Импульсный регулятор

 

Изобретение относится к системам автоматического управления при использовании в качестве исполнительных устройств исполнительных механизмов с постоянной скоростью перемещения . Цель изобретения - повышение точности, надежности и быстродействия регулятора. Регулятор содержит первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второму входам исполнительного механизма, последовательно соединенные предвари-, тельный ус шитель и интегратор, соединенный управляющим входом с выходом первого одновибратора, а выходомс входами гтервого и второго релейных блоков, широтно-импульсный модулятор, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго релейных блоков, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности. Информационный выход модулятора соединен с входом первого одновибратора ig Регулятор принудительно приводит управляемую систему к симметричному автоколебательному режиму, что существенно повьпиает точность управления и быстродействие в установившемг ся режиме. 2 з.п.ф-лы, 3 ил. КО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ((1 4 G 05 В 11/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3833066/24-24 (22) 30.12.84 (46) 15.08.86. Бюл. 1(30 (72) В.В.Макаров, E.A.Скворцов и Н.Н.Улыбин (53) 62-50 (088.8) (56) Кунцевич В.Y;., Чеховой Ю.Н. Нелинейные системы управления с частотно- и широтно-импульсной модуляцией.

Киев: Техника, 1970, с.42-45., Авторское свидетельство СССР

1(1117585, кл. G 05 В 11/26, 1984. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к системам автоматического управления при использовании в качестве исполнительных устройств исполнительных механизмов с постоянной скоростью перемещения. 11ель изобретения — повышение точности, надежности и быстродействия регулятора. Регулятор содержит первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второму входам исполнительного механизма, последовательно соединенные предварительный усцлитель и интегратор, соединенный управляющим входом с выходом первого одновибратора, а выходомс входами первого и второго релейных блоков, широтно-импульсный модулятор, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго релейных блоков, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности.

Информационный выход модулятора соеС2 динен с входом первого одновибратора у

Регулятор принудительно приводит управляемую систему к симметричному автоколебательному режиму, что существенно повышает точность управления и быстродействие в установившем- Д ся режиме. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1751025

10!

Изобретение относится к автоматическим импульсным регуляторам, в которых выходной сигнал является прерывной функцией отклонения входного сигнала от заданной величины, и может быть применено в различных системах автоматического управления., в т.ч. с малой инерционносfbIo объекта управления, при использовании в качестве исполнительных устройств испалнительных механизмов с постояннои скоростью перемещения, например в установках для приготовления смеси жидкостей заданной температуры путем изменения концентрации компонентов смеси иэ двух жидкостей с различной температурой.

Цель изобретения — повышение на— дежности, точн.ости и быстродействия регулятора, а также расширение его области применения.

На фиг. 1 изображена функциональная схема регулятора; на фиг.? принципиальная схема управляемого одновибратора; на фиг.3 — эпюры напряжений элементов регулятора при отработке управляющего воздействия.

Регулятор содержит первый 1 и второй 2 усилители мощности, исполнительный механизм 3, предварительный усилитель 4, интегатор 5, первый одновибратор 6, первый 7 и второй 8 релейные блоки, широтно-импульсный модулятор 9, второй 10 и третий 11 одновибраторы, элемент ИЛИ 12 и третий релейный блок 13.

Широт<то-импульсный модулятор 9 содержит второй элемент ИЛИ 14, первый 15 и второй 16 управляемые одновибраторы, Управляемый одновибратор состоит из операционного усилителя 17, первого 18, второго 19 и трегьего 20 резисторов, первого 21 и второго ?2 диодов, четвертогп резистора 23, конденсатора 24, третьего 25, четвертого 26 и пятого 27 диодпв.

Регулятор работает следующим образом.

Ва вход предварительного усилителя 4 поступает сигнал П, равный

Ью разности между заданным и действительным значениями регулируемого параметра. С выхода предварительного усилителя 4 усиленный сигнал П< поступает на вход интегратора 5, а также на вход третьего релейнот о блока

13. При достижении сигналом U на выходе интегратора 5 величины, превышающей зону нечувствительности одного из релейных бттоков 7 или 8, происходит срабатывание пбследнего.

В случае, если, например, заданное значение больше, чем текущее значение регуляруемого параметра, предварительный усилитель 4 неинвертирует входной сигнал, а интегратор 5 осуществляет в процессе работы инвертирование входного сигнала, происходит срабатываение блока .8. Репейные блоки 7 и 8 обладают двухпозиционными характеристиками и могут быть реализованы по схемам общеизвестных компараторов. При срабатывании релейного блока 8 0a его выходе возникает кусочно-постоянный сигнал U,,поступающий на второй сигнальный вход широтно-импульсного модулятора 9. При этом происходит запуск управляемого одновибратора 16 широтно-импульсного модулятора 9.

Запуск управляемого одновибратора

16 <,фиг.2) осуществляетс.я следующим образом.

