Пишем статью/FAQ по Э_ОС

[Nota Bene]

По форуму во многих местах разбросана информация по этой теме. Кроме того, она часто "замусорена" мелкими техническими деталями и оффтопиками. Предлагается совместными усилиями заинтересованных в конечном результате участников форума собрать и систематизировать эту информацию.

Для начала предлагается проект содержания этой ветки. Для обсуждения.

1. Замануха
2. Основные принципы. (последняя редакция 27 февраля 2008)
3. Разновидности Э_ОС

Рассмотрим подробнее, что же мы можем измерить у движущегося диффузора. Первое, что приходит в голову - его смещение относительно положения равновесия. Используя эту величину (выход OFFSET модели) в качестве сигнала обратной связи, мы получим ЭМОС по положению (смещению). Еще можно измерять моментальную скорость движения диффузора (выход VELOCITY) - и аналогично получить ЭМОС по скорости. Датчики, измеряющие ускорение (выход ACCEL), позволяют организовать ЭМОС по ускорению. А если учесть, что звуковое давление (SPL) на НЧ пропорционально ускорению движения диффузора вуфера, то сигнал обратной связи, полученный с микрофона, находящегося вблизи, также формирует ЭМОС по ускорению. Заметим, что А.Сырицо ввел термин ЭАОС (электроакустическая обратная связь) для такого подвида ЭМОС.
Деление на ЭМОС по положению, скорости, ускорению, несколько условно, так как эти физические величины связаны между собой математическими операциями дифференцирования/интегрирования. Например, скорость получается из смещения дифференцированием по времени, или же интегрированием ускорения по времени Но, постараемся все же придерживаться такой классификации разновидностей ЭМОС по наименованию регистрируемого физического параметра.

3.1. Э_ОС по ускорению (последняя редакция 5 марта 2008)
3.2. Э_ОС по скорости (последняя редакция 21 января 2008)
3.3. Э_ОС по положению (последняя редакция 21 января 2008)
4. Область и условия применения.
5. Мостовые схемы
6. Датчиковые схемы
6.1. ЭАОС
6.2. ЭМОС
6.3. ЭБОС
7. Практические конструкции
...
N. Вопросы унификации Э_ОС

Список литературы

По мере пополнения темы, содержание будет корректироваться, а разделы содержания будут пополняться ссылками на соответствующие посты. В общем, посмотрим, что из этого получится
Так как ftp сервер хотбокса перестал просто так отдавать фотки на показ, я сделал копию черновика FAQ тут - http://reanimator-h.narod.ru/faq_emos.htm

[Александр К.]

... источники напряжения VC1 и VE1 ...

Питание оперов добавляется автоматически.
Для надёжности, перепроверь сам.

[Nota Bene]

Питание оперов добавляется автоматически.
Для надёжности, перепроверь сам.

При копировании части схемы этого не происходит, просто производится автоматическая перенумерация именованных узлов.
Перепроверю.
----------------------
В твоей схеме почему gain=300 у Х17? то-то.
Но, независимо от этого, как я и говорил, с таким интегратором ЭМОС нестабильна, и нормальной глубины ОС тут не получишь

Надо при симуляции смотреть за поведением фазы. Если она пошла вверх (на опережение) - первый признак неустойчивости.

[Александр К.]

...В твоей схеме почему gain=300 у Х17? то-то.

Да, т.к. и при больших значениях gain система устойчива.
У меня .
Посмотри мой *.cir . Где ошибка?

[Nota Bene]

Да, т.к. и при больших значениях gain система устойчива.

Это совсем не так. Убедиться в этом можно прогнав временную (trancient) симуляцию.

Где ошибка?

В схеме ошибки сейчас нет, ошибка методическая - не рассматривается ФЧХ. Попробуй для Х17 сделать логарифмический степпинг от 0.01 до 0.2 с шагом 1.05 - вот тут начало возбуждения и поймаешь
Дело в том, что симулятор на АЧХ явно покажет неустойчивость только при выполнении в схеме баланса фаз и баланса амплитуд, то есть когда сигнал ООС превратился в ПОС, а петлевое усиление =1. На годографе все это было бы лучше видно.

[Александр К.]

Это совсем не так. Убедиться в этом можно прогнав временную (trancient) симуляцию.

Не получается.

