь 20;10(6):337. дои: 10.3390/v10060337. Вирусы. 2018. PMID: 29925766 Бесплатная статья ЧВК.Рассмотрение.

  • Прижизненная визуализация поверхностного слоя легочного эндотелия в модели сепсиса у мышей.

    Пак И, Чхве К, Со Х, Хван И, Сон И, Ан Дж, Хван Джо И, Ким П. Парк I и др. Биомед Опт Экспресс. 2018 26 апреля; 9 (5): 2383-2393. doi: 10.1364/BOE.9.002383. Электронная коллекция 2018 1 мая. Биомед Опт Экспресс. 2018. PMID: 29760995 Бесплатная статья ЧВК.

Моделирование и экспериментальное исследование стратегии управления оперением стабилизатора нулевой скорости на основе возмущения и компенсации

Abstract

Стабилизатор нулевой скорости применяется для уменьшения крена судов при нулевой скорости. Эта статья направлена ​​на изучение стратегии управления стабилизатором плавника с нулевой скоростью с помощью комплексного метода теоретического анализа, моделирования и испытаний резервуара. Модель гидродинамической силы создается с использованием аналитического подхода, а упрощенная модель получается путем подгонки данных моделирования CFD. Стратегия управления стабилизатором киля с нулевой скоростью получена на основе возмущения и компенсации путем анализа зависимости фазового согласования между волновым возмущением, креном корабля, движением киля и гидродинамической силой, вызванной килем.Моделирование и испытания резервуаров с водой проводятся для проверки эффективности и осуществимости полученных стратегий управления. Результаты моделирования и испытаний резервуара показывают, что полученные стратегии управления стабилизатором киля нулевой скорости, основанные на возмущении и компенсации, эффективны и практичны. Предлагаемый метод обеспечивает теоретическую и экспериментальную поддержку для инженерных приложений, а также может быть эталоном для проектирования регуляторов стабилизаторов плавников с нулевой скоростью.

Образец цитирования: Лян Л., Чжао П., Чжан С., Цзи М., Сонг Дж., Юань Дж. (2018) Моделирование и экспериментальное исследование стратегии управления плавниковым стабилизатором нулевой скорости на основе возмущения и компенсации.ПЛОС ОДИН 13(10): e0204446. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0204446

Редактор: Алессио Алексиадис, Университет Бирмингема, СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО

Поступила в редакцию: 22 мая 2018 г.; Принято: 8 сентября 2018 г .; Опубликовано: 1 октября 2018 г.

Авторское право: © 2018 Liang et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе и в его файлах вспомогательной информации.

Финансирование: Автор(ы) не получали специального финансирования для этой работы.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

1 Введение

Судно в море движется с шестью степенями свободы (6-DOF) под воздействием морских ветров, волн и течений. По сравнению с другими пятью степенями свободы крен судна, вызываемый в основном волнами, оказывает наибольшее влияние на безопасность корабля.Большая качка может привести к повреждению груза, прерыванию работы на борту и даже к опрокидыванию судна [1, 2]. С развитием океанотехники все больше бортовых операций необходимо выполнять на малых и нулевых скоростях, таких как спуск и подъем рабочего катера, взлет и посадка вертолета [3]. Более того, при нулевой скорости корабли испытывают большее креновое движение, поскольку демпфирование крена уменьшается со скоростью корабля [4]. Поэтому необходимо уменьшить крены корабля при нулевой скорости.

Скуловой киль, бак стабилизатора качки, подвижный груз и гиростабилизатор являются обычно используемыми устройствами уменьшения крена на нулевой скорости. Скуловой киль представляет собой пассивное устройство против качки, установленное на скулах по обеим сторонам корабля. Это уменьшает качку судна за счет увеличения демпфирования качки, но также увеличивает сопротивление плаванию [5]. Резервуар против качки уменьшает качку судна за счет возвратно-поступательного движения воды. Для достижения удовлетворительного эффекта снижения крена требуется ценное пространство кабины [6].Подвижные грузы создают восстанавливающий момент за счет управления движением грузов, что требует больших затрат энергии [7]. Гиростабилизатор создает стабилизирующий момент за счет высокоскоростного вращения маховика. Однако его противокачковая способность ограничена размерами и обычно устанавливается на небольших яхтах [8].

Ребристые стабилизаторы являются наиболее эффективными активными устройствами против качения. Их противокачковый эффект при большой скорости движения теоретически может достигать 90 % [9]. Но их производительность на низкой и нулевой скорости оставляет желать лучшего.Наиболее целесообразным вариантом снижения бортовой качки судна с удовлетворительным эффектом противодействия качке во всем диапазоне скоростей является комплексная система снижения бортовой качки, состоящая из бака стабилизатора поперечной устойчивости и стабилизатора киля [10]. Интегрированная система использует бак стабилизатора качения для уменьшения крена на низкой и нулевой скорости, а также бак стабилизатора качения и стабилизатор ребра для уменьшения крена на средней/высокой скорости. Однако стоимость проектирования, установки и обслуживания двух отдельных устройств огромна. Он также занимает ценное пространство в каюте и увеличивает водоизмещение корабля и сопротивление плаванию.Таким образом, лучший способ решить вышеуказанную проблему — усовершенствовать обычный стабилизатор киля, чтобы он обладал способностью препятствовать качке на всей скорости, а улучшенный вариант называется стабилизатором киля с нулевой скоростью [11–14]. Он принимает нормальный режим работы на средней/высокой скорости и переключается в режим нулевой скорости на нулевой/низкой скорости [15]. Самым большим преимуществом этой конструкции является ее совместимость с обычной системой стабилизатора плавников. Стоимость не увеличится слишком сильно, так как нам нужно спроектировать и поддерживать только одну систему.Стабилизатор плавников с нулевой скоростью был впервые предложен в 1998 г. исследователями и инженерами компаний Amels и MARIN в Нидерландах [16]. Предполагаемой целью было повышение комфорта моторных яхт на якоре. Пара реберных стабилизаторов использовалась для создания силы, препятствующей качке, для уменьшения крена корабля при нулевой скорости с использованием принципа весла [16, 17]. Первая в мире система стабилизатора киля с нулевой скоростью была установлена ​​на 71-метровой яхте Boadicea компаниями Naiad, MARIN и Amels в 1999 году. Новая система значительно уменьшила качку корабля на нулевой скорости и его эффект предотвращения качки. в скоростном режиме также удовлетворительно [18, 19].Другая система предотвращения качки при нулевой скорости на основе механизма Вейса-Фога была предложена Институтом исследований стабилизации и управления кораблем Харбинского инженерного университета в 2005 г. [20, 21]. Предложенная схема могла бы создавать большую восстанавливающую силу для стабилизации крена судна при нулевой скорости, но не может быть применена на практике из-за своей сложной конструкции. Таким образом, в этой статье рассматривается продольный машущий стабилизатор нулевой скорости, предложенный MARIN и Quantum Control.