В исходном состоянии, т.е. при отсутствии сигналов U U на входах одновибратора, операционный усилитель 17 находится в состоянии, при котором на его выходе напряжение равно отрицательному значению питающего напряжения. При постуттлении сигнала

Ц„ на сигнальный вход управляемого одновибратора последний поступает через резистор !8 íа п.люсовой вход одновпбратора. Величина входного сигнала и параметры делителя на резисторах 18 и 19 выбираются таким образом, чтобы значение напряжения положительной полярности на плюсовом входе операционттого усилитеття от сигнала 1!4 превышалс значение «апря>кеттия отрицательной полярности на том же входе от вь<ходного напряжения усилителя, величина которого определяется напряжением питания и параметрами делителя на резисторах 20 и 19. Бг<агодаря наличию положительной обратной связи, образованной резистором 20, усилитель

17 переключается в состояние, при котором на его выходе напряжение станонится равиы положительному значению напряжения питания. Данное напряжение проходит через диод 21 на выход пдновибратора. Одновременно начинает заряжаться конденсатор 24, причем скорость возрастания положительного

1251025 напряжения на его первой обкладке определяется постоянной времени цепи последовательно соединенных резистора

23 и конденсатора 24. При возникновении сигнала Uz на выходе управляемого одновибратора последний поступает на второй выход широтно-импульсного модулятора 9 и на один иэ входов элемента ИЛИ 14. С ныхода последнего сигнал U. поступает на информацион- 10 . ный выход широтно-импульсного модулятора 9 и соответственно на вход одновибратора 6. Происходит запуск одновибратора 6 по переднему фронту входного сигнала U>. Длительность импуль-15 са U> на выходе одновибратора 6 устанавливается минимально возможной, но достаточной для полного обнуления интегратора 5, поскольку при поступлении сигнала U на управляющий вход 20 интегратора 5 происходит обнуление последнего. Соответственно становится равным нулю сигнал П на выходе интегратора 5, и происходит отключение релейного блока 8. Сигнал U4 на 2

4 сигнальном входе управляемого одновибратора 16 также становится равным нулю. При достижении напряжением на первой обкладке конденсатора 24 величины, превышающей значение напря30 жения на плюсовом входе операционного усилителя 17, происходит обратное

l переключение операционного усилителя

17, и напряжение на его выходе становится вновь отрйцательным. Благо- 35 даря диодам 22 и 25 происходит разряд конденсатора 24. напряжение на минусовом входе операционного усилителя становится равным нулю, а нап. ряжение на выходе операционного

40 усилителя остается отрицательным благодаря наличию обратной связи.

Управляющий импульс U6 поступает через усилитель 2 мощности на исполнительный механизм 3, обеспечивая 4> его перемещение в сторону уменьшения сигнала рассогласования. При отсутствии сигнала U на управляющем входе одновибратора 16 длительность управляющих импульсов постоянная и определяется,та- О ким образом. постоянной времени цепи последовательно соединенных элементов 23 и

24. Таким образом, до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до определенной величины, на выходе регулятора формируется последовательность импульсов постоянной длительности, частота которых пропорпиональна величине сигнала рассогласования. При приближении сигнала рассогласования к нулевому значению структурой регулятора обеспечивается коррекция длительности импульса управления и обеспечение антоколебательного режима с заданными характеристиками. Это осуществляется при работе релейного блока 13, одновибраторон 10 и l1 и элемента

ИЛИ 12. Релейный блок 13 обладает трехпозиционной характеристикой, приведенной на фиг.1. Данная характеристика может быть осуществлена при паралллельном включении двух релейных блоков с характеристиками блоков 7 и 8 и подключении их выходов к выходу блока через сумматор или элемент ИЛИ. В случае, если в системе целесообразен симметричный антоколебательный режим, то величина зоны нечувствительности релейного блока 13 устанавливается. равной или меньшей реакции объекта управления и исполнительного устройства на уменьшенный вдвое управляющий импульс регулятора.

В момент времени, когда сигнал рассогласования достигает значения зоны нечувствительности релейного блока вне зависимости от знака производной сигнала рассогласования, срабатывает один из одновибраторов 10 или 11. При уменьшении сигнала рассогласования до значения эоны нечувствительности релейного блока

13 по заднему фронту кусочно-постоянного сигнала на его выходе U срабатывает одновибратор 10, а при увеличении сигнала рассогласования до значения, большего зоны нечувствительности, — одновибратор 11 по переднему фронту сигнала U . .При сраба9 тывании любого иэ одновибраторов 10 или 11 сигналы Ц или U < поступают на входы элемента ИЛИ 12. При появлении сигнала U на выходе элемента

ИЛИ 12 данный сигнал поступает на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 9 и соответственнс на управляющие входы управляемых однонибраторов 15 и 16. При поступлении сигнала П« на управляющий вход управляемых одновибраторов 15 и 16 сигнал U« (фиг.2) поступает через диод 27 на минусовой вход операционного усилителя 17. При этом происходит сброс одновибратора в исходное положение вне

l 2.> 1025 зависимости от величины заряда на конденсаторе 24 и обнуление последнего. При безынерционных и малоинерционных объектах управления возникновение корректирующего импульса U„ происходит в момент действия управляющих импульсов U пли U. при указанных параметрах зоны нечувствительности релейного блока 13, Таким обра- 10 зом, система принудительно приводится к симметричному автоколебательному режиму, причем в отличие от регулятора-прототипа длительность управляющего импульса в установившемся режи- !5 ме может быть установлена весьма малой, теоретически до значения, близкого к нулевому. Это позволяет существенно повысить точность управления в установившемся режиме. Посколь- 20 ку установление заданного режима обеспечивае.тