JPH0624886Y2 - 比例積分増幅回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案はフイードバツク制御系に用いられる比例積分増
幅回路に関する。

（従来技術と問題点） 一般に自動制御用の比例積分増幅回路は、検出量と設定
量を突き合わせ、比例積分動作を行なうことによつて制
御出力を得るものであり、フイードバツク制御系に多用
されている。従来の比例積分増幅回路の一例を第１図に
示す。第１図において、Ａ_１はオペアンプであり、この
オペアンプＡ_１の第１入力端には、第１抵抗Ri₁を介し
て設定量例えば設定電圧esが、第２抵抗Ri₂を介して検
出量例えば検出電圧edが各々入力される。オペアンプＡ
_１の第２入力端は第３抵抗Rgを介して零ボルトラインに
接続されているものとする。オペアンプＡ_１の第１入力
端と出力端の間には、可変抵抗RfおよびコンデンサCfが
直列接続されている。上記のように構成された回路にお
いて、伝達関数Ｇ_１，ループゲインｇ_１，時定数Ｔ_１は
各々次式で表わされる。

ｇ_１＝−Rf/Ri …………(2) Ｔ_１＝Cf・Rf（sec）…………(3) （ただしRi＝Ri₁＝Ri₂とし、ｅ_０は出力電圧，Ｓはラプ
ラス演算子である。） 前記第１図の回路を単純化（検出電圧ｅｄを省略）して
表現すると第３図のように示される。第３図の設定電圧
ｅｓに第４図（ａ）のようにｅ_１なる大きさのステップ
信号を入力すると、出力電圧ｅ_０の波形は第４図（ｂ）
のように示される。

ここで第１図の比例積分増幅回路の時定数Ｔ_１を調整す
るには、コンデンサCfの容量を変えるか、又は可変抵抗
Rfの値を変える方法がある。しかしコンデンサCfの容量
を変えて時定数Ｔ_１を調整する方法は連続的に調整する
ことができず非常に不便である。また、可変抵抗Rfの値
を変えて時定数Ｔ_１を調整する方法は、前記(2),(3)式
に示すように時定数Ｔ_１とともにループゲインｇ_１も同
時に変化してしまう欠点があつた。上記のように第１図
に示す比例積分増幅回路は、時定数Ｔ_１とループゲイン
ｇ_１を別々に調整することがむずかしいので、使用する
回路の条件に応じて定数を最適調整することは困難であ
つた。

（考案の目的） 本考案は上記の点に鑑みなされたもので、時定数とルー
プゲインを互いに影響し合うことなく別々に変化させる
ことができ、これによつて使用する回路の条件に応じた
最適調整ができる比例積分増幅回路を提供することを目
的としている。

（考案の概要） 本考案は、比例積分アンプのフイードバツクループにゲ
イン調整専用の抵抗と、ボルテージ・フオロワの第２の
オペアンプと、時定数調整専用の抵抗およびコンデンサ
から成る時定数回路とを設けたことを特徴としている。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本考案の一実施例を説明す
る。第２図において第１図と同一部分は同一符号を持つ
て示し、その説明は省略する。オペアンプＡ_１の出力端
子にはコンデンサCfと時定数調整用の可変抵抗Rf₂を図
示の如く接続して成る時定数回路１が接続されている。
可変抵抗Rf₂の他端は零ボルトラインに接続されている
ものとする。コンデンサCfと可変抵抗Rf₂の共通接続点
２はボルテージ・フオロワ（第１入力端と出力端を接続
している）の第２のオペアンプＡ_２の第２入力端に接続
されている。第２のオペアンプＡ_２の出力端子と第１の
オペアンプＡ_１の入力端子の間にはゲイン調整用の可変
抵抗Rf₁が接続されている。

上記のように構成された回路において、第２のオペアン
プＡ_２はボルテージ・フオロワであるので、入力インピ
ーダンスが高く、出力インピーダンスが低く、且つ利得
は１である。この為オペアンプＡ_２の第２入力端に入力
される電気量（共通接続点２の電気量）はそのまま大き
さが変ること無く出力端子に現われる。これによつてこ
の回路のループゲインｇ_２はゲイン調整用可変抵抗Rf₁
を調整すれば変化する。また、時定数Ｔ_２はコンデンサ
Cfと時定数調整用可変抵抗Rf₂の値で決まるから、該抵
抗Rf₂を調整すれば良い。このときボルテージ・フオロ
ワの第２オペアンプＡ_２が接続されていることによつ
て、ループゲインｇ_２および時定数Ｔ_２は互いに影響を
受けること無く別々に任意に調整できる。すなわち伝達
関数Ｇ_２，ループゲインｇ_２，時定数Ｔ_２は各々次式で
表わされる。