Dallinga [16] предложил релейный контроллер для управления стабилизаторами киля с нулевой скоростью, чтобы уменьшить качку корабля на нулевой скорости.Джин и Чжан [22] разработали нечеткий регулятор с минимальным энергопотреблением на основе улучшенного генетического алгоритма для уменьшения крена при нулевой скорости. Jin и Wang [23] предложили вариант прогнозирующего контроллера модели ограничения для управления плавниками, однако ограничение подъемной силы и специальный метод работы ограничивают его эффект уменьшения крена. Сонг и Лян [24] разработали контроллер стабилизатора плавника с нулевой скоростью на основе радиальной базисной функции и общей регрессионной нейронной сети. Су и Гао [25] разработали контроллер с нечетким скользящим режимом для стабилизации крена.Вышеупомянутые документы непосредственно дают конструкцию регулятора для стабилизаторов плавника нулевой скорости в соответствии с его гидродинамическими силовыми характеристиками. В этой статье стратегия управления получена на основе возмущения и компенсации путем анализа фазового согласования волнового возмущения, крена корабля, движения плавника и гидродинамической силы, вызванной плавником. В качестве целевого корабля было выбрано 84-метровое судно управления рыбным хозяйством, и на нем были проведены все симуляции и испытания резервуаров.Структура работы выглядит следующим образом. Раздел 2 устанавливает модель гидродинамической силы стабилизатора киля нулевой скорости. В разделе 3 анализируется стратегия управления стабилизатором нулевой скорости на основе возмущения и компенсации. В разделе 4 устанавливается имитационная модель системы уменьшения крена стабилизатора киля с нулевой скоростью и дается конструкция контроллера. В разделе 5 проверяется применимость полученных стратегий управления с помощью моделирования и испытаний резервуаров с водой. Наконец, выдается заключение.

2 Гидродинамическое моделирование стабилизатора киля нулевой скорости

2.1 Конфигурация корабля

В качестве объекта исследования выбрано судно рыбохозяйственного управления длиной 84 метра. Две пары стабилизаторов ребра предназначены для удовлетворения требований по демпфированию кренов при нулевой скорости. Основные параметры корабля и проектируемого стабилизатора киля нулевой скорости приведены в таблицах 1 и 2 соответственно. Также была построена масштабная модель корабля управления рыбным хозяйством в масштабе 1:25 для проведения испытаний резервуаров для воды.Параметры масштабных моделей корабля и киля также приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

2.

2 Гидродинамическое моделирование

Ребро, вращающееся вокруг своего вала в неидеальном поле течения, подвергается сопротивлению давления, сопротивлению трения, вихревому сопротивлению и добавочной силе инерции [11, 16]. По сравнению с сопротивлением давления, вихревым сопротивлением и добавленной силой инерции напряжение трения намного меньше и, как правило, им можно пренебречь [26]. Таким образом, гидродинамическая сила, действующая на активное маховое оперение, представляет собой сложную силу сопротивления давления, сопротивления вихря и добавленной силы инерции.В данной работе в качестве прототипа для моделирования гидродинамической силы выбран киль NACA0015, как показано на рис. 1, где c — хорда, c 1 — расстояние между передней кромкой и валом киля. , а s — это диапазон.

2.2.1 Сила сопротивления давления.

Сила сопротивления давления тесно связана с формой и движением плавника[27]. Декартова система координат определена, как показано на рис. 2. Для упрощения анализа сегмент дуги заменен прямой линией.

Когда ребро вращается вокруг своего вала с угловой скоростью ω f , мгновенное сопротивление давлению любого элемента ( x , y ) на задней стороне вала ребра может быть выражено как: (1) Где C D — коэффициент сопротивления, ρ — плотность жидкости, мгновенная нормальная скорость элемента ( x , y ) и l — длина прямой линии .

Интегрируя уравнение (1), мы получаем: (2) Где толщина ребра.

По сравнению с хордой c и пролетом s толщина намного меньше и обычно ею можно пренебречь. Следовательно, уравнение (2) можно упростить следующим образом: (3)

Аналогично, сопротивление давлению на передней стороне вала ребра получается как: (4)

Таким образом, полное сопротивление давлению равно: (5)

2.2.2 Добавлена ​​сила инерции.

Дополнительная сила инерции возникает из-за инерции жидкости. При взмахах плавника вверх и вниз определенная масса жидкости ускоряется или замедляется. Однако их инерция всегда пытается удержать их в начальном состоянии движения и, следовательно, придает килю силу, называемую присоединенной силой инерции [20]. Пусть T — кинетическая энергия жидкости, а J — присоединенный момент инерции ребра, тогда T можно рассчитать как: (6)

Пусть L = T P — функция Лагранжа, где P — потенциальная энергия поверхности ребра.Поскольку расстояние между стержнем ребра и центром тяжести ребра мало, влиянием потенциальной энергии P на ребро можно пренебречь. Следовательно, функция Лагранжа может быть выражена как: (7)

Согласно второму уравнению Лагранжа получаем: (8) Где M — крутящий момент плавника.

Подставив уравнение (7) в уравнение (8), мы получим: (9)

Пусть k c ( c /2 − c 1 ) будет расстоянием между точкой действия присоединенной силы инерции и валом ребра, тогда присоединенная сила инерции 5 F объявления можно рассчитать как: (10)

Добавленный момент инерции Дж можно рассчитать как [28]: (11)

Подставляя уравнение (11) в уравнение (10), получаем: (12) Где k a = 1/ k c можно аппроксимировать как константу, связанную с угловым ускорением ребра.

2.2.3 Вихревая сила сопротивления.

