Цифровой регулятор

 

ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий усилитель, первый генератор импульсов , второй генератор импульсов, задающий регистр, разрядные выходы которого подключены к первым входам соответствующих первых элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, а выходы - с установочными входами первого реверсивного счетчика, зна:ковый выход которого соединен с первым управляющим входом первого генератора импульсов, и последовательно соединенные датчик обратной связи и аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход через первый элемент ШШ к вычитающему входу первого реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью расширения области его примен)ения, в него введены два преобразователя частоты , дешифратор, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, триггер, второй и третий элементы И, второй и третий реверсивные счетчики. выходы переноса которых через второй элемент ИЛИ соединены с входом триггера , управляюпще входы - с выходом формирователя импульсов, вычитающие входы - соответственно с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ, суммирующий вход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, к X первому выходу первого генератора импульсов и через первый преобразователь частоты - к второму входу первого элемента ИЛИ, суммирующий вход третьего реверсивного счетчика - к первому входу третьего элемента ИЛИ, к второму выходу первого генератора импульсов и через второй (Л преобразователь частоты - .к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, причем первый выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, с входом формирователя импульсов, с вторым управляющим входом первого генесо ратора импульсов и через усилитель - с выходом регулятора, второй выход - с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к-второму входу второго элемента И и к выходу второго генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, а разрядные выходы второго и третьего реверсивных счетчиков через дешифратор - с третьим управляющим входом первого генератора импульсов .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 3 @ G 05 в 11/26 «/о,»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИ „,7

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3384528/18-24 (22) 28.01.82 (46) 07.05.84. Бюл. Р 17 (72) Ю.И.Красных, В.П.Лихачев, В.Н..Пушкин и С.И.Ушаков (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М - 394763, кл. С 05 2 23/19, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2966744/24, кл. G 05 В 11/26, 1980 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий усилитель, первый генератор импульсов, второй генератор импульсов, задающий регистр, разрядные выходы которого подключены к первым входам соответствующих первых элементов И, вторые входы которых соединены с вы- ходом формирователя импульсов, а выходы — с установочными входами riepвого реверсивного счетчика, знаковый выход которого соединен с первым управляющим входом первого генератора импульсов, и последовательно соединенные датчик обратной связи и аналого-цифровой преобразователь, . управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход через первый элемент ИЛИ— к вычитающему входу первого реверсивного счетчика, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью расширения области его применения, в него введены два преобразователя частоты, дешифратор, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, триггер, второй н третий элементы И, второй и третий реверсивные счетчики, выходы переноса которых через второй элемент ИЛИ соединены с входом триггера, управляющие входы — с выходом формирователя импульсов, вычитающие входы — соответственно с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ, суммирующий вход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, к

» первому выходу первого генератора импульсов и через первый преобразователь частоты — к второму входу первого элемента ИЛИ, суммирующий вход третьего реверсивного счетчика — к первому входу третьего элемента ИЛИ, к второму выходу первого генератора импульсов и через второй преобразователь частоты — .к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, причем первый выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, с входом формирователя импульсов, с вторым управляющим входом первого генератора импульсов и через усилитель — с выходом регулятора, второй выход - с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и к выходу второго генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, а разрядные выходы второго и третье-, го реверсивных счетчиков через дешифратор — с третьим управляющим входом первого генератора импульсов.

1091117

2 его в схемах регулирования, когда регулирующее воздействие является функцией скважности, а регулятор должен формировать сигнал переменной скважности в функции отклонения регулируемой величины от заданной.

Это ограничивает область его применения.

Цель изобретения — расширение области применения регулятора.

55

Изобретение относится к автоматическому управлению, и в частности к цифровым регуляторам, обеспечивающим пропорциональность между величиной отклонения регулируемого параметра и сигнала задания и скважностью выходных управляющих импульсов.

Известен широтно-импульсный регулятор, содержащий блок связи по возмущению, последовательно включенные задающее устройство, узел сравнения, усилитель сигнала отклонения, пороговый элемент, усилитель мощности Й термодатчик. Регулятор реализует дискретный пропорФ циональный закон регулирования с однотактной широтно-импульсной модуляцией сигнала ошибки P1 ).

