Цифровой пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор

 

Изобретение относится к бумагоделательной и металлообрабатывающей технике, может найти применение при регулировании скорости вращения валов бумагоделательных мащин и прокатных станов и в станках с числовым программным управлением и является усоверщенствованием известного регулятора по авт. св. № 883864. В регуляторе решается задача изменения коэффициента передачи интегральной составляющей регулятора в зависимости от сигнала обратной связи и опорного сигнала. Коды сигналов задания и обратной связи поступают на вход первого сумматора (С), который вместе с первым регистром формирует пропорциональную составляющую управляющего сигнала, которая поступает иа первый вход четвертого С и на первый вход второго и третьего С. Третий С и третий регистр формируют дифференциальную составляющую сигнала управления, которая подается на третий вход четвертого С. Второй С и второй регистр формируют интегральную составляющую сигнала управления, который, пройдя через делитель, суммируется с сигналом управления. Выходной сигнал четвертого § С через четвертый регистр поступает на выход регулятора. Код сигнала обратной /Л связи сравнивается с опорным сигналом, а результат сравнения подается на второй вход делителя и осуществляет изменение величины интегральной составляющей сигнала управления. 2 з.п ф-лы, 3 ил. to to оо to о О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (д 4 G 05 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 883864 (21) 3799365/24-24 (22) 04.10.84 (46) 07.04.86. Бюл. № 13 (71) Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения (72) В. Н. Данилов и Н. Т. Малюк (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 883864, кл. G 05 В 11/26, 1979. (54) ЦИФРОВОЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНОИНТЕГРАЛ ЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛ ЬНЬ1Й РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к бумагоделательной и металлообрабатывающей технике, может найти применение при регулировании скорости вращения валов бумагоделательных машин и прокатных станов и в станках с числовым программным управлением и является усовершенствованием известного регулятора по авт. св. № 883864. В регуляторе решается задача изменения коэффициента пе„„SU„„1223206 А редачи интегральной составляющей регулятора в зависимости от сигнала обратной связи и опорного сигнала. Коды сигналов задания и обратной связи поступают на вход первого сумматора (С), который вместе с первым регистром формирует пропорциональную составляющую управляющего сигнала, которая поступает на первый вход четвертого С и на первый вход второго и третьего С. Третий С и третий регистр формируют дифференциальную составляющую сигнала управления, которая подается на третий вход четвертого С. Второй С и второй регистр формируют интегральную составляющую сигнала управления, который, пройдя через делитель, суммируется с сигналом управления. Выходной сигнал четвертого

С через четвертый регистр поступает на выход регулятора. Код сигнала обратной связи сравнивается с опорным сигналом, а результат сравнения подается на второй вход делителя и осуществляет изменение величины интегральной составляющей сигнала управления. 2 з.п ф-лы, 3 ил.

1223206

Изобретение относится к области бумагоделательной и металлообрабатывающей техники, может найти применение при регулировании скорости вращения валков бумагоделательных машин и прокатных станов и в станках с числовым программным управлением и является усовершенствованием известного регулятора по авт. св.

Хо 883864.

Целью изобретения является повышение быстродействия регулятора.

На фиг. I приведена блок-схема регулятора; на фиг. 2 — принципиальная схема блока управления; на фиг. 3 — принципиальная схема устройства сравнения.

Регулятор содержит первый сумматор 1, первый регистр 2, второй сумматор 3, второй регистр 4, третий сумматор 5, третий регистр 6, четвертый сумматор 7, четвертый регистр 8, блок 9 управления, управляемый ключ 10, тактовый генератор 1, дешифратор 12, первый, второй, третий и четвертый выходы !3 — 16 блока 9 управления, делитель 17, устройства 18 и 19 сравнения, устройства 20 и 21 умножения, устройство 22 сравнения, источник 23 опорных сигналов, одновибраторы 24 — 27, сумматор

28, первый и второй переключатели 29 и 30, логический блок 31, элемент НЕ 32, первый, второй входы и выход 33 — 35 устройства 18 сравнения (К, К, К, Кд опорные сигналы на выходе источника 23 опорных сигналов, соответствующие общему коэффициенту передачи регулятора и коэффициентам интегральной, пропорциональной и дифференциальной составляющих закона регулирования, реализованного в регуляrope, Nq — код задания, No — код обратной связи, Np — код выходного сигнала регулятора, Мп, Мл, N — соответственно пропорциональная, дифференциальная и интегральная составляющие сигнала управления, f< — частота квантования.

Блок 9 управления содержит одновибраторы 24 — 27.

Устройство 18 сравнения (или 19, или 22) содержит сумматор 28, первый и второй переключатели 29 и 30, логический блок 31, элемент 32. Первый и второй переключатели 29 и 30 содержат N ключей с тремя устойчивыми состояниями. Логический блок

31 состоит из N элементов HE.

Регулятор работает следующим образом.

В исходный момент времени регистры 2, 4, 6 и 8 установлены в нулевое состояние сигналом «Установка «О»».

На первый вход первого сумматора 1 поступает код задания N, а на второй его вход и первый вход устройства 18 сравнения — код отрицательной обратной связи

Noc. С выхода первого сумматора 1 результат, являющийся пропорциональной N«i ñoставляющей регулятора, поступает на вход первого регистра 2 и первый вход сумматора 5, второй вход которого соединен с

1О

35 инверсным выходом первого регистра 2. Одновременно на вход блока 9 управления через управляемый ключ поступают импульсы частотой fo. По переднему фронту этих импульсов на первом выходе 13 блока управления формируется импульс управленйя, и поступая на С-вход третьего регистра 6, записывает в него дифференциальную N составляющую сигнала управления, образующегося на выходе третьего сумматора 5.

