Цифровое управляющее устройство (его варианты)

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК аю ан

>{59. G 05 В 11/26 (21) 3388456/18-24 (22) 21.01.82 (46) 23.05.83. Бюл. Р 19 (72) ЕеН горюнов, A..В.эаборня, В.И.Иванов, A.Е.МорозОв и Б.С.Мухиь(53 ) 62-50.(088 ..8 ) (56 ) 1. Патент CtQA м 3691452, кл. 323-19, опублик. 1972.

2. Авторское свидетеЛьство СССР

Р .714381, кл. Я 05 F 1j66, 1978 (прототип ). (54 ) ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОИСТВО (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1.Цифровое. Управляющее устрой-ство, содержащее источник переменного напряжения, выход которого через управляемый вентиль подключен к нагрузке и через последовательно соединенные.делитель напряжения, усилитель-ограничитель, первый одновибратор и. элемент ИЛИ - к первому управ.— ляющему входу вентиля и к установочному входу счетчика импульсов, выхо" дами соединенного с первыми входами, блока сравнения, а счетным входом.с, выходом генератора импульсов, причем выход усилителя-ограничителя через последовательно соединенные инвертор и второй одновибратор подключен к второму входу элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, триггер и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и дели; тель частоты, второй вход которого подключен к выходу усилителя-ограничителя, а выход - к первому входу триггера, вторым входом соединенного .с выходом первого одновибратора, а ф выходом — с управляющим входом клю- ча, причем выход блока сравнения .через ключ подключен к второму управляющему входу вентиля, а вход аналого-цифрового преобразователя - к выходу делителя напряжения °

1019399

2. Цифровое управляющее устройст- во, содержащее источник переменного I напряжения, выход которогс через управляемый вентиль подключен к нагрузке и через последовательно соединенные делитель напряжения, уси.литель-ограничитель, первый одновибратор и элемент ЙЛИ- к первому . управляющему входу вентиля и к уста. новочному входу счетчика импульсов, выходами соединенного с первыми входами блока сравнения, а счетным входом - с выходом генератора импульсов, причем выход усилителя-ограничителя через последовательно соединенные инвертор и второй одновибратор подключен к второму входу элемента ИЛИ, 1

Изобретение относится к электроавтоматике и может быть использовано при построении аналого-цифровых автоматизированных систем управления технологическими процессами, напри- 5 мер диффузии, окисления и эпитаксии полупроводниковых пластин.

Известно устройство для управления мощностью, содержащее источник переменного напряжевия, выход кото- Щ рого через управляемый вентиль подключен к нагрузке в ч"рез нуль-органк одному из управляющих входов уп равляемого вентиля и к установочному входу счетчика импульсов, схему срав- 5 нения, выход которой подключен к другому управляющему входу управляемого вентиля, а первая группа входов - к соответствующим выходам разрядов счетчика. импульсов, четный. вход которого подключен к выходу re . + нератора импульсов, при этом управля» ющий двоичный код подается на вторую группу входов схемы сравнения кодов.

Работа устройства основана на периодическом сравнении входного управляющего кода с выходным кодом двоичного счетчика импульсов и на . отпирании управляемого вентиля в каждый полупериод напряжения, питающего нагрузку, на время, при котором QQ код счетчика импульсов меньше входного управляющего кода )1 ).

Недостатком известного устройства является невысокая стабильность выходного сигнала. Так, при изменении у значения амплитуды питающего нагрузку напряжения на + 10% относительно номинального, значение средней за период напряжения мощности изменится соответственно на + 21% и -19%., Наибогее близким к предлагаемому по технической сущности является о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, триггер и посл «довательно соединенные аналого.-цифровой преобразователь и блок памяти, выходы которого подключены к вторым входам блока сравнения, выход которого через ключ соединен с вторым управляющим входом вентиля, причем выход делителя напряжения подключен к вхо..,,ду аналого-цифрового преобразователя, а выход усилителя-ограничителя через делитель частоты — к первому входу триггера, второй вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а выход - с управляющим входом ключа.

2 цифровое управляющее устройство,. со держащее источник переменного напряжения, выход которого через управляющий вентиль подключен к нагрузке и через последовательно соединенные делитель напряжения, усилитель-ограни" читель, первый одновибратор и элемент ИЛИ вЂ” к первому управляющему входу вентиля и к установонному входу счетчика импульсов, выходами соеди" ненноГо с первыми входами блока сравнения, а счетным входом — с выходом генератора импульсов, причем выход усилителя-ограничителя через после)довательно соединенные инвертор и второй одновибратор подключен к второму входу элемента ИЛИ 2 .

Работа устройства основана на периодическом сравнении преобразованного входного кода с выходным кодом двоичного вычитающего счетчика импульсов и на отпирании управляемого вентиля каждый полупериод напряжения, питаюшего нагрузку, на время, определенное преобразованным входным ко-.