Эффект вихря нельзя игнорировать при вращении плавника в нестационарном потоке. И вихрь передней кромки, и вихрь задней кромки приводят к разности давлений по обеим сторонам ребра. Вихрь в нестационарном потоке увеличивает сопротивление движению плавника, и эффект эквивалентен увеличению сопротивления давлению [20, 28]. Как показано на рис. 3, V 1 и V 2 — скорости переднего и заднего фронтов соответственно.Внешний поток переднего вихря заполнит зазор, вызванный движением киля с той же скоростью. Таким образом, индукционная скорость, вызванная вихрем передней кромки, может быть приближена к V 1 . Точно так же скорость индукции, вызванная вихрем задней кромки, может быть приближена к V 2 .

Как показано на рис. 3, вихрь существует только на стороне, противоположной движению плавника. Перепад давления на передней стороне вала ребра можно рассчитать с помощью теоремы Бернулли как: (13)

Пусть ( х ′, y ′) — координата любого элемента на передней стороне вала киля в прямоугольной координате х oy ′. Таким образом, линейная скорость элемента может быть рассчитана как: (14)

Сила, действующая на элемент, вызванная вихрем передней кромки, может быть получена как: (15)

Вихрь передней кромки формируется только в пределах определенного диапазона передней кромки. Пусть k 1 будет длиной этого ограниченного диапазона, как показано на рис. 3, тогда вихревое сопротивление, создаваемое на передней кромке, может быть выражено как: (16)

Завершая интеграл с уравнением (14), мы получаем: (17)

Аналогично, вихревое сопротивление F 2 , создаваемое на задней кромке, может быть получено как: (18)

Таким образом, полная сила вихревого сопротивления равна: (19)

Следует отметить, что расстояние между передней кромкой и валом стабилизатора киля мало, и передний вихрь практически не возникает [20].Следовательно, k 1 можно приблизить к нулю, а силу вихревого сопротивления F vd можно упростить следующим образом: (20)

2.
2.4 Суммарная гидродинамическая сила.

Общая гидродинамическая сила, действующая на плавник, может быть выражена как: (21)

Учитывая их направления, ω 2 в приведенных выше уравнениях следует заменить на ω | ω |. Следовательно, полная гидродинамическая сила, действующая на плавник, может быть получена как: (22)

Из уравнения (22) видно, что как сопротивление давления, так и сопротивление вихря пропорциональны квадрату угловой скорости ребра, а добавленная сила инерции пропорциональна угловому ускорению ребра.Следовательно, уравнение (22) можно упростить следующим образом: (23) Где К 1 и К 2 — коэффициенты, относящиеся к параметрам киля.

2.3 Фитинг модели гидродинамической силы

Из уравнения (23) видно, что гидродинамическая сила, генерируемая на стабилизаторе с нулевой скоростью, в основном зависит от угловой скорости и ускорения киля, что сильно отличается от обычного стабилизатора на основе подъемной силы. Коэффициенты K 1 и K 2 могут быть получены либо путем теоретической оценки, либо путем подгонки данных расчетного гидродинамического моделирования (CFD) или экспериментов в резервуаре [16, 20, 28].Учитывая стоимость и точность, для получения этих двух параметров было принято моделирование CFD.

Коммерческое программное обеспечение CFD FLUENT использовалось для моделирования гидродинамических характеристик плавникового стабилизатора нулевой скорости. Модель рыболовного судна с двумя парами килевых стабилизаторов, показанная на рис. 4, была построена в GAMBIT. Поверхности корпуса и киля были заданы как СТЕНА. Алгоритм SIMPEC и турбулентная модель RNG k- ε также были приняты. Метод повторного создания сетки использовался, чтобы избежать создания отрицательных ячеек.Для повышения точности расчета использовались более плотные сетки там, где он ближе к плавнику. В этом моделировании использовался метод динамической сетки. Движение плавника определялось UDF, написанным на языке C. Начальная скорость поля течения задавалась равной нулю при одном стандартном атмосферном давлении. Флюидом служила вода с плотностью 998,2 кг/м 3 и коэффициентом вязкости 0,001 кг/(м⋅с).

Было проведено множество CFD-симуляций с различными циклами и режимами колебаний, чтобы подогнать K 1 и K 2 к уравнению (23).Подробную информацию о моделировании, подгонке данных и процессе проверки можно найти в наших предыдущих исследованиях [20, 28–30]. Наконец, параметры K 1 = 20,58 и K 2 = 4,946 были получены путем подгонки данных моделирования CFD. (24)

3 Анализ возмущений и компенсаций

Согласно теории Конолли [31], крен корабля, оснащенного стабилизаторами киля, можно выразить как: (25) Где Φ — угол рулета, I x Момент инерции, Δ I x — добавленный инерционный момент, N U — это крутящий момент демпфирования коэффициент, D – водоизмещение судна, h – поперечная метацентрическая высота, K W и K C – волновой момент возмущения соответственно и управляющий момент.

Корабль остается неподвижным, когда волновой момент полностью компенсируется противокачивающим моментом от киля. Однако случайность волнового возмущения и ограничения механической системы затрудняют полную компенсацию момента волнового возмущения. Поэтому ключевой проблемой стабилизации крена является решение проблемы согласования фаз между управляющим компенсационным моментом и моментом волнового возмущения. Предположим, что судно совершает синусоидальное движение по крену: (26) Где ϕ a и ω — амплитуда и частота качения соответственно.

Чтобы уменьшить качку судна, киль должен двигаться с той же частотой, что и качка. Следовательно, движение плавника можно выразить как: (27) Где α f — угол киля, α a — амплитуда движения киля, ε обозначает фазовое опережение угла киля по отношению к крену.

Угловую скорость и ускорение ребра можно легко получить: (28) (29)

Следовательно, гидродинамическая сила, действующая на плавник, может быть рассчитана как: (30)

Без ограничения общности параметры выбраны как α a = 40°, ε = 30°, ω = 1 и ρ = 1025 4 9325 кг/м 3 90Взаимосвязь между движением киля и возникающими на нем гидродинамическими силами показана на рис. 5. Сплошные синие, красные и зеленые линии обозначают угол луча, его угловую скорость и угловое ускорение, соответственно. Красная пунктирная линия показывает силу сопротивления, включая сопротивление давления и сопротивление вихря. Зеленая пунктирная линия передает дополнительную силу инерции. Черная сплошная линия описывает полную гидродинамическую силу.

