Импульсно-релейный регулятор

 

Изобретение относится к области систем управления. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуля- . тор, содержащий четыре одновибратора, RS-триггер, первый и второй несш4мётричные релейные элементы, усилитель, интегратор, два задатчика, элемент ИЛИ, введены D-триггер, второй, гретий, четвертый и пятый ключевые элементы , три элемента И и элемент И-НЕ. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

15@ 4 G 05 В ll/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 377164)/24-24 (22) 18.07.84 (46) 30.04.86. Бюл. Р 16 (72) В,.В.Макаров, И.В.Зайцев, Е.П.Михальченко и В.М.Лохин (53) 62-50 (088. 8) (56) Нелинейные системы автоматического управления. Метод гармонической линеаризации в проектировании нелинейных систем автоматического управления. /Под ред. Ю.И.Топчеева.

М.: Машиностроение, 1970, с. Д91-394.

Авторское свидетельство СССР

В 1096608, кл. G 05 В 11/30, 1983.

„„SU„„1228072 А1 (54) ИМПУЛЬСНО-РЕЛЕ11НЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области систем управления. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуля. тор, содержащий четыре одновибратора, RS-триггер, первый и второй несимметричные релейные элементы, усилитель, интегратор, два задатчика, элемент

ИЛИ, введены D-триггер, второй, третий, четвертый и пятый ключевые эле" менты, три элемента И и элемент

И"НЕ. 2 ил.,1228072

Изобретение относится к автоматическим импульсным регуляторам, в которых выходной сигнал является лрерывной функцией отклонения входного

- сигнала от заданной величины, и может быть использовано в системах автоматического регулирования различных процессов в теплоэнергетике и химии при применении в качестве исполнительных устройств механизмов с постоянной скоростью перемещения для объектов с малой инерционностью, например в установках для регулирования температуры путем изменения концентрации компонентов смеси из двух компонентов с различной температурой.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора.

На фиг.l представлена функциональная схема регулятора; на фиг.2 — временные диаграммы основных сигналов регулятора при отработке возмущающего или управляющего воздействия.

Регулятор (фиг.l) содержит усилитель 1, интегратор 2, несимметричные релейные элементы 3 и 4, задатчики зоны нечувствительности 5 и 6> ключевые элементы 7 — ll, элемент

ИЛИ 12, одновибраторы 13-16, элемент И-НЕ 17, элементы И" 18-20, RSтриггер 21, D-триггер 22. В процессе регулирования регулятор осуществляет управление исполнительным устройством с постоянной скоростью перемещения.

Работа регулятора осуществляется следующим образом.

На вход регулятора поступает сигнал U ; равный разности между заданВх ным и действительным значениями регулируемого параметра, и усиленный усилителем I он поступает на вход интегратора 2. С выхода интегратора 2 сигнал поступает на входы не" симметричных релейных элементов 3 и

4. В зависимости от полярности сигнала рассогласования при достижении сигналом на выходе интегратора 2 уровня, заданного задатчиком зоны нечувствительности 5 или 6, срабатывает соответствующий несимметричный релейный элемент, например элемент 3. На выходе элемента

3 возникает сигнал U, (момент времени t„ на фиг.2) и поступает на один из входов элемента ИЛИ 12, вызывая появление на выходе последнего сигнала 11,, которым запускается одновибратор 13. Одновременно сигнал

U, с выхода несимметричного релейного элемента 3 поступает на один из входов RS-триггера 21, вызывая, при. необходимости, его переключение. При переключении триггера 21 инвертируются сигналы U и О8 на его выходах, поступающие на входы элементов

И 19 и 20 и подготавливающие включение обмотки исполнительного устройства, соответствующей полярности сигнала рассогласования UВ„ .

Запуск одновибраторов 13-16 осуществляется по переднему фронту входного сигнала. При запуске сигналом

Uä одновибратора 13 на выходах его

I0

I5 на время импульса tg происходит ин-вертирование сигналов. Сигнал U„ единичного значения поступает на управляющий вход ключевого элемента 7, а

В момент окончания импульса длительностью tg происходит обратное сигнал О„с,инверсного выхода одновибратора 13, поступающий на вход од25 новибратора 14, принимает нулевое значение. При срабатывании ключевого элемента 7 происходит обнуление интегратора 2 и, соответственно, уменьшение до нуля сигналов U u U

Поскольку в исходном состоянии, т.е. до момента запуска одновибратора 13, сигналы О4 у О5у Об> U11 имеют единичные значения, то при запуске одновибратора 13 сигнал U на выходе эле.мента И 18 становится равным О, что вызывает отключение ключевых элементов 9 и IO и подготовку к включению: исполнительного устройства 23. Длительность импульса t принимается минимально возможной о достаточной

40 для срабатывания последующих устройств. Если в качестве ключевых элементов 8 — 11 используются устройства тиристорного типа, отключение которых происходит не в момент равенства 0

45 управляющего сигнала, а при выполнении одновременного условия равенства 0 тока через тиристор, длительность импульса tg выбирается не менее, чем Т/2, где Т вЂ, период напряжения питания электродвигателя исполнительного устройства. Тем самым обеспечиваетая нормальное функционирование схемы и исключение возможности короткого замыкания при переключении ключевых элементов.

1228072

3 инвертирование сигналов U u U на

4 выходах одновибратора 13. Прй этом происходит запуск одновибратора 14, длительность импульсов на выходе которого t„ определяет длительность управляющего импульса, поступающего на обмотки исполнительного устройства (момент времени с на фиг.2). Сигнал U на прямом выходе одновибратора 14 прпнимает единичное значение, 10 а сигнал U на его инверсном выходенулевое. Равенство 0 сигнала О обес5 печивает возможность включения ключевых элементов 9 и 10 в течение управляющего импульса и, одновременно, 15 вызывает появление единичного уровня напряжения сигнала U на выходе элемента И-НЕ 17. На выходе элемента

И 20 появляется сигнал U, поступающий на управляющий вход ключевого 20 элемента 11. При включении ключевого элемента 11 осуществляется подключение одной из обмоток электродвигателя исполнительного механизма к напряжению питания и перемещение испол- 2 нительного устройства в течение времени t„ в сторону, обеспечивающую уменьшение сигнала рассогласования.

В момент окончания управляющего имЪ пульса длительностью t происходит ЗО обратное инвертирование сигналов на выходах одновибратора 14. При этом становится равным 0 сигнал U на вы" ходе элемента И-НЕ 17, что вызывает, соответственно, отключение ключевого З элемента 11.

Одновременно происходит запуск одновибраторов 15 и 16 (момент времени на фиг.2). Длительность импульса на выходе одновибратора 15 равна t, 4О что обеспечивает невозможность включения ключевых элементов 9 и 10 до гарантированного отключения ключевых элементов 8 и 11. Длительность импульса на выходе одновибратора 16 4 определяет допустимую длительность паузы между очередными импульсами управления. По истечении времени t (момент времени е на фиг.2) происходит обратное инвертирование сиг- gg нала U на выходе одновибратора 15, на выходе элемента И 18 формируется единичное значение сигнала U« и включение ключевых элементов 9 и 10. При этом обеспечивается закорачивание обмоток исполнительного устройства 23 и улучшение качественных характеристик системы регулирования с использованием регулятора.

В момент времени „ зaкaнчивaeтсy переключение элементов схемы регулятора, которые устанавливаются в исходное состояние. Если на входе регулятора продолжает действовать, сигнал рассогласованйя U, той же полявности и интервал времени между передними фронтами импульсов на вы". ходе несимметричного релейного элемента 3 не меньше, чем (t. +t„+t„), работа элементов регулятора повторяется в описанной последовательности и на выходе регулятора формируется последовательность импульсов управления, частота Koторых линейно зависит от величины сигнала рассогласования U

