Импульсный регулятор

 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и химической промьппленности и может быть применено в импульсных системах автоматического управления объектами, обладающими, фильтрующими средствами. Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение регулятора. В даннсда регуляторе сигнал рассогласования поступает на входы фильтра, первого и второго релейных блоков и на информационный вход входного фильтра, выходной сигнал которого поступает на входы детектора и третьего релейного блока. Выходной сигнал третьего релейного блока поступает на первый вход широтно-импульсного модулятора и через одновибратор - на управляющий вход входного фильтра. Выходной сигнал детектора через ключ постуйает на второй вход-широтНо-импульсного модулятора, выходной сигнал которого .поступает на первые входы первого, второго и третьего элементов И. Выходной сигнал фильтра через четвертьй релейный блок поступает на .второй вход первого элемента И и с его выхода - па управляющий вход ключа. Выходные сигналы первого и зторого релейных блоков поступают на вторые входы соответственно второго и третьего элементов И. Выходные сигналы второго и третьего элементов И через первый и второй усилители мощности поступают на соответствующие входы исполнительного механизма. В качестве входного фильтра может бь1Ть применен либо управляемый интегратор, либо управляемое апериодическое звено. .2 3.п.ф-лы., 4 ил. (О с (О ее 00 о IND сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1 Р 4 G 05 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

EH Р (21) 3721904/24-24 (22) 04.04.84 (46) 15.06.86. Бюл. № 22 (72) В.В.Макаров, Ю.В.Мастюгин, Ю.Л.Полунов и В.М.Лохин (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1004969, кл. С 05 В 11/26, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N 1170426, кл. С 05 В 11/26, 08.02,84.

Авторское свидетельство СССР № 11 17585, кл. G 05 В 11/26, 1983. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области теплоэнергетики и химической промьппленности и может быть, применено в импульсных системах автоматического управления обьектами, обладающими. фильтрующими средствами. Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение регулятора. В данном регуляторе сигнал рассогласования поступает на входы фильтра, первого и второго релейных блоков и на информационный вход входного фильтра, выходной сигнал которого поступает на вхо„„SU„„1238025 А1 ды детектора и третьего релейного блока. Выходной сигнал третьего ре лейного блока поступает на первый вход широтно-импульсного модулятора и через одновибратор — на управляющий вход входного фильтра. Выходной сигнал детектора через ключ поступает на второй вход широтно-импульсного модулятора, выходной сигнал которого поступает на первые входы первого, второго и третьего элементов И. Выходной сигнал фильтра через четвертый релейный блок поступает на второй вход первого элемента И и с его вьтхода — на управляющий вход ключа. Выходные сигналы первого и второго ре- 3 лейных блоков поступают на вторые входы соответственно второго и третьего элементов И. Выходные сигналы вто- С . рого и третьего элементов И через первый и второй усилители мощности Д поступают на соответствующие входы исполнительного механизма. В качестве входного Фильтра может быть применен либо управляемь|й интегратор, либо . СФЭ управляемое апериодическое звено. 00

2 з.п.ф-лы., 4 ил. () 1238

Изобретение относится к теплоэнергетике и химической промышленноСти и может быть применено в импульсных системах автоматического управления объектами, обладающими фильтрующими свойствами.

Цель изобретения — повьш ение быстродействия и упрощение регулятора.

На фиг. 1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг.2 и 10

3 - принципиальные схемы вариантов выполнения входного фильтра; на фиг.4 — эпюры выходных напряжений основных блоков регулятора.