Из рис. 5 видно, что фаза общей гидродинамической силы определяется движением плавника.Сила сопротивления зависит от угловой скорости киля, а добавленная сила инерции зависит от углового ускорения киля. Фаза полной гидродинамической силы лишь немного опережает фазу силы сопротивления, а фаза силы сопротивления совпадает с угловой скоростью киля. Следовательно, для уменьшения крена фазовое соотношение между волновым возмущением, креновым движением корабля, движением киля и гидродинамической силой, вызванной килем, должно быть таким, как показано на рис. 6.Красная сплошная, пунктирная и штрих-пунктирная стрелки обозначают угол крена, угловую скорость крена и ускорение соответственно. Зеленая сплошная, пунктирная и штрих-пунктирная стрелки обозначают угол ребра, угловую скорость и ускорение ребра соответственно. Фиолетовая сплошная стрелка представляет момент волнового возмущения, а светло-синяя линия описывает управляющий компенсационный момент, вызванный стабилизаторами киля.

Движение корабля по крену без стабилизации можно описать векторной диаграммой, представленной на первом рисунке рис. 6, где ξ 0 дает отставание по фазе угла крена по отношению к моменту волнового возмущения.Для уменьшения крена момент противодействия качке, создаваемый стабилизаторами киля нулевой скорости, должен максимально компенсировать момент волнового возмущения. Таким образом, фаза момента противодействия качке, создаваемого килем, должна опережать фазу момента волнового возмущения на π . Поскольку фаза полного противодействующего крутящему моменту ребра лишь немного опережает фазу угловой скорости ребра, поэтому можно получить векторы угла ребра, угловой скорости и углового ускорения, как показано на втором рисунке. на рис. 6.Таким образом, достигается фазовая зависимость между моментом волнового возмущения, креном корабля, движением киля и моментом противодействия качке киля. В соответствии с гидродинамическими характеристиками стабилизатора киля и соображениями инженерной реализации угловая скорость стабилизатора киля выбрана в качестве регулируемой переменной для управления креном корабля при нулевой скорости. Регулируемой переменной в управлении обычными стабилизаторами киля является угол киля, поскольку сила, препятствующая качению, создаваемая на обычном стабилизаторе киля, пропорциональна углу киля.Требуемый угол оперения традиционного стабилизатора оперения вычисляется на основе сигналов обратной связи об угле крена и угловой скорости крена. Несмотря на то, что механизм создания усилия стабилизатора руля на нулевой скорости отличается от механизма обычного стабилизатора оребрения, выбор управляющих сигналов с обратной связью все же может служить ориентиром. Поэтому угол крена и скорость крена выбираются в качестве сигналов обратной связи при управлении стабилизатором киля нулевой скорости. Диапазон угловой скорости киля ограничен сектором, отмеченным косой чертой, как показано на рис. 6, и можно легко получить следующие стратегии управления:

  1. Управление с отрицательной обратной связью на основе скорости крена (RRNFC)
  2. Интегрированное управление с отрицательной обратной связью на основе угла/скорости крена (RARINFC)

4 Моделирование системы и разработка контроллера

Для проверки эффективности стратегий управления, полученных в разделе 3, в MATLAB была создана имитационная модель системы снижения крена стабилизатора киля с нулевой скоростью.Схема установленной системы снижения крена показана на рис. 7. Угол крена и скорость крена измеряются датчиком крена и передаются на контроллер. Требуемая угловая скорость ребра для создания ожидаемой силы для стабилизации движения по крену рассчитывается в контроллере. Соответствующий командный сигнал отправляется в электрогидравлическую сервосистему скорости для привода плавников.

4.1 Моделирование системы

4.1.1 Математическая модель крена судна.

Угол крена корабля, оснащенного стабилизаторами киля, обычно меньше 10° и может быть описан линейным уравнением, приведенным в уравнении (25).Для удобства моделирования уравнение (25) можно переписать как: (31) Где Dha 1 представляет собой общий момент внешней качки, вызванный волнами и стабилизаторами киля, представляет собой эффективный наклон волны, действующий на корпус судна, наклон волны.

Выполняя преобразование Лапласа к уравнению (31) при нулевых начальных условиях, передаточная функция крена корабля может быть получена как [32]: (32) Там, где T Φ Φ T = T Φ /2 π — период прокатки природы и N U — это безразмерный коэффициент демпфирования рулона.

4.1.2 Волновое возмущение.

Нерегулярные морские волны обычно вызываются морскими ветрами. При изучении движения судов морское волнение обычно рассматривают как однородный стохастический процесс [33]. Волны можно охарактеризовать по их спектральной плотности мощности [34]. В данной работе для моделирования принят спектр длинногребневой волны ITTC с двойными параметрами. Его формула спектральной плотности имеет вид: (33) Где h 1/3 — значительная высота волны, T — период падающей волны, g — ускорение свободного падения, ω i — частота волны i й компонент регулярной волны.Индекс ζ означает, что уравнение (33) представляет собой спектр высот волн.

Так как волны воздействуют на корпус судна в виде наклона волн, то спектр высот волн должен быть преобразован в спектр наклонов волн. Спектр наклона волны можно получить из спектра высот волн по следующей формуле: (34)

Таким образом, наклон волны, действующей на корпус, можно рассчитать как: (35) Где ε i — случайная фаза i -й регулярной волны. Верхний индекс оператора суммы означает, что нерегулярная волна формируется путем наложения 60 регулярных волн с разными частотами и случайными фазами.

4.1.3 Датчик скорости крена.

Датчик частоты вращения измеряет скорость вращения и преобразует ее в соответствующий электрический сигнал. Угол крена можно получить, интегрируя сигнал скорости крена. Передаточная функция датчика скорости крена, используемого в данной статье, имеет вид [35]: (36) Где T 1 = 400, T 2 = 80 и T 3 = 4000 – постоянные времени, связанные с характеристиками датчика скорости крена.

4.1.4 Сервосистема.

Сервосистема используется для привода стабилизаторов оперения в соответствии с командным сигналом от контроллера. Из-за большого момента, необходимого для привода плавников, стабилизаторы плавников обычно приводятся в действие электрогидравлической сервосистемой. Учитывая мощность привода и требуемую скорость отклика, принята электрогидравлическая сервосистема на основе гидравлического цилиндра с насосом, и ее передаточная функция определяется как [36]: (37) Где К с = 0. 43 — усиление открытого цикла системы, T T P p = 0,0063 — это постоянная времени, Ω B = 33,4 и ξ B = 0,3 — резонанс частота и коэффициент демпфирования системы гидроцилиндров, управляемых насосом, соответственно.

