Релейно-импульсный регулятор

 

РЕЛЁЙНО-ИМ11УЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР , содержащий последовательно соединенные блок вьщеления модуля,сумматор , релейньй элемент, формирователь выходных сигналов управления исполнительными органами и коммутатор. второй вход которого через знаковый дискриминатор соединен с входом блока вьщеления модуля,«я также инерционное звено, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом сумматора , отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат на управление в установившемся работы регулятора, в него дополнительно введен усилитель с ограничением выходного сигнала, вход которого соединен с выходом инердионного звена, а выход - с вторым входом формирователя выходных сигналов управления исполнительными органами . (О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) 4(51 ) G 05 В I l/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21 ) 3549916/24-24 (22 ) 09.02.83 (46 ) 30.01.85. Бюл. 1р 4 (72 ) А.Я.Бичуцкий, В. Б,Дорофеев, Г.Я.Леденев и С,И.Червяков (53 ) 62-50(088.8) (56 ) 1.Авторское свидетельство СССР

Ю 63Q612, кл. G 05 В 11/16, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

М 943640, кл. G 05 В ll/14, 1982 (прототип). (54)(57)РЕЛЕЙНО-ИМ11УЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТ0Р, содержащий последовательно соединенные блок выделения модуля,сумматор, релейный элемент, формирователь выходных сигналов управления исполнительными органами и коммутатор, второй вход которого через знаковый дискриминатор соединен с входом блока выделения модуля, es также инерционное звено, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход — с вторым входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат на управление в установившемся режиме работы регулятора, в него дополнительно введен усилитель с ограничением выходного сигнала, вход которого соединен с выходом инерционного звена, а выход — с вторым входом формирователя выходных сигналов управления исполнительными оре ганами.

1! 31442 1

Изобретение относится к техническим средствам систем автоматического регулирования и может быть использовано для регулирования и управления различными динамическими объектами и технологическими процессами.

Известен пропорционально-дифференциальный регулятор, выполненный в виде релейного элемента, охваченного через сумматор цепью инерционной отрицательной обратной связи. На второй вход сумматора подается сигнал ошибки управления, а выход релейного элемента связан через выходную схему с релейными исполнительными органами объекта управления (1), Недостатком этого регулятора являются высокие энергозатраты в установившемся режиме.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор, содержащий последовательно соединенные схему выделения абсолютного значения сигнала, релейный элемент, охваченный цепью инерционной отрицательной обратной связи, формирователь выходных сигналов управления исполнительными органами и коммутатор, управляющий вход которого соединен через знаковый дискриминатор с выходом регулятора. Релейные исполнительные органы, используемые в этом регуляторе, имеют определенную временную задерж- З5 ку на включение, зависящую (иногда в значительной степени) от температуры окружающей среды, напряжения питания и т,д. В частности это обусловлено изменением тока через обмот- 4О ку исполнительного органа при изменении внешних условий. При проектировании релейных регуляторов длительность. минимального импульса управления исполнительными органами выби- 45 рается исходя из необходимого качества управления в установившемся ре-,. жиме, но не менее длительности, необходимой для надежного включения исполнительных органов. При учете всех условий эксплуатации оказывается, что длительность импульса,гарантирующего срабатывание реального исполнительного органа в

1,5-2 раза может превышать требуемое для срабатывания время. Это приводит к увеличению энергозатрат на управление и к увеличению установившихся скоростей в циклах поддержания в заданных пределах регулируемого параметра (процесса ) $2(..

Недостатком этого регулятора являются повышенные энергозатраты на управление, обусловленные невоз можностью изменения длительности минимального выходного импульса с учетом технологического разброса параметров входных цепей (обмоток ) релейных исполнительных органов и условий работы системы.

Цель изобретения — уменьшение энергозатрат на управление в установившемся режиме работы регулятора за счет изменения длительности минимаЛьного управляющего импульса на выходе формирователя выходных сигналов управления исполнительными органами.

Поставленная цель достигается тем, что в релейно-импульсный регулятор, содержащий последовательно соединенные блок выделения модуля, сумматор, релейный элемент, формирователь выходных сигналов управления исполнительными органами и коммутатор, второй вход которого через знаковый дискриминатор соединен с входом блока выделения модуля, а также инерционное звено, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход — с вторым входом сумматора, дополнительно введен усилитель с ограничением выходного сигнала, вход которого соединен с выходом инерционного звена, а выход— с вторым входом формирователя .выходных сигналов управления исполнительными органами..