... симулятор на АЧХ явно покажет неустойчивость только при выполнении в схеме баланса фаз и баланса амплитуд, то есть когда сигнал ООС превратился в ПОС, а петлевое усиление =1. На годографе все это было бы лучше видно.

"Явная неустойчивость" - это мне не понятно.
На красной кривой emos_accel nov 1 #259 горбик - это оно?
На синей кривой такого нет.

[Nota Bene]

"Явная неустойчивость" - это мне не понятно.

На АЧХ это выглядит как резонансный выброс.
А по поводу использования анализа годографа - все это делается на разомкнутой ООС, то есть смотрим годограф петлевого усиления, и если на комплексной плоскости он охватывает точку (-1,j0), то система - неустойчива. Эта точка как раз и есть условие баланса фаз и амплитуд.

Не получается.

У меня все получается Возьми временной интервал побольше (хотя бы 20mS), и уменьши Gain у Х17 хотя бы до единицы

[Александр К.]

Наиль, твой интегратор X7 (рис.6) - идеальный.
А как будет с устойчивостью с реальным?
На #266.
Поигрался со схемой. Увидел неустойчивость на средних - нужно ограничивать полосу.
Но (!).
С чем сравнивать? Давай схему X7 - посмотрим .

Исправил схему. Посмотри, пожалуйста.

[Nota Bene]

Давай схему X7 - посмотрим

Смотри в ветке по ЭМОС/ЭБОС (вторая серия)...

Посмотри, пожалуйста

Опять у тебя система в ГЛУБОКОМ возбуде сидит - при усилении Х6 более 5 - все - получили генератор...

[Александр К.]

Смотри в ветке по ЭМОС/ЭБОС (вторая серия)...

Посмотрел. Этот корректор не для моделирования .
Ну да ладно. ( Хотя хотелось понять, как, в общем случае, выправлять кривизну ).
Кстати, тот корректор - это Z2+Z3 ?

[Nota Bene]

Посмотрел. Этот корректор не для моделирования

Так реальная, рабочая схема, чистой воды Z2
А если уж так хочется помоделить - вот:

[Александр К.]

Наиль, будет возможность, посмотри, пожалуйста, какую задержку имеет сигнал с датчика на частоте 200 Гц.

[mixxxxxer]

Ребяты, вот вы тут раньше "хаяли" мостовую эмос.. А я посмотрел тут - нормально работает, даже отлично, я бы сказал.. Смотрите сами - в аттачах схема макета, ачх/фчх без сигнала оос и с сигналом..

Комментарии к схеме: модель динамика от Наиля. Мост образуется такими параллельными "плечами":

1) резисторы 4Ком и 400ом;
2) динамик и цепочка 0.4ом-0.05мГ

Мост построен как у Dic-а с hi-fi, т.е. одно параллельное плечо чисто резистивное, другое - индуктивно-резистивное. Номиналы выбраны исходя из естественного условия балансировки моста (мост сбалансирован тогда, когда отношения сопротивлений в плечах одинаково). Тогда, раз отношение резистивного плеча 10:1, то отношение индуктивно-резистивного плеча должно быть тоже 10:1 с индуктивностью и пост сопротивлением дина, которые в модели Наиля равны 0.5мГ и 4ом. Отсюда и номиналы элементов моста.

Сигнал с моста (VELOCITY), по идее, пропорционален скорости диффузора. Чтобы перейти к сигналу, пропорциональному давлению, справа вверху стоит идеальный дифференциатор (не пинайте, это всего лишь макет).

Линии задержки в цепи съема сигнала нет, так как по идее везде электрика и задержкой, имхо, пока пренебрегаем.

"Динамик" питается идеальным итуном, который в свою очередь управляется разностью входного сигнала INPUT и сигнала ACCEL с выхода дифференциатора, пропорционального ускорению, а сл-но spl...

Ток в цепи кондера 1.6мФ представляет собой аналог зв давления и синмается идеальным инутом (сигнал SPL).

На двух картинках привожу ачх/фчх сигналов в схеме без эмос и с эмос. Где что - смотрите легенду на графиках. Видно, что эмос "погасила" горб введенной итуном лишней добротности дина, сдвинула срез spl влево и при этом "напрягла" усилитель на "лишних" 14дБ..