По заднему фронту импульса с выхода 13 блока 9 управления на его втором выходе

14 формируется следующий импульс управления и, поступая на С-вход первого регистра 2, записывает в него новое значение пропорциональной составляющей сигнала управления. С выхода первого регистра 2 сигнал N поступает на первые входы второго и четвертого сумматоров 3 и 7.

На второй вход второго сумматора 3 поступает сигнал N-, соответствующий предыдущему моменту времени и заполненный во втором регистре 4. Результат суммирования во втором сумматоре 3 представляет собой новое значение сигнала Х., которое с выхода второго сумматора 3 поступает на вход второго регистра 4. По заднему фронту импульса с второго выхода 14 блока 9 управления на его третьем выходе 15 формируется очередной импульс управления.

По переднему фронту этого импульса новое значение N запоминается во втором регистре 4 и через делитель 17 поступает на второй вход четвертого сумматора 7. Составляющие сигнала управления, складываясь в четвертом сумматоре 7, образуют выходной код Np регулятора. Очередной импульс с четвертого выхода 16 блока уггравления, поступая на С-вход четвертого регистра 8, записывает в него новое значение кода Np.

Устройство 18 сравнения сравнивает код

Noc с расчетным опорным сигналом К.. Если Х-(К, сумматор 28 не переполняется и на его выходе переполнения устанавливается логический «О», который, поступая на управляющий вход первого переключателя 29, открывает все его ключи, а поступая через элемент HE 32 на управляющий вход второго переключателя 30, закрывает все его ключи, переводя их в третье устойчивое состояние, в результате чего через переключатель 29 с выхода

33 устройства 18 сравнения на второй вход делителя 17 поступает код No . В случае, если Noc> К, сумматор 28 переполняется, на его выходе переполнения появляется логическая «!». При этом первый переключатель 29 закрывается, переходя в третье устойчивое состояние, а второй переключатель 30 открывается, и теперь уже код сигнала К поступает на второй вход делителя 17. В результате при малых входных воздействиях (малых скоростях вращения, близких к ползучим) постоянная времени интегральной составляющей бу1223206 дет изменяться прямо пропорционально коду М-.При этом время реакции регулятора существенно сокращается, т. е. быстродействие возрастает. С целью исключения переполнения второго сумматора 3 между

его выходом и входом второго регистра 4 необходимо установить устройство 19 сравнения, ограничивающее код с выхода сумматора 3 на заданном уровне. Устройство

20 и 21 умножения необходимы для возможности изменения параметров регулятора, т. е. коэффициентов К и Кд соответственно при порциональной N и дифференциальной N составляющих сигнала управления регулятора. Устройство 22 сравнения служит для ограничения выходного кода Np.

Источник 23 опорных сигналов может представлять собой источник питания и набор ключей и предназначен для задания коэффициентов и величины ограничений в регуляторе.

Описанный процесс повторяется с приходом последующего импульса частоты

В блоке 9 управления могут быть использованы одновибраторы из серии интегральных схем К155, например К155АГ! или

К155АГЗ.

В переключателях 29 и 30 в качестве ключей с тремя устойчивыми состояниями на выходе могут быть использованы интеграл ьн ые с хе мы К589АП 16.

Описанный алгоритм работы регулятора может быть реализован программными средствами на базе микропроцессора или микро-ЭВМ.

По сравнению с известным применение данного регулятора в электроприводе позволяет повысить его быстродействие при малых (ползучих) скоростях вращения, что определяется кратностью изменения постоянной интегрирования регулятора и границей устойчивости электропривода. Расчетное время реверса при номинальном токе и скорости 0,1 об/мин в электроприводе, использующем известный регулятор, превышает 4 с. Расчетное время реверса в таком же режиме при использовании предлагаемого регулятора снижается до 0,4—

0,5 с, т. е. быстродействие регулятора повышается примерно в десять раз.

При использовании данного электропривода, например, в металлорежущих станках, может быть получен экономический эффект за счет повышения точности и скорости обработки деталей, т. е. повышения производительности станка.

Формула изобретения

10 l. Цифровой пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор по авт. св. № 883864, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора, в нем дополнительно установлены делитель, третье устройство сравнения и источник опорных сигналов, причем выход второго регистра соединен с вторым входом четвертого сумматора через делитель, подключенный вторым входом к выходу третьего устройства сравнения, соединенного входами соответственно с первым входом первого сумматора и выходом источника опорных сигналов.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит четыре последовательно соединенных одновибратора, причем вход первого одновибратбра и выходы первого, второго, третьего и четвертого одновибраторов являются входом и первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления.

3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что устройство сравнения содержит сумматор, два переключателя, логический блок и элемент НЕ, причем первый вход сумматора соединен с информационным входом первого переключателя, второй вход — с выходом логического блока, а выход — с управляющим входом первого переключателя и входом элемента НЕ, подключенного выходом к управляющему входу второго переключателя, информационным входом соединенного с входом логического блока, а

4р выходом — с выходом первого переключателя, информационные входы первого и второго переключателей и их соединенные выходы являются первым, вторым входами и выходом устройства сравнения.

1223206

Составитель Ю. Гладков

Редактор Т. Кугрышева Техред И. Верес Корректор И.Муска

Заказ 1711 50 Тираж 836 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оч крытий

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

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