На фиг.1-4 приняты следующие обоз- 15 начения: входной фильтр 1; четвертый, третий,. второй и первый релейные блоки 2 — 5, широтно-импульсный модулятор 6, одновибратор 7, детектор 8, ключ 9, фильтр 10, третий, первый и 20 второй элементы И 11, 12 и 13, первый и второй"усилители 14 и 15 мощности, сумматор 16, RS-триггер 17, пятый релейный блок 18, интегратор 19, исполнительный механизм 20, исполнительный 25 электродвигатель 21, редуктор 22, измеритель рассогласования 23, резисторы 24 и 25, конденсатор 26, операционный усилитель 27, ключ 28, U „-входное напряжение импульсного регулято- Зр ра (т.е. напряжение рассогласования),: О, — выходное напряжение входного Филь тра 1, U — выходное напряжение четвер;того релейного блока 2, U — выходное, напряжение одновибратора 7, Uq — вы- 35 ходное напряжение широтно-импульсного модулятора 6, U — - выходное напряжение детектора 8, U -- выходное напряжение .ключа 9, U — выходное напряжение

Фильтра 10, Уз- выходное напряжение 4О третьего релейного блока 3, 0 — выходное напряжение третьего элемента

И 11, U,,,U, — выходные напряжения

<о соответственно второго и первого релейных блоков 4 и 5, Ц, О, — выходные 45 напряжения соответственно йервого и второго элементов И 12 и 13, U „,„выходной сигнал исполнительного механизма 20.

Широтно-импульсный модулятор 6 со- 50 держит сумматор 16, триггер 17, пятый релейный блок 18 и интегратор 19. В качестве триггера 17 может быть при» менен известный RS-триггер.

В качестве исполнительного меха- 55 низма 20 в данном случа@ применяется исполнительный механизм постоянной скорости, который содержит (однофаз%

025 2 ный) электродвигатель 21 и (силовой) редуктор 22.

В качестве входного фильтра 1 может быть применен один из вариантов выполнения входного фильтра, представленных на фиг.2 и 3. Первый вариант выполнения входного фильтра представляет собой управляемый интегратор и содержит резистор 24, конденсатор 26, операционный усилитель 27 и ключ 28. Второй вариант выполнения входного фильтра представляет собой апериодическое звено и содержит резисторы 24 и 25, конденсатор 26, операционный усилитель 27 и ключ 28.

Кроме того, .указанное периодическое звено может быть реализовано любым известным способом.

Фильтр 10 выполняет в данном регу ляторе функции блока выделения постоянной составляющей сигнала рассогласования, В качестве фильтра 10 может быть использован любой известный фильтр низких частот. В качестве детектора 8 может быть использован любой известный двухтактный детектор.

Регулятор работает следующим образом.

На вход регулятора поступает напряжение U пропорциональное разности междузаданным и действительным значениями регулируемого параметра.

Напряжение U Ä поступает одновременно на сигнальный вход входного фильтра

1, на входы второго и первого релейных блоков 4 и 5, фиксирующих знак напряжения рассогласования U „,,и на вход детектора 10. Структурная схема данного регулятора обеспечивает возможность работы на трех режимах в

I зависимости от величины зоны нечувствительности третьего релейного блока 3, обладающего в указанном примера выполнения регулятора трехпозиционной характеристикой. Если зона нечувствительности третьего релейного блока.равна нулю, то данный регулятор работает в режиме частотно-импульсной модуляции, при котором на выходах первого и второго элементов И 12 и

13 .Формируются импульсные напряжения

0; и U, импульсы которых имеют постоянную длительность и частоту следо" вания, определяемую величиной напряжения рассогласования U „. В этом случае при любой величине йапряжения

U> на выходе фильтра 10 на выходе третьего релейного блока 3 имеется

3 1238025

o v oe o уля напряжение U, кото- токолебательных системах автоматирое подается на второй (инверсный) ческого регулирования объектом, котовход третьего элемента И 11 и препят- рый обладает фильтрующими свойствами. ствует появлению на его выходе отлич- В этом случае величина зоны нечувного от нуля напряжения U, обеспечи- ствительности третьего релейного бловающего замыкание ключа 9, т.е. вклю- ка 3 выбирается таким образом, чтобы чение цепей коррекции длительности исклю:ить замыкание ключа 9, т.е. импульсов управляющего напряжения. исключить возможность работы цепей

При повышении напряжением U на коррекции регулятора в переходном ревыходе входного фильт а д д ф ьтра l величины, 1О жиме работы, когда происходит отрадостаточной для срабатывания четвер- ботка регулятором управляющего или того релейного блока 2, на его выхо- возмущающего воздействия до момента де появляется напряжение U> поступающее на тактовый вход широтно-им- жима работы регу жима ра оты регулятора, характерипульсного модулятора 6. П оисхо ит ду . Роисходит 15 зующегося попеременным появлением переключение триггера 17 и на выходе импульсов управля мп льсов правляющих напряжений на широтно-импульсного модулятора 6 по- выходах первого и второй элементов является напряжение U<, поступающее И 12 и 13. на вторые входы первого и вто ого р о и второго Когда в результате отработки регу- элементов И 12 и 13. В зависимости

° . зависимо ти . 20 лятором внешнего воздействия постоянот полярности напряжения рассогла- ная составляющая напряжения рассогласования Uex происходит появленйе нап- сования U дости о игает заданнои велиряжения О, (или U„ „) на выходе элемен- чины (например, момент времени t та И 12 (или 13) (13), что определяется фиг.2}, то напряжение U на выходе

У f Э соответственно наличием напряжения третьего релейног б 3

25 и ого лока пропадает.

U (или U ) на выходе релейного бло- Прн возникновении на выходе широтно). р о влении напряже- импульсного модулятора 6 переднего ния U на выходе четвертого релейно- фронта очередного импульса напряже-. го блока 2 происходит срабатывание ния П происходит замыкание ключа 9 одновибратора 7 rio переднему фронту и напряжение Г - с выхода детектора напряжения U . На выходе одновибрато-30 т 8 поступает на управляющий вход шира 7 возникает короткий импульс нап- ротно-импульсного модулятора 6 и, ряжения U поступающий на управляю- еоответственно, на второй вход суммащий вход входного фильтра 1 и вызыва- тора 16. При этом длительность имющий его обнуление. В дальнейшем п о° дальнейшем про пульсов напряжения U определяется исходит пропадание напряжения U íà 35 суммой напряжений U и У выходе широтно-импульсного модулято4 6 ра 6, поскольку напряжение U посту- Если в системе управления в котоУ пает через сумматор 16 на вход интег- рой применяется данный регулятор

Э ратора .19 и при достижении его выход- обеспечивается симметричный автоколеным напряжением величины, достаточ- 40 бательный режим работы, характеризуюнои для срабатывания пятого релейного щийся тем, что ось колебаний выходб лока 18, происходит обратное переклю- ного сигнала U регулятора находится чение триггера 17 и возврат широтно- на одинаковом расстоянии от значения импульсного модулятора 6 в исходное сигнала U „„ в момент отсутствия им. состояние. При сохранении напряжения 45 пульсов. напряжений Б и П на выходах

П 1З рассогласования 0 „ на входе регулято- пеРвого и второго элементов И 12 и ра процесс регулирования повторяется 13, то на выходе регулятора импульсы и на выходе усилителей 14 и 15 мощ- сигнала Пв„,„ имеют постоянную длительности формируются прямоугольные им- ность. Это связано с тем, что симметпульсы напряжения управления постоян-50 Ричному автоколебательному сигналу нои длительности. (на выходе исполнительного механизма

Если зона нечувствительности тре- 20 в РегУляторе с модуляцией данного тьего релейного блока 3 не равна ну-. класса соответствует симметричный лю, в регуляторе обеспечивается до- процесс изменения напряжения на выполнительная модуляция импульсов уп- 55 ходе входного фильтра 1. В .этом сигравляющих йапряжений по длительности. нале при различных полярностях напряН аибольший эффект от применения дан- жения рассогласования U длительность вд ного регулятора обеспечивается в as- импульсов выходного сигнала U регувы Регу

1238

S лятора увеличивается в результате воздействия корректирующего напряжения

U на одну и ту же величину. Если изза соответствующих начальных условий в регуляторе возник несимметричный автоколебательный выходной сигнал

Uö„„ или несимметричный автоколебательный.выходной сигнал U „,„ явился следствием внешнего возмущения (например, момент времени t, фиг.2), то соответственно происходит изменение напряжения U„ на выходе входного фильтра 1. При этом происходит коррекция длительности импульсов управляющих напряжений U и U на выходах первого и второго элементов И 12 и 13 до тех пор, пока на выходе регулятора не установится симметричный автоколебательный сигнал U bö.