Вопросы в связи со всем этим такие (а то уж как-то все слишком хорошо у меня получилось в макете):

Во-первых, где тут "подводные камни", о которых писал gross?

Во-вторых, уж очень просто достигается нужная ачх дина по spl - с опр величины добавки сигнала эмос - бац и все ровненько. А если увеличивать сигнал эмос и дальше - срез дина начинает плавненько сдвигаться влево (за счет сильного перенапряжения усилителя, естественно).. А почему здесь не нужна коррекция внутри петли эмос, которую всегда вводит у себя Наиль? И даже предкоррекция входного сигнала (а-ля по Линвкитцу) не нужна почему-то - она сама собой из-за эмос получается.. Что-то ничего не пойму..

В-третьих, а какое питание дина получается в такой схеме в конце концов - итуновое или инуновое? Судя по графику ачх для spl (его поведению на вч, на рисунках уже не видно..) - все ж таки итуновое.. Я прав?

[Nota Bene]

Во-первых, где тут "подводные камни", о которых писал gross?[/QUOTE]
Типичные ошибки начинающих моделирование систем с Э_ОС - выход за границы устойчивости и рассмотрение систем с ПОС вместо ООС
В данном случае - имеем глубокую ПОС - достаточно провести моделирование во временной области, чтобы в этом убедиться (а также разглядывая графики ФЧХ). Вот - пара графиков АЧХ/ФЧХ для наглядности - для ООС и ПОС.

[gross]

где тут "подводные камни", о которых писал gross?

Надводные камни - это повышение добротности резонанса во столько раз, во сколько введена ЭМОС. Нужно заводить ЭМОС по скорости - она стабильна. А подводные - это разбаланс моста от тепла, влажности, контактов, времени и прочего. Тоже лечить можно, но определенный гембель.

[mixxxxxer]

Типичные ошибки начинающих моделирование систем с Э_ОС - выход за границы устойчивости и рассмотрение систем с ПОС вместо ООС

Мде, лопухнулся.. Спасибо, Наиль..

ЗЫ. Помоделил тут вашу схему для эмос по скорости (с интегратором впереди сумматора эмос). Получил ачх/фчх (см. аттач, зеленый - сигнал с суматора на дин, красный - с моста (скорость), синий - spl), совпадающие с приведенными вами параметрами в заметке про эмос по скорости.

Но вот какая штука - у вас на графиках ачх для spl с эмос по скорости есть "горбик" на верхней граничной частоте ЭМОС в районе 500...600Гц.

Я же, как ни менял параметры, не смог получить такой горбик.. Насколько я понимаю, этот "горбик" получается из-за использования в вашей схеме линии задержки..

Если предположить, что в мостовой эмос задержкой сигнала ООС можно пренебречь (а я пока не могу придумать факторы, из-за которых в электрике может быть сколько-нибудь значащая задержка - на уровне датчиковых долей ms), то получается, что по кр мере в одном мостовая эмос превосходит датчиковые эмос - у нее существенно лучше с устойчивостью..

Наиль, если можно, еще такой вопрос - хочу проанализировать работу моста с учетом изменения параметров ЗК дина. Для этого хочу в макете заменить в модели дина статичные элементы на управляемые нелинейные. Думаю, будет правильно, если в качестве сигналов управления параметрами элементов модели дина я возьму известные кривые зависимости инд, гибкости подвеса и т.п. от величины смещения диффузора. А вот каким сигналом эмулировать термокомпрессию дина? Что-то вроде интегратора? Но с какой постоянной времени? Как думаете?

ЗЗЫ. И еще, чтобы сделать другие частоты срезов spl снизу и сверху, нужно вместо входного интегратора использовать "шельфовый" фильтр, типа "полка - -6дБ - полка" с правильно подобранными частотами перехода.. Правильно?

[Nagema]

Offтопик:
mixxxxxer, извиняюсь, что влезаю: задержку в МС эмулируют выбором макроса Delay, который находится в "Компонент"-"Аналоговые примитивы"-"Макрос".
Сразу появится этот вреднючий горбик на 400-500. :)

[mixxxxxer]

Offтопик:

задержку в МС эмулируют выбором макроса Delay

МС - это микрокап? У меня мультисим.. Ну да не важно, в старших версиях такой элемент вроде и в нем видел.. Спасибо.

[Nota Bene]

Мде, лопухнулся..