4.2 Конструкция контроллера

4.2.1 Полученная стратегия управления.

На основе анализа фазового согласования в разделе 3 угловая скорость стабилизатора киля нулевой скорости выбрана в качестве регулируемой переменной для управления килями с целью уменьшения крена судна при нулевой скорости, и следующие стратегии управления получено:

РРНФК .Управление с отрицательной обратной связью, основанное на скорости крена, может быть выражено как: (38) Где K r 1 > 0 — пропорциональный коэффициент усиления контроллера G C 1 .

РАРИНФК . Интегрированное управление с отрицательной обратной связью, основанное на угле/скорости крена, может быть выражено как: (39) Где K a 2 > 0 и K r 2 > 0 пропорциональные коэффициенты усиления контроллера G C 2.

4.2.2 Ведущий-ведомый.

Для сравнения также разработан контроллер ведущий-ведомый. Как видно из приведенного выше анализа, гидродинамическая сила, создаваемая на стабилизаторе киля с нулевой скоростью, имеет сильную нелинейную зависимость от угла наклона киля, угловой скорости и ускорения, которые не могут быть кусочно линеаризованы и усложняют конструкцию регулятора.

Позвольте быть переменной состояния. Переписывая уравнение (25) в представлении в пространстве состояний, мы получаем: (40) Где Где K C = 2 l f F — момент, препятствующий качению, F — сила, препятствующая качению f — роликовый рычаг плавников.

Из уравнений (24) и (40) видно, что система управления стабилизатором нулевой скорости может быть эквивалентна последовательному соединению линейной системы и нелинейной системы. Таким образом, процесс управления стабилизатором с нулевой скоростью может быть реализован в два этапа в соответствии со стратегией разделения: главный контроллер и подчиненный контроллер. В главном контроллере требуемая сила противодействия качке (ожидаемая промежуточная переменная) оценивается в режиме онлайн в соответствии с креном судна.В ведомом контроллере требуемая угловая скорость ребра (управляемая переменная) получается на основе ожидаемой промежуточной переменной и уравнения (24).

Главный контроллер LQR . Целью конструкции главного контроллера является стабилизация линейной системы (40) и выполнение требований управления. Системная матрица A и управляющая матрица B входных данных в уравнении (40) могут рассматриваться как постоянные матрицы для конкретного корабля. Поэтому рассматривается регулятор линейно-квадратичного регулятора (LQR).LQR является оптимальной стратегией управления с квадратичными показателями производительности и широко применяется для активного управления детерминированными колебательными системами [37]. Это автоматическое средство поиска подходящего контроллера с обратной связью по состоянию, который минимизирует индекс производительности [38]. Для достижения оптимального эффекта снижения крена линейно-квадратичный показатель производительности выбирается следующим образом: (41) Где Q — полуположительно определенная симметричная весовая матрица, а R — положительно определенная симметричная матрица.Оптимальный закон управления, минимизирующий показатель качества J , может быть рассчитан как: (42) Где K — оптимальное усиление управления, а P — симметричное положительно определенное решение алгебраического уравнения Риккати (ARE) следующим образом: (43)

Ведомый контроллер цифровой инверсии . Ожидаемая сила противодействия качению может быть рассчитана главным контроллером. Однако соответствующую ожидаемую угловую скорость киля нельзя вывести непосредственно из ожидаемой силы, препятствующей качению, поскольку существует сильная нелинейная зависимость между силой, препятствующей качке, создаваемой стабилизаторами киля с нулевой скоростью, и углом киля α f , угловая скорость ребра ω f и угловое ускорение ребра .Однако из анализа в разделах 2 и 3 видно, что входная нелинейность системы стабилизатора плавника с нулевой скоростью по-прежнему является одномерной нелинейностью. В соответствии с гидродинамическими характеристиками стабилизатора киля нулевой скорости и соображениями технической реализации в качестве регулируемой переменной выбрана угловая скорость киля. Следовательно, подчиненный контроллер предназначен для реализации нелинейной инверсии ожидаемой силы, препятствующей качению, в ожидаемую угловую скорость ребра. Пусть F * будет выходом главного контроллера. Таким образом, нелинейная инверсия заключается в решении нелинейного уравнения F * − F ( ω f ) = 0. Численный итерационный метод применяется для разработки подчиненного контроллера для реализации нелинейной инверсии [23]. ].

Переписывая уравнение (23) в эквивалентной дискретной форме, получаем: (44) Где T s — период выборки.

Пусть итеративное начальное значение управляющей переменной равно ω f ( k − 1) для точки выборки k . f 1 и f 2 определяются как: (45)

Таким образом, следующие неравенства (46) выполняются в пределах набора допустимых значений { ω f }, и может быть получено следующее неравенство: (47)

Из уравнения (47) видно, что входная нелинейность системы стабилизатора киля с нулевой скоростью ограничена и удовлетворяет условию локальной обратимости в любой точке отсчета. Учитывая схему итераций и скорость сходимости, принят метод итераций Ньютона-Рафсона, и можно получить следующее уравнение: (48)

5 Моделирование и эксперимент

5.1 Анализ моделирования

Моделирование проводится для проверки эффективности полученных стратегий управления на основе модели, установленной в разделе 4.1. Основные параметры корабля приведены в табл. 1. Значимая высота волны 1,5 м, собственный период 8,5 с, угол встречи 90°, скорость корабля 0 узлов. Моделирование методом Монте-Карло используется для оптимизации параметров управления RRNFC и RARINFC. Полученные параметры регулятора G C 1 и G C 2 имеют вид:78, К a 2 = 3,26, К r 2 = 2,45. Весовые матрицы регулятора LQR имеют вид Q =diag(10, 1) и R = 1. Полученное оптимальное усиление управления обратной связью регулятора LQR равно K=[0,0416, 0,2706]. Под действием волнового возмущения, показанного на рис. 8, движение судна по крену с управлением и без него показано на рис. 9. NC, RRNFC, RARINFC и MSC в легенде к рис. управление с отрицательной обратной связью, интегрированное управление с отрицательной обратной связью на основе угла/скорости крена и управление ведущий-ведомый.Из рис. 9 видно, что три контроллера, разработанные в разделе 4.2, могут эффективно уменьшать крен судна при нулевой скорости.