Вк

Наличие одновибратора 16 обеспечивает перевод регулятора в релейный режим работы при превышении сигналом рассогласования некоторого значения, при котором включение одновибратора 14 происходит в момент наличия импульса на выходе одновибратора 16. Проверка состояния D-триггера 22 осуществляется сигналом Ug по его переднему фронту. Если длительность импульса на выходе одновибратора 16 такова, что его инвертирование в момент окончания импульса (момент времени t на фиг.2) происхоб дит до запуска одновибратора 14, переключения D-триггера не происходит и работа схемы при очередном формировании импульса управления происходит аналогично описанному (моменты времени б t,, 8 t, СФ ). Если срабатывание одновибратора 14 происходит в момент времени, когда сигнал

О, на выходе одновибратора 16 имеет нулевое значение, т.е. когда одновибратор 16 запущен (момент времени на фиг.2), происходит переключение П-триггера, на выходе элемента

И-НЕ 17 формируется единичное значение сигнала U и регулятор входит в релейный режим работы до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до заданного настройкой одновибратора 16 значения.

Для обеспечения стабильной работы регулятора в релейном режиме при любых величинах сигнала рассогласования в качестве одновибратора

16 целесообразно применять одновибраторы с повторным запуском, например типа КМ155АГ3, запуск которых

1228072 осуществляется независимо от того, в каком состоянии находится одновибратор. При использовании одновибраторов обычного типа, повторный запуск которых происходит только по окончании предыдущего импульса, например

К155АГ1, при определенной величине сигнала рассогласования возможен сбой релейного режима, так как перед- 1О ний фронт сигнала б с выхода одновибратора 14 может оказаться сформированным нмомент, когда одновибратор

16 не будет запущен несмотря на ве- личину сигнала рассогласования, пре- 15 вышающую предельное значение.

Таким образом, при малых значениях сигнала рассогласования У,„ регулятор осуществляет интегральную частотно-импульсную модуляцию управ- 20 ляющего сигнала, а при больших значениях - релейное управление, что обеспечивает повышенное быстродействие систем регулирования при применении предложенной конструкции регулятора. 25

Наличие ключевых элементов 9 и 1О и закорачивание обмоток исполнительного устройства 23 при снятии управляющего импульса ведет к повышению точности отработки в установившемся ре- 30 жиме.

Формула изобретения

Импульсно-релейный регулятор, 35 содержащий четыре одновибратора, RSтриггер, первый несимметричный релейный элемент, подключенный управляющим входом к выходу первого задатчика, последовательно соединенные 40 усилитель, интегратор, второй несимметричный релейный элемент, подключенный управляющим входом к выходу второго задатчика, и элемент ИЛИ, соединенный выходом с входом первого 45 одновибратора, прямой выход которого подключен к управляющему входу первоro ключевого элемента, включенного параллельно конденсатору интегратора, выход интегратора через первый несимметричный релейный элемент под- ° ключен к второму входу элемента ИЛИ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, регулятор содержит D-триггер, второй, третий, четвертый и пятый ключевые элементы, трн элемента И и элемент И-НЕ, инверсный выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора и с первым входом первого элемента И, выходы первого н второго несимметричных релейных элементов соединены соответственно с первым и вторым входами RS-триггера, прямой выход котороro.соединен с первым входом второго элемента И, а инверсный — с первым входом третьего элемента И, прямой выход второго одновибратора соединен с тактовым входом D-триггера, а инверсный— с вторым входом первого элемента И, с входами третьего и четвертого одновибраторов и с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с вторыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего ключевых элементов, включенных последовательно с соответствующими обмотками исполнительного устройства, инверсные выходы третьего и четвертого одновибраторов соединены соответственно с третьим входом первого элемента И и с информационным входом D-триггера, выход которого соединен с четвертым входом первого элемента И и с вторым входом элемента И-НЕ, выход первого элемента И соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключевых элементов, включенных параллельно обмоткам исполнительного устройства.!

228072

1228072

0г

Составитель В.Кузин

Техред И.Попович

Редактор К.Волощук

Корректор А,Знмокосов

Заказ 2286/48 Тираж 836

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород. ул.Проектная, 4