Не мудрено - двойное неявное дифференцирование (SPL) дает фазовый сдвиг в 180 градусов...

Я же, как ни менял параметры, не смог получить такой горбик.. Насколько я понимаю, этот "горбик" получается из-за использования в вашей схеме линии задержки..

"Горбик" получается из-за уменьшающегося запаса по фазе в петле ООС, а вызван он может быть линией задержки (свойственно ЭБОС), корректором, подавляющим резонансы пьезодатчика (ЭМОС), поведением ФЧХ ДГ в районе окончания поршневого режима. В случае мостовой ЭМОС - разбаланс моста, вызванный,например, изменением индуктивности ДГ тоже может привести к подобным эффектам. А поскольку эта индуктивность сильно модулируется при большом смещении катушки в зазоре МС, необходим фазовый запас в петле ООС, чтобы гарантированно избежать параметрического возбуждения такой ЭМОС. Но, такие проблемы, наверное, gross*у больше знакомы Или Александру К..

А вот каким сигналом эмулировать термокомпрессию дина? Что-то вроде интегратора? Но с какой постоянной времени? Как думаете?

По сигналу - ИМХО, правильнее будет температуру связать с мощностью (U*I), выделяемой на ЗК динамика. Постоянная времени у различных ДГ - различна. Порядок величины - единицы...десятки секунд. Точнее - не знаю
Посмотрите на сайте Димы Островского про моделирование тепловых процессов в эл.схемах.

И еще, чтобы сделать другие частоты срезов spl снизу и сверху, нужно вместо входного интегратора использовать "шельфовый" фильтр, типа "полка - -6дБ - полка" с правильно подобранными частотами перехода.. Правильно?

Нижняя "полка" - правильно, "-6дБ" - правильно, а вот полка на ВЧ - она ведь срез не сформирует. Задача-то какая? Пришить ЭМОС к (условно) ШП-звену? Тогда - да - полка на ВЧ.

Offтопик:
ИМХО, проще взять подопытный дин в АО и на нем все посмотреть

[mixxxxxer]

Опаньки.. Попробовал тут еще помоделить эмос по скорости, но без интегратора на входе. Пришла в голову такая идея:

В схеме эмос по скорости из-за интегратора на входе все сигналы "поворачиваются" по часовой стрелке на +6дБ. Таким образом, для spl слева и справа от резонанса получаем спады с крутизной -6дБ.. Далее нужно увеличивать глубину эмос, чтобы получить "полку" spl достаточной ширины.

Все это правильно, если требуется ровнять и корректировать нч звено, т.е. обеспечивать две цели - ровную spl плюс сдвиг ее среза влево. А вот если требуется просто снизить добротность сч звена, питаемого от итуна, без сдвига среза spl влево?

Такую задачу можно реализовать просто исключив входной интегратор из схемы эмос по скорости. При этом слева от среза spl падает как и раньше -12дБ, справа от среза остается ровной, а увеличение глубины эмос просто снижает добротность резонанса сч дина без сдвига среза влево (см. рисунки, слева без эмос, справа с эмос, зеленый - сигнал на дин с итуна, красный - скорость с датчика, синий - spl), что нам и требовалось..

А я-то тут бился над регулировкой добротности при питании от итуна..

ЗЫ. Пора, действительно, переходить от теории к практике..

ЗЗЫ. Да, мост довольно сложно "держать" в равновесии при динамическом изм параметров дина (когда и индуктивность, и сопр зв катушки ездят туда-сюда).. Можно сказать, что он малочувствителен к изменениям параметров зв катушки лишь когда они меняются в пределах ~10%..

[gross]

В случае мостовой ЭМОС - разбаланс моста, вызванный,например, изменением индуктивности ДГ тоже может привести к подобным эффектам. А поскольку эта индуктивность сильно модулируется при большом смещении катушки в зазоре МС, необходим фазовый запас в петле ООС, чтобы гарантированно избежать параметрического возбуждения такой ЭМОС. Но, такие проблемы, наверное, gross*у больше знакомы

У меня ЭМОС в рабочей настройке относительно узкополосная, на частотах где-то 200..300 Гц сигнала почти нет, поэтому индуктивный разбаланс несущественен. В принципе, можно наверное было бы просто резистор поставить. Дроссель, конечно правильней, поэтому я поставил его.