ｇ_２＝−Rf₁/Ri …………(5) Ｔ_２＝Cf・Rf₂（sec）…………(6) （ただしRi＝Ri₁＝Ri₂とし、ｅ_０は出力電圧である。） 上記(4)式は、第２図の回路が従来の比例積分増幅回路
と同様に動作することを示している。また(5),(6)式に
よると、前記抵抗Rf₁およびRf₂を各々変化させることに
よつて、ループゲインｇ_２と時定数Ｔ_２が互いに影響す
ること無く別々に変化することが理解できる。

ここで第２図の回路を単純化（検出電圧ｅｄを省略）し
て表現すると第５図のように示される。第５図中、Ｋは
Ｒｆ_１／Ｒｉで現される比例（Ｐ）ゲインを示してお
り、ＴはＣｆ・Ｒｆ_２で現される積分（Ｉ）定数を示し
ている。第５図の入力ｅｓと出力ｅ_０の関係は、 ｅ_０／ｅｓ＝−Ｋ（１＋Ｔ_ｓ）／Ｔ_ｓ……（７）とな
る。

第５図の設定ｅｓに第４図（ａ）のようなステップ信号
を入力し、Ｒｆ_１を変えて比例（Ｐ）ゲイン（Ｋ＝Ｒｆ
_１／Ｒｉ）を変化させたときの各ゲインにおける出力電
圧波形は、第６図（ａ）のように示される。

また第５図の設定電圧ｅｓに第４図（ａ）のようなステ
ップ信号を入力し、Ｒｆ_２を変えて積分（Ｉ）定数（Ｔ
＝Ｒｆ_２・Ｃｆ）を変化させたときの各積分定数におけ
る出力電圧波形は、第６図（ｂ）のように示される。

ここで入出力関係が（７）式のように示される本考案の
比例積分増幅回路を、ボードゲイン線上に表すと第７図
のように示される。そしてフィードバックループを第８
図のように仮定し、Ｔ_１＞Ｔ_２としてＴ＝Ｔ_１に合わせ
た場合、閉ループ伝達関数のボードゲイン線図は第９図
のように示される（但しＫ＝１とする）。第９図におい
てＡ点をＴ＝Ｔ_１に合わし、このＴとは独立してＫ＝Ｋ
_１（任意）に合わすことができれば、フィードバック系
の安定性と応答を容易に最適値に設定できることにな
る。

（考案の効果） 以上のように本考案によれば、比例積分増幅回路におい
て、時定数とループゲインを互いに影響すること無く別
々に変化させることができる。この為使用する回路の条
件に応じた最適調整が行なえる。また、従来の比例積分
増幅回路と同様に制御出力を得ることができるので、制
御目的の異なる様々な回路に組み込んで広範囲に使用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の比例積分増幅回路の一例を示す回路図、
第２図は本考案の一実施例を示す回路図、第３図は第１
図を簡略した回路図、第４図（ａ）は入力信号の一例を
示す信号波形図、第４図（ｂ）は第３図回路の出力波形
図、第５図は第２図を簡略した回路図、第６図（ａ）は
比例ゲインＫを変更したときの出力波形図、第６図
（ｂ）は積分定数Ｔを変更したときの出力波形図、第７
図および第９図は本考案の効果を説明するためのボード
ゲイン線図、第８図はフィードバックループのブロック
図である。 １…時定数回路、Ａ_１，Ａ_２…オペアンプ、Cf…コンデ
ンサ、Ri₁,Ri₂,Rg…抵抗、Rf₁…ゲイン調整用可変抵
抗、Rf₂…時定数調整用可変抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】検出電気量および設定電気量が抵抗を介し
   て入力される第１オペアンプと、一端が前記第１オペア
   ンプの出力端子に接続されたコンデンサと、一端が零ボ
   ルトラインに接続されるとともに他端が前記コンデンサ
   の他端に接続された第１可変抵抗とを有した時定数回路
   と、 入力端子が前記時定数回路のコンデンサおよび第１可変
   抵抗の共通接続点に接続されたボルテージフォロワの第
   ２オペアンプと、 前記第２オペアンプの出力端子と前記第１オペアンプの
   入力端子の間に接続されたゲイン調整用の第２可変抵抗
   とを備えたことを特徴とする比例積分増幅回路。