1 дом. Преобразование входного управ,ляющего кода производится с целью:. уменьшения нестабильности выходного сигнала от амплитуды напряжения, пи тающего нагрузку, с помощью амплитудного детектора, интегратора, сумматора, нуль-органа, преобразователя код-напряжение, делителя частоты иа два, регистра памяти и двоичного суммирующего счетчика. При этом значение средней (за полпериода напряжения на нагрузке ) мощности выразится как

Р Мерен М (1) ср- и вх

10-19 399

На фиг.1 приведена блок-схема первого варианта цифрового управляющего устройства; на фиг.2 - то же, второго варианта; на фиг.3 а, бвременные диаграммы сигналов на выходах функциональных блоков.

Устройство содержит источник 1 переменного напряжения, .управляемый вентиль 2, нагрузку 3, делитель 4 напряжения, усилитель-ограничитель

5, .первый и второй одновибраторы б и 7, инвертор 8, элемент ИЛИ 9, счетчик 10 импульсов, блок 11 сравнения, .ключ 12, генератор 13 импульсов, аналого-цифровой преобразователь 14, блок 15 памяти, делитель 16 частоты и триггер 17.

60 гдеОщ- амплитудное значение напря.жения, питающего нагрузку;

0щ„ - номинальное значение ампли-, туды напряжения, питающего: нагрузку»

Йех — входной управляющий код; и - количество разрядов и „;

Р— сопротивление нагрузки.

Недостатком известного устройства является невысокая точность вследствие нестабильности выходного сигнала.

Так, из выражения (1 ) следует, чтопри изменении значения относительно номинального значения на + 10% зна-. .чение Р > также изменяется на + 10%. 15

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в. цифровое управляющее устройст во введены ключ, триггер и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, блок памяти и . делитель частоты, второй вход которо. го подключен к выходу усилителя-ог-. раничителя, а выход - к.первому входу 25 триггера, вторым входсм соединенно го с выходом первого одновибратора, а выходом - с управляющим входом ключа, причем выход блока сравнения через ключ подключен к второму управляющему входу вентиля, а вход ана- З0 лого-цифрового преобразователя — к выходу делителя напряжения.

В цифровое управляющее устройство введены ключ, триггер и последовательно соединенные аналого-цифровой З5 преобразователь и блок памяти, выходы которого подключены к вторым вхо. дам блока сравнения., выход которого через ключ соединен с вторым управляющим входом вентиля, причем вы- 40 ход делителя напряжения подключен к. входу аналого-ЦиФрового преобразователя, а выход усилителя-ограничителя через делитель частоты — к первому входу триггера, второй вход кото- 45 рого соединен с выходом первого одновибратора, а выход - с управляющим входом ключа. устройство, приведенное на фига, работает следующим образом.

С выхода источника 1 переменного напряжения напряжение вида

23 juLt)=umsjn т 1 о где "m o — амплитуда и период 0(Ц, поступает на вход управляемого вентиля 2 и через делитель 4 напряжения на вход усилителя-ограничителя 5.

С выхода последнего снимается последовательность прямоугольных импульсов напряжения, причем моменты смены уровня выходного напряжения усилите- . ля-ограничителя 5 совпадают с моментами перехода напряжения источника 1 через нуль. Одновибраторы б и 7 формируют сигналы на выходе. при изменении уровня выходного напряжения усилителя-ограничителя с низкого на вы« сокий.

Таким образом, на выходе первого одновибратора б сигналы появляются в е моменты изменения полярности напряжения источника 1 с отрицательной на положительную, а на восходе элемента ИЛИ 9 — B моменты перехода этого напряжения через нуль.

По этим сигналам двоичный вычитающий счетчик 10 импульсов устанавливается в состояние соответствуюtl

t щее коду 2 -1, где и- число двоичных разрядов счетчика 10 ° На счетный вход счетчика 10 с выхода генератора 13 импульсов поступают импульсы.. с периодом T0

Т

° -Д.2

Блок 11 сравнения осуществляет сравнение кода, соответствующего текущему состоянию счетчика 10 и кода Nе ех являющегс ся входным управляющим сйг« . налом. В .момент равенства указанных кодов сигнал с выхода блока 11 сравнения поступает на вход ключа 12.

Если ключ замкнут, то сигнал с выхода блока 11 сравнения проходит через ключ 12 на второй управляющий вход вентиля 2 и открывает ego. Переменное .напряжение подключается к нагрузке. 3 с со.противлением Р. При этом длительность интервала времени В„от момента появления сигнала на выходе блока 11 сравнения до момента сигнала на выходе элемента ИЛИ 9 (этот сигнал закры вает управляемйй вентиль 2 ) определяется как т,м о Ех п

2. ° 2. где и -количество разрядов кода ЙЕх, а значение средней за период То мощности, выделенной на нагрузке 3,. выразится как о и

2 е» 1, ех

ЯУН р = р(ц,у „-S n — () Р То 2й 2" 23 2"

1019399 где 1Π— момент открытия управляемо« го вентиля 2.