На фиг,l представлена блок-схема релейно-импульсного регулятора; на фиг.2 — вариант выполнения схемы управляемого формирователя выходных сигналов управления исполнительными органами; на фиг,З вЂ” варианты фазовых портретов систем управления при использовании предлагаемого регулятора и регулятора-прототипа„

Релейно-импульсный регулятор состоит из последовательно соединенных блока l выделения модуля, сумматора 2, релейного элемента 3, охваченного через сумматор 2 цепью инерционной (апериодической отрицательной обратной связи — инерционным звеном 4, формирователя 5 выходных сигналов управления испол1 13 7442 иительными органами, знакового дискриминатора 6 и коммутатора 7. Управляющий (второй) вход коммутатора 7 соединен через дискриминатор 6 с входом регулятора. 5

Выход апериодического звена 4 соединен через усилитель 8 с ограничением выходного сигнала с вторым входом формирователя 5, Выходом регу" лятора являются выходы коммутатора 7. !0

Формирователь 5 содержит интегро сумматор, выполненный на операционном усилителе 9, конденсаторе 10, то- коэадающих резисторах !1 и 12 и ограничивающем резисторе 13. Цепи заряда конденсатора 10 выполнены на ключах

14 и 15 и иа резисторе 16. В качестве ограничителей напряжения используются диоды 17 и 18. Пороговый элемент, формирующий выходные импульсы, выполнен на транзисторе 19 и резисторах 20 и 21.

Формирователь в составе регулятора работает следующим образом.

При включении релейного элемента

3 сигнал отрицательной полярности с его выхода поступает на запускающий вход формирователя 5 и открывает ключи 14 и 15 замыкающие цепь заряда конденсатора 10 (цепь из эле30 ментов 15-10-16-14 ), который быстро заряжается- до напряжения, близкого к величине напряжения питания схемы +Е. При этом выходным напряжением операционного усилителя 9 (или, 35 что одно и тоже, напряжением на конденсаторе 10 ) открывается транзистор 19 и формируется передний фронт импульса. При выключении релейного элемента 3 ключи 14 и 15 запираются 40 нулевым напряжением по запускающему входу. (Если, исходя из типа выбранных ключей, для их запирания необходим потенциал определенной величины, то он формируется нужным образом, нап- 45 ример, первоначальным смещением ),.

После запирания ключей на выходе интегросумматора начинает формироваться линейно-падающее напряжение, крутизна изменения которого про- 50 порциональна величине суммы токов, протекающих через резисторы 1! и

12. Ток l!, протекающий через резистор 11, имеет постоянную величину и определяет минимальную дли- 55 тельность импульса. Ток.I2, причем ) E )c l,, зависит от йапряжения . U на выходе усилителя с ограничением. Задний фронт импу. ьса формируется при запирании транзистора 19 напряжением интегросумматора.

Минимальное выходное напряжение интегросумматора определяется диодом 18 и близко к нулю.

Релейно-импульсный регулятор в установившемся режиме работает следующим образом.

Пусть, например, в установившемся режиме скорость изменения сигнала ошибки управления имеет постоянную величину (, тогда ошибка управления С линейно нарастает. При этом, если сигнал а равен нулю, нарастает также управляющий сигнал S. При достижении сигналом 5 величины,равной величине порога срабатывания

РЭ 3, последний включается и формирует передний фронт импульса на выходе формирователя 5 и сигнал апериодической отрицательной обратной свя.зи на выходе звена 4. По истечении времени, близкого к времени действия импульса на выходе формирователя 5 возможны две ситуации: сформированного импульса достаточно (по длительности) для срабатывания исполнитель-. ных органов — в этом случае под действием развиваемого ими управления изменяется .сигнал скорости и ошибка управления уменьшается; длительности сформированного импульса недостаточно для включения исполнительных органов — в этом случае скорость С остается без изменений, сигнал ошибки Ч изменяется в пределах величины гистерезиса релейного элемента 3, а сигнал а на выходе апериодического звена увеличивается (отслеживая сигнал 1(1 ). Это приводит к тому, что каждый последующий, сформированный формирователем 5 импульс, имеет длительность большую по величине, чем предыдущий, что в конечном итоге приводит к срабатыванию исполнительных органов и к изменению знака скорости процесса.

Таким образом,за счет уменьшения средней длительности импульсов, поступающих на исполнительные органы, удается снизить установившуюся скорость процесса. При этом может увеличиться ошибка управления на величину hh, которая зависит от внешних условий эксплуатации и от напряжения питания исполнительных органов.

Выбором коэффициента передачи ли-. нейного участка усилителя с ограни3 Il чевием всегда можно добиться, чтобы величина gh.не превышала заданного предела, На фиг.3 представлена фазовая траектория (а ) системы, в которой исйользуется предлагаемый регулятор, и фазовая траектория () системы с регулятором-прототипом.

Уровень насыщения усилителя 8 с

1 ограничением выходного сигнала вы—

37442 6 бирается из условий того, что при максимальном значении сигнала О,. длительность импульса, формируемого формирователем 5, должна быть не меньше длительности импульса в прототипе, т.е. той длительности, при которой гарантируется сра— батывание исполнительных орга— нов при любых начальных усло10 виях.

1137442

Составитель А.Лащев .Техред А.Бабинец Корректор 0.31уговая

Редактор И. Касарда

Филиал 1ПП1 "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 10523/35 . Хираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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