Недостатком известного регулятора является сложность настройки и перенастройки схемы и отсутствие возможности реализации ее работы с применением малых вычислитеЛьных устройств на базе микропроцессоров.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является цифровой регулятор, содержащий усилитель, первый генератор импульсов, второй генератор импульсов, задающий регистр, разрядные выходы которого подключены к первым входам соответствующих элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, а выходы — 35 с установочными входами реверсивного счетчика, знаковый выход которого соединен с первым управляющим входом первого генератора импульсов и последовательно соединенные датчик 40 обратной связи и аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход через элемент ИЛИ вЂ” к вычитающему входу 45 реверсивного счетчика 2 3.

Недостатком данного регулятора является невозможность использования

Укаэанная цель достигается тем, что в него введены два преобразователя частоты, дешифратор, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, триггер, второй и третий элементы И, второй и третий реверсивные счетчики, выходы переноса которых через второй элемент ИЛИ соединены с входом триггера, управляющие входы с выходом формирователя импульсов, вы. читающие входы — соответственно с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ,суммирующий вход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, к первому выходу первого генератора импульсов и через первый преобразователь частоты — к второму входу первого элемента ИЛИ, суммирующий вход третьего реверсивного счетчика — к первому входу третьего элемента ИЛИ, к второму выходу первого генератора импульсов и через второй преобразователь частоты — к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, причем первый выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, с входом формирователя импульсов, с вторым управляющим входом первого генератора импульсов и через усилитель — с выходом регулятора, второй выход — с пер вым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и к выходу второго генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, а разрядные выходы второго и третьего реверсивных счетчиков через дешифратор — с третьим управляющим входом первого генератора импульсов.

На чертеже приведена блок-схема цифрового регулятора.

Цифровой регулятор содержит датчик 1 обратной связи, аналогоцифровой преобразователь 2, первый элемент ИЛИ 3, задающий регистр 4, первые элементы И 5, первый реверсивный счетчик 6, первый и второй преобразователи частоты 7 и 8, первый генератор 9 импульсов, усилитель

10, формирователь 11 импульсов, второй реверсивный счетчик 12, дешифратор 13, третий реверсивный счетчик 14, второй элемент ИЛИ 15, триг1091117 4 гер 16, второй и третий элементы И

17 и 18, третий и четвертый элементы

ИЛИ 19 и 20, второй генератор 21 импульсов, входы 22 — 24 первого re" нератора импульсов, выходы 25 и 26 первого генератора импульсов.

Цифровой регулятор работает следующим образом.

На вход 22 первого генератора 9 импульсов поступает сигнал "Знак 1р кода" первого реверсивного счетчика (РС) 6. На вход. 23 первого генератора импульсов поступает сигнал запуска, определяющий тактовую часто= ту работы устройства. На вход 24 первого генератора импульсов посту пает сигнал с выхода дешифратора, ко1 торый появляется, когда код в одном из счетчиков совпадает с дешифрируемым кодом. Этим достигается ограничение линейного участка регулятора зонами насыщения.

По переключению сигнала на первом выходе триггера 16, (например нз "0" в "1") срабатывает формирователь 11 импульсов (ФИ), с выхода которого сформированным по этому фронту импульсом устанавливаются требуемые коды во всех трех реверсивных счетчиках 6, 12 и 14 и запускается аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2. Одновременно еди. ничный импульс с первого выхода триггера 16 усиливается и поступает на выход регулятора, а также запус- 35 кает первый генератор импульсов 9 по входу 23 и разрешает прохождение импульса с генератора 21 импульсов через элемент И 17. Импульсы с

АЦП 2 через элемент ИЛИ 3 поступают 40 на вычитающнй вход РС 6, в котором после окончания операции аналогоцифрового преобразования записан код отклонения и его знак. После .окончания операции аналого-цифрового преобразования первый генератор. импульсов 9 формирует импульсы на выходе 25 или 26 (в зависимости от знака кода в РС 6). Импульсы с од ного из этих выходов поступают на 50 входы PC 12 и PC 14, при этом, если PC 12 работает как сумматор, то PC 14 — как вычитатель, и наоборот. Одновременно эти импульсы через преобразователи 7 нли 8 час- 55 тоты поступают на суммирующий вход

PC 6, либо на вычитающнй вход. Импульсы на выходе 25 (либо 26) прекращаются, когда сигнал на входе 22 первого генератора 9 импульсов изменяется на противоположный. Прн этом на соответствующие входы РС 12 и

РС 14 поступило одинаковое число импульсов, пропорциональное коду и знаку кода отклонения от задания. Преобразователи 7 и 8 частоты введены для установки требуемого коэффициента усиления К в тракте код отклонения — скважность. При этом, если число импульсов на выходе преобразователя 7 (или 8) больше

4исла импульсов на его входе, то

К < 1 ° если меньше — К > 1.