Для количественного описания характеристик демпфирования валков принят индекс оценки, предложенный Фоссеном [39]: (49) Где AP и RCS — стандартные отклонения скорости крена до и после управления стабилизатором крена соответственно.

За исключением процента уменьшения крена и амплитуды угла крена, эффективность алгоритма управления также определяется стоимостью действия исполнительного механизма.Для оценки эффективности разработанных регуляторов принята следующая функция стоимости [40]. (50) Где S — общее количество итераций в процессе моделирования времени, а α i — угол i го ребра.

В соответствии с приведенными выше оценочными показателями эффективность демпфирования крена стабилизатора киля нулевой скорости при использовании трех разработанных регуляторов достигается, как показано в таблице 3. Из таблицы 3 видно, что три регулятора эффективны в снижении бортовой качки судна. движение с нулевой скоростью.RARINFC и MSC имеют лучший эффект снижения крена, чем RRNFC. Эффект предотвращения качения RARINFC и MSC составляет около 80%. Несмотря на то, что RRNFC имеет наихудший эффект снижения крена среди трех контроллеров, его характеристики демпфирования крена все еще удовлетворительны, достигая 61,42%. Значения затрат на отклонение ребра под тремя контроллерами, рассчитанные на основе функции стоимости, также перечислены в таблице 3. Эти значения показывают, что как RARINFC, так и MSC имеют большее использование ребер, чем RRNFC, но разница относительно невелика.Результаты моделирования показывают, что стратегии управления, полученные с помощью анализа фазового синхронизма возмущений и компенсации, эффективны.

В целях сравнения и проверки также приведены углы крена до и после управления стабилизаторами крена с помощью трех вышеупомянутых контроллеров, прогнозирующего управления моделью ограничений (VCMPC), управления нейронной сетью (NNC) и управления режимом нечеткого скольжения (FSMC). , как показано в таблице 4. Следует отметить, что целевое судно в [23] и [24] представляет собой малый корабль длиной 52 м, и поэтому отклик на качку без управления в тех же морских условиях больше.Из сравнения видно, что эффект противодействия качке стабилизатора нулевой скорости при волнении со значительной высотой волны 1,5 м составляет около 70-80 %, что также свидетельствует об эффективности регуляторов, разработанных в Эта бумага.

5.2 Испытание резервуара для воды

Для дальнейшей проверки применимости и эффективности полученных стратегий контроля в практических приложениях были проведены модельные испытания резервуара. Система уменьшения крена при нулевой скорости показана на рис. 10.Система состоит из резервуара для воды, модели корабля в масштабе, устройства принудительного крена, четырех балансировочных грузов, двух пар масштабированных стабилизаторов киля с нулевой скоростью и соответствующих приводов, датчика скорости крена, блока сбора данных и двух компьютеров. (один для управления устройством принудительного крена, а другой для сбора данных и управления плавником).

Масштабированная модель корабля периодически переворачивается под действием устройства принудительного крена. Движение устройства принудительного крена показано на рис. 11.Блок сбора данных собирает сигналы угла крена и скорости крена, измеряемые датчиком скорости крена, установленным в центре модели корабля. Контроллер рассчитывает требуемую угловую скорость киля по заданному алгоритму управления, используя полученную информацию о крене. Масштабированные стабилизаторы киля нулевой скорости приводятся в действие приводными агрегатами по команде контроллера для стабилизации крена модели корабля.

Сначала было проведено испытание на свободное затухание для определения и проверки характера периода качки и демпфирования модели корабля в масштабе.Полученные период естественной качки и безразмерное демпфирование качки составляют 1,6998 с и 0,121, что согласуется с теоретическими расчетами. Затем было проведено испытание на принудительную качку под действием устройства принудительной качки. Результаты испытания на принудительную качку показаны на рис. 12. Из рис. 12 видно, что модель корабля в масштабе имеет наибольшую реакцию на качку, когда управляющий сигнал DAC устройства принудительной качки равен 26. Для сравнения, все значения качки В этих условиях были проведены испытания редукционного резервуара.На рис. 13 показана реакция на качку модели корабля в масштабе при указанных выше условиях без управления уменьшением качки и с ним. Соответствующая производительность трех контроллеров получена в соответствии с оценочными показателями, принятыми в разделе 5.1, и результаты представлены в таблице 5. Следует отметить, что масштабированная модель корабля слегка наклоняется на правый борт в условиях спокойной воды из-за дисбаланса. противовеса, что объясняет асимметрию сигнала угла оперения на рис. 13.

Из рис. 13 и таблицы 5 видно, что результаты испытаний резервуара с уменьшением крена под тремя контроллерами ниже, чем результаты моделирования.Это может быть вызвано упрощением процесса моделирования и другими неучтенными факторами при моделировании. Тенденция изменения стоимости отклонения плавника согласуется с моделированием. Таким образом, можно сделать вывод, что результаты испытаний резервуара в целом согласуются с результатами моделирования. Среди трех методов управления MSC с ведущим контроллером LQR и подчиненным контроллером с числовой инверсией имеет наилучший эффект против прокручивания. Эффект уменьшения крена RRNFC относительно низок из-за его плохой способности согласования фаз.В то время как эффект предотвращения качения RARINFC был улучшен за счет регулировки двух коэффициентов усиления управления в соответствии с фазовым соотношением, проанализированным в разделе 3. Таким образом, результаты моделирования и испытаний резервуара демонстрируют, что стратегии управления, полученные в этой статье, эффективны и практичны. , и может быть справочником по инженерной практике.