В случае, если в качестве входного фильтра 1 используется первый известный вариант выполнения входного фильтра (см.фиг.2), то за счет обеспечения симметрии выходного сигнала регулятора Б „,„обеспечивается повышение точности регулятора, так как обеспечивается уменьшение величины отклонения регулирующего параметра от его заданного значения.

Если в качестве входного фильтра

1 используется второй известный вари ант выполнения входного фильтра (см.фиг.3), то существенно повышается быстродействие регулятора. Это объясняется тем, что при использовании второго варианта выполнения входного 35 фильтра в автоколебательном режиме работы регулятора величина постоянной составляющей его выходного сигнала U „,„ зависит только от степени его несимметрии и равна нулю при симмет- 4п ричном выходном сигнале Uz„,„ регулятора. При этом замена первого варианта выполнения входного фильтра вторым вариантом существенно улучшает динамические характеристики регулятора. 45

Повышение быстродействия данного ре" гулятора обеспечивается за счет того, что в отличие от регулятора-прототипа коррекция выходного сигнала 0 „„ регулятора обеспечивается непосредственно при возникновении его асимметрии и постоянно, в то время как в прототипе указанная коррекция обеспечивается только при появлении третьего импульса управляющего напряжения 55 относительно момента начала асимметрии выходного сигнала регулятора прототипа.

При необходимости в данном регуляторе может быть обеспечен режим работы с постоянной частотно-широтной модуляцией управляющего напряжения. В этом случае величина эоны нечувствительности третьего релейного блока

3 устанавливается больше, чем максимально возможная величина постоянной составляющей напряжения рассогласования U „.

Таким образом, в данном регуляторе обеспечивается возможность создания внутреннего контура регулирования начальных условий, обеспечивающего устранение постоянной составляющей ,ошибки (т.е. статической ошибки) регулирования при работе регулятора в автоколебательном режиме, позволяющего при необходимости обеспечивать частотно-широтную модуляцию управляющих напряжений и обладающего по сравнению с известными импульсными регуляторами простотой технической реализации.

Формула изобретения

1. Импульсный регулятор, содержащий первый и второй релейные блоки, входы которых соединены между собой, а выходы подключены к первым входам соответственно первого и второго эле) ментов И, вторые входы которых соединены между собой,.первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второму входам исполнительного механизма, входной фильтр, соединенный сигнальным входом через фильтр с входом третьего релейного блока, управляющим входом — с выходом одновибратора, а выходом через четвертый релейный. блок .- с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, управляющим входом подключенного к выходу ключа, соединенного управляющим входом с выходом третьего элемента И, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения регулятора, в нем, дополнительно установлен детектор, соединенный выходом с сигнальным входом ключа, а входом — с выходом входного фильтра, подключенного сигнальным входом к входу первого релейного блока, выход четвертого релейного блока соединен с входом одновибратора, выход широтно-импульсного модулятора подключен к второму входу первого элемента И и к первому входу

1238025 8 ного модулятора, подключенного управляющим входом к второму входу сумматора. третьего элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего релейного блока, выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответственно первого и второго усилителей мощности.

2.. Регулятор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что широтно-импульсный модулятор содержит последовательно соединенные RS -триггер, сумматор, to интегратор и релейный элемент, подключенный выходом к R --входу RS-триггера, соединенного S --входом с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, инверсным выходом — с управ- t5 ляющим входом интегратора, прямым выходом — с выходом широтно-импульс3. Регулятор no nti..! и 2, о т л ич а ю шийся тем, что входной фильтр содержит операционный .усилитель, соединенный входом с первой обкладкой конденсатора и первыми выводами первого и второго резисторов и ключа, а выходом — с второй обкладкой конденсатора, вторыми выводами второго резистора и ключа и выходом входного фильтра, входом соединенного с вторым выводом первого резистора, а управляющим входом — с управляющим входом ключа.

1238025

Составитель Ю. Гладков

Техред О. Гортвай Корректор Т. Колб

Редактор M.Äûëûí

Заказ 3289/43 Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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