Импульсы на выходах 25 или 26 первого генератора 9 импульсов пре-. кращаются и в том случае, если код в счетчике PC 12 или PC 14 совпадает с дешифрируемым кодом в дешифрато- . ре 13. Так реализуется режим ограничения.

С генератора 21 импульсов через элемент И 17 (поскольку на первом выходе триггера 16 — "1") и элемент ИЛИ 1.9 импульсы поступают на вычитающий вход РС 12. Когда в результате выполнения операции вычитания счетчик опустеет, с его выхода переноса через элемент ИЛИ 15 сигнал переключит триггер 16, сигнал на выходе регулятора снимается, а на выходе ФИ 11 импульс не формируется (т.е. ФИ 11 срабатывает лишь на один из перепадов, либо из "0" в "1"„ либо наоборот). При этом импульсы с генератора 21 импульсов через элементы И 18 и ИЛИ 20 поступают на вычитающий вход PC 14. Korда счетчик опустеет, с его выхода переноса через элемент ИЛИ 15 триггер 16 переключится (первый выход перейдет из "0" в "1"), что вызывает появление импульса на выходе, ФИ 11. При этом устанавливаются коды в РС 6, PC 12 и PC 14, запускается АЦП и т.д., т.е. работа схемы повторяется, как и в предыдущем такте.

Таким образом, в регуляторе можно выделить следующие основные под-. циклы: установка исходных кодов в

PC 6 (код задания по регулируемой. величине), в PC 12 (условно, код импульса) и в PC 14 (крд паузы), корректировка кодов в PC 12 и РС 14 по знаку и величине отклонения регулируемой величины от заданной (по

}09111.7!

S коду, записанному в РС 6 после завершения операции аналого-цифрового преобразования), формирование импульса и паузы в такте работы регулятора по скорректированным кодам в PC 12 и PC 14 с использованием генератора 21 импульсов.

Следует учитывать, что во время корректировки кодов в PC 12 и PC 14

}(когда появляются импульсы на выходе 25 или 26) может происходить наложение этих импульсов с импульсами генератора 21. Для этого импульсы с генератора формируют по возможности малой длительности, а корректировку производят с частотой, значительно превышающей частоту с генератора 21 импульсов.

Основные постоянные для регулятора следующие 20

K» + k

Т = С 2 РС 4 сом1 (,1 } 2 где Т вЂ” период импульсов на ис12 полнительное устройство

У

- исходный код в PC 12;

КРС ц. — исходный код в PC 14; — частота генератора 21 импульсов.

Исходя иэ принятых в условностей 30 (PC 12 — реверсивный счетчик импульсов, PC 14 — реверсивный счетчик пауз) для линейной области регулятора можно составить уравнения

Ф

} РС12 4КР

35%21 +

РСМ РС6 мзды (3}

21 где Т вЂ” длительность импульса в 40 имп периоде;

К вЂ” коэффициент корректировки от кода отклонения в PC 6 к кодам счетчиков PC 12 иРС 14;

4К 6 код разности в РС 6.

Знаки "+" и "-" в формулах 2 и

3 определяются знаком кода разнос" ти в РС 6.

Если преобразователи 7 и 8 частоты имеют разный коэффициент преобразования, то линейные участки выходной характеристики при разных знаках отклонения от номинала могут иметь разный наклон, что расширяет возможности регулятора.

На участках насыщения выходной характеристики в зависимости от знака разности будем иметь

1=Т +Т имп + д либо а

ff ilies и@< 13ь1

Схейу регулятора можно организовать и несколько иначе используя лишь один дополнительный реверсивный счетчик (скажем РС 12), но в этом случае дополнительно необходим низкочастотный генератор такта,что в целом не приводит к уменьшению аппаратурных затрат.

Таким образом, предлагаемый цифровой регулятор позволяет распространить область его использования на системы, в которых скважность определяет величину регулирующего воздействия, а также в автоколебательных схемах регулирования, если в ниФ. имеется существенно инерционное звено и параметры автоколебаний не удается привести к допустимой амплитуде и частоте.

1091117

Составитель А.Лащев

Редактор О.Сопко Техред В.Далекорей KoppeKTop,Þ.Ìàêàðåíêo

Заказ 3081/43 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4