Одновременно напряжение О(Ц поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 14, С выхода ЛЦП

14 снимается код

4лцп= Щв (З) где к - коэффициент преобразования

АЦП.

Код N > поступает йа адресные;: входы блока 15 памяти. Число ячеек блока памяти 15 равно максимально возможному зна ению М, п . 8 каждой ячейке матрицы 15 памяти хранится код }Чс, определяемый заранее по формуЛ5 . ле (j < 2П

Hb c g. . 4 t лцп где 0 нд — нижнее допустимое значение амплитуды напряжения О(Ч, 20 .tn — число разрядов АЦП 14.

Код Nc с выхода блока 15 памяти: поступает на управляющие входы делителя 16 частоты с переменным коэффициентом деления и определяет его коэффициент деления.

На вход делителя 16 частоты поступают.импульсы с выхода усилителя-ог . раничителя 5 частотой 1/То .

Коэффициент деления делителя час- 30 тоты равен

Nc к -— а значение средней за период Тр мощности, выделенной на нагрузке 3, выразится как тб и 2У1И

p - r(t}a » †.— -. э о ср то 2Й g 2и 2 (9) о

Коэффициент деления делителя 16 определяется кодом Йз„ и равен

83= —. (1O) ех

2"

Число импульсов, поступающих на первый управляющий вход триггера

17, равно Мбх, при этом они расположены равномерно на периоде, равном

2 ° Т, A так как сигнал с выхода триггера 17 разрешает прохождение сигнала с выхода блока 11 сравнения че- рез ключ 12 за период 2.T количество и раэ, равное Маях, то Р за период ср

2 Т, выразится как

И М М „2>«c1

m с. -,„с). («), Рср Ь л 2"" 2Л 7п

Подставляя в. выражение (1Ц выражение (7) и .учитывая формулу (3), полу}чаем ф ср 2Р й"

Из постуднего выражения следует, что

P также не зависит от изменений ампли

Ф . туды напряжения, питающего нагрузку.

Число импульсов, поступающих с выхода делителя 16оч<"",.тоты на первый управляющий вход триггера 17, равно

М, но при этом они расположены равномерно на периоде, равном 2 ТО,.

Каждый импульс устанавливает в еди ничное состояние триггер 17, который возвращается в нулевое состояние по окончанию очередного периода напряжения U(t} сигналом с выхода одновибратора б.

A так как сигнал с выхода тригге- 45 ра 17 разрешает прохождение сигнала с выхода блока 11 сравнения через . ключ 12 за период 2 Т количество . раз, равное Nc, то Р» на период

2 То выразится как 50 р 2 . 2" >l

Подставляя в .выражение (5) Формулу (4} и учитывая (3) получим

Ер, 2п т 2.tl

Из Формулы (6 ) видно, что значение . Р не зависит от изменений .амплитуды60

%.

:напряжения, питающего нагрузку.

Работа устройства, приведенного на фиг.2, не отличается от работы первого варианта устройства за исключе нием следующего. 65

Код И цдп, поступающий на адресные входы блока 15 памяти, устанавливает на его вьхсде код NC определяемый заранее решением трансцедентного уравнения с 1 . 4с Онд 2 — — — —.М . (t)

21п >T(п } Л Я

Период импульсов, поступающих на вход счетчика 10 равен

Т

2-2

1, где rn — - количество разрядов АЦП 14.

Блок 11 сравнения сравнивает текущее значение кода счетчика 10 и кода N, поступающего на блок 11 сравнения с выходов блока 15 памяти.

В момент равенства этих кодов блок

11 сравнения вырабатывает сигнал, который, проходя через открытый электронный ключ 12 на управляющий вход вентиля 2, открывает его. При этом длительность +1интервала времени от момента появления сигнала на выходе блока 11 сравнения до момента появления сигнала на выходе элемента

ИЛИ 9.

Этот сигнал, закрывающий управляемый вентиль 2, определяется как

Т с — IB)

2 2

1019399

Независимость выходного сигнала от изменений амплитуды напряжения, питающего нагрузку, в предлагаемом устройстве позволяет успешно использовать его TlpH построении автомати.- . .зированных высокоточных, инвариант.ных, относительно основных, возмущений систем управления, работающих в режиме непосредственного цнфрового управления? Подобная система способна обеспечить высокое качество проведения технологических процессов и лучшую воспроизводительность, что обуславливает получение опреде ленного технико-экономического эф фекта.

1019399 бих 8 пр сDbtx.11

Юых.TZnpu

<с 6 ьц.lb рра дьц.1 ЬХ= 7

Obn йс()

Составитель А,Лащев

Редактор С.Патрушева Техред И.Гайду Корректор Г.Решетник

Заказ 3701/41 . Тираж 874 Подписное

BHHHllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Фйлиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4