6 Заключение

  1. Гидродинамическая силовая модель стабилизатора киля нулевой скорости была создана на основе киля NACA0015 в качестве прототипа.Пара стабилизаторов киля с нулевой скоростью с удлинением 0,5 была разработана для рыболовного судна длиной 84 метра, а упрощенная гидродинамическая модель разработанного стабилизатора киля с нулевой скоростью получена путем подгонки данных моделирования CFD.
  2. Стратегия управления стабилизатором киля нулевой скорости была получена на основе возмущения и компенсации, которая достигается путем анализа фазового соотношения между креном, вызванным волновым возмущением, и движением киля, создающим компенсирующий момент.В соответствии с гидродинамическими характеристиками стабилизатора киля нулевой скорости и соображениями технической реализации в качестве регулируемой переменной выбрана угловая скорость киля. На основе результатов анализа фазового согласования были получены управление с отрицательной обратной связью на основе скорости крена (RRNFC) и интегрированное управление с отрицательной обратной связью на основе угла/скорости крена (RARINFC). Контроллер ведущий-ведомый (MSC) также был вдохновлен и разработан для целей сравнения.
  3. В MATLAB была создана система уменьшения крена с использованием стабилизаторов плавников с нулевой скоростью для проверки эффективности полученных стратегий управления.Результаты моделирования показывают, что все три контроллера могут эффективно уменьшить крен корабля при нулевой скорости. RARINFC и MSC обладают лучшими характеристиками снижения кренов, и оба они имеют эффект демпфирования кренов около 80%. Эффект предотвращения качения RRNFC также превышает 60%.
  4. Были проведены испытания водяного бака для дальнейшей проверки практичности разработанных контроллеров. Несмотря на то, что эффективность уменьшения качки при испытаниях в резервуаре ниже, чем при моделировании, результаты испытаний в резервуаре в целом согласуются с результатами моделирования. Таким образом, стратегии управления, полученные на основе возмущения и компенсации, оказались эффективными и практичными, и могут быть эталоном для конструкции регулятора стабилизатора плавника нулевой скорости в практических приложениях.
  5. Ограниченная экспериментальными условиями модель корабля в масштабе под действием устройства принудительного крена может переворачиваться только периодически. Однако непредсказуемые и высокочастотные движения по крену представляют собой самую большую проблему при проектировании стабилизаторов демпфирования по крену. Поэтому установленную систему снижения крена на нулевой скорости можно использовать только для предварительной проверки эффективности разработанного алгоритма управления в лабораторных условиях.В дальнейшем будут проведены испытания масштабной модели корабля в естественных условиях для имитации реальных условий работы стабилизаторов киля. Если позволяют условия, будут также проведены полномасштабные испытания для дальнейшей проверки эффективности и практичности разработанных контроллеров.

Каталожные номера

  1. 1. Перес Т., Бланке М. Управление демпфированием качки корабля. Ежегодные обзоры в контроле. 2012;36(1): 129–147.
  2. 2. Андриков Д, Деревянкина А.Конструкция управления корабельным прочным активным стабилизатором качки. Процесседия Информатика. 2017; 103: 470–474.
  3. 3. Кроссленд Дж. Влияние регуляторов стабилизации по крену на эксплуатационные характеристики военного корабля. Практика инженерии управления. 2003; 11: 423–431.
  4. 4. Лян Л.Х., Чжао П., Чжан С.Т. Исследование гидродинамической стратегии роторного крыла Magnus на средней/малой скорости. 2016 Международная конференция IEEE по мехатронике и автоматизации, ICMA. 2016: 2413-2418.
  5. 5.Перес Т. Управление движением корабля: удержание курса и стабилизация по крену с помощью руля и килей. Лондон: Springer-Verlag; 2005.
  6. 6. Лян Л.Х., Сунь М.Х., Чжан С.Т., Вэнь И., Чжао П. , Юань Дж. Проектирование системы управления поворотной скамейкой резервуара с защитой от качения с использованием PID нейронной сети BP на основе Labview. Международный журнал умного дома. 2015;9: 1–10.
  7. 7. Льюис ЭВ. Принципы корабельной архитектуры. 2-е изд. Нью-Джерси: SNAME; 1989.
  8. 8. Талха М., Асгар Ф., Ким Ш.Разработка нечетко настраиваемого ПИД-регулятора для стабилизатора гироскопа, препятствующего качке (ARG) на судах. Международный журнал нечетких и интеллектуальных систем. 2017;17(3): 210–220.
  9. 9. Лян Л.Х., Чжао П., Чжан С.Т., Цзи М., Юань Дж. Анализ моделирования стабилизатора киля при управлении креном корабля во время поворота. Океаническая инженерия. 2018; 164: 733–748.
  10. 10. Джин Х.З., Чжао В.П., Ци З.Г., Сюй Х.Ю. Исследование комплексной системы стабилизации по крену для крупных кораблей. Судостроение Китая.2005;46(1): 29–35.
  11. 11. Даллинга РП. Стабилизация качки моторных яхт: использование плавниковых стабилизаторов в условиях стоянки. 1999.
  12. 12. Оомс Дж. Использование стабилизаторов поперечной устойчивости на нулевой скорости. 2002.
  13. 13. Джин ХЗ, Чжан СФ, Ло ЮМ, Ли ДС. Исследование модели подъемной силы стабилизатора нулевой скорости. Океаническая инженерия. 2007;25(3): 83–87+114.
  14. 14. Песня JG, Jin HZ, Meng LW. Оптимальная конструкция аэродинамического профиля стабилизатора киля во всем диапазоне скоростей.Судостроение Китая. 2013;54(2): 1–10.
  15. 15. Сонг Дж.Г., Джин Х.З., Лян Л.Х., Ван Дж.Ф. Изучение стратегии управления стабилизатором корабля с обратной связью по подъемной силе на всех скоростях. Контроль и решение. 2011;26(9): 1343–1347+1352.
  16. 16. Даллинга РП. Стабилизация по крену на якоре: Гидродинамические аспекты сравнения стабилизаторов поперечной устойчивости и плавников. 2002.
  17. 17. Джаннини М., Себастьяни Л. Руководство по проектированию плавников с активной защитой от качки в условиях стоянки. 2005.
  18. 18. Марк А., Мария С. Морская инженерия Quantum представляет выдвижные стабилизаторы киля — плавник XTTM для суперяхт. 2006.
  19. 19. ван Виринген Х.М. Соображения по проектированию анкерной стабилизирующей системы. 2002.
  20. 20. Ван Ф, Джин ХЗ, Ци ЗГ. Моделирование активных стабилизаторов оперения на нулевой скорости. Океаническая инженерия. 2009; 36: 1425–1437.
  21. 21. Джин ХЗ, Ван ЛДж. Исследование модели подъемной силы трансмутативного стабилизатора киля на нулевой скорости.Судостроение Китая. 2010;52(1): 1–9.
  22. 22. Джин ХЗ, Чжан СФ, Ло ЮМ, Ли ДС. Разработка адаптивной системы управления стабилизацией киля на нулевой скорости с использованием усовершенствованных генетических алгоритмов. Журнал Харбинского инженерного университета. 2008;29(4): 368–373.
  23. 23. Джин ХЗ, Ван Ф, Ма Л, Гао ЮН. Разработайте двухшаговый закон управления ведущий-ведомый для стабилизаторов плавников с нулевой скоростью. Acta Automatica Sinica. 2012;38(6): 1059–1064.
  24. 24. Сонг Дж.Г., Лян Л.Х., Джин Х.З., Ци З.Г.Адаптивный главный-ведомый контроллер для стабилизатора плавников с нулевой скоростью. Теория управления и приложения. 2015;32(5): 703–708.
  25. 25. Су Сюй, Гао Юнь, Чжао РХ. Дизайн контроллера ориентации по крену для кораблей на нулевой скорости. Международный журнал нечетких систем. 2018;20(2): 611–620.
  26. 26. Основы гидромеханики Эртеля Х. Прандтля. 2-е изд. Нью-Йорк: Спрингер; 2004.
  27. 27. Джин ХЗ, Чжан СФ, Ци ЗГ, Ли ДС. Анализ подъемных характеристик стабилизатора киля на нулевой скорости.Журнал Уханьского технологического университета. 2008;30(2): 136–139.
  28. 28. Джин ХЗ, Ци ЗГ, Сонг ДжГ. Устройство и система контроля качки корабля на нулевой скорости. Пекин: Издательство национальной оборонной промышленности; 2015.
  29. 29. Цзи М, Е QY, Ан Н, Ван РВ, Тан Ю Си. Формула динамической подъемной силы подходит для низкоскоростных плавников. 2014 Международная конференция IEEE по мехатронике и автоматизации, ICMA. 2014: 1757-1761.
  30. 30. Ji M, Ye QY, Yuan C. Численное моделирование пригодности стабилизаторов и корпуса.Китайский журнал судовых исследований. 2014;9(3): 8–19+42.
  31. 31. Конолли Дж. Э. Бортовая качка и ее стабилизация активными плавниками. Сделка Королевского института морских архитекторов. 1969; 111: 21–48.
  32. 32. Джин ХЗ, Яо XL. Теория управления кораблем. 2-е изд. Харбин: Издательство Харбинского инженерного университета; 2013.
  33. 33. Очи М. Океанские волны: стохастический подход. Кембридж: Издательство Кембриджского университета; 1998.
  34. 34. Лю ZQ, Джин HZ.Метод расширенной излучаемой энергии и его применение в системе управления стабилизацией бортовой качки. Океаническая инженерия. 2013;72: 25–30.
  35. 35. Лян Л.Х., Чжао П., Чжан С.Т., Юань Дж., Вэнь Ю. Моделирование и анализ вращающегося стабилизатора поперечной устойчивости Magnus на низкой скорости. Океаническая инженерия. 2017; 142: 491–500.
  36. 36. Лян ЛХ. Гидравлическая трансмиссия и электрогидравлическая сервосистема. Харбин: Издательство Харбинского инженерного университета; 2005.
  37. 37. Брантон С.Л., Ноак Б.Р.Управление турбулентностью с обратной связью: прогресс и проблемы. Обзоры прикладной механики. 2015;67(050801):1–48.
  38. 38. Лян Л.Х., Юань Дж., Чжан С.Т., Чжао П. Разработка программной операционной платформы в режиме реального времени для управления движением катамаранов, пронизывающих волны, с использованием генетического алгоритма на основе линейного квадратичного регулятора. ПЛОС ОДИН. 2018;13(4): e0196170.
  39. 39. Фоссен ТИ. Наведение и управление океанскими морскими транспортными средствами. John Wiley and Sons Ltd, Нью-Йорк, 1994.
  40. 40.Fang MC, Луо JH. Удержание пути и уменьшение крена корабля в случайных волнах с использованием различных контроллеров скользящего режима. Океаническая инженерия. 2007; 34: 479–488.

%PDF-1.4 % 125 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 125 80 0000000016 00000 н 0000002649 00000 н 0000002808 00000 н 0000004015 00000 н 0000004198 00000 н 0000004692 00000 н 0000005299 00000 н 0000005701 00000 н 0000005764 00000 н 0000006268 00000 н 0000006382 00000 н 0000006936 00000 н 0000007557 00000 н 0000007733 00000 н 0000007782 00000 н 0000008379 00000 н 0000008800 00000 н 0000009254 00000 н 0000009511 00000 н 0000009903 00000 н 0000010249 00000 н 0000010677 00000 н 0000011188 00000 н 0000011637 00000 н 0000012184 00000 н 0000012660 00000 н 0000012942 00000 н 0000013524 00000 н 0000014001 00000 н 0000014455 00000 н 0000014632 00000 н 0000014744 00000 н 0000015021 00000 н 0000015517 00000 н 0000016220 00000 н 0000016734 00000 н 0000017386 00000 н 0000017898 00000 н 0000018467 00000 н 0000018586 00000 н 0000020601 00000 н 0000023881 00000 н 0000031315 00000 н 0000040752 00000 н 0000048060 00000 н 0000048315 00000 н 0000048429 00000 н 0000050136 00000 н 0000060743 00000 н 0000060951 00000 н 0000061182 00000 н 0000061265 00000 н 0000061320 00000 н 0000061834 00000 н 0000062110 00000 н 0000062415 00000 н 0000063411 00000 н 0000063765 00000 н 0000064150 00000 н 0000072434 00000 н 0000072695 00000 н 0000073129 00000 н 0000073257 00000 н 0000073640 00000 н 0000074029 00000 н 0000074107 00000 н 0000075684 00000 н 0000232548 00000 н 0000232939 00000 н 0000233017 00000 н 0000233550 00000 н 0000237330 00000 н 0000237742 00000 н 0000238147 00000 н 0000238562 00000 н 0000239493 00000 н 0000249235 00000 н 0000297364 00000 н 0000002477 00000 н 0000001934 00000 н трейлер ]/Предыдущая 742033/XRefStm 2477>> startxref 0 %%EOF 204 0 объект >поток hb«`g` $p21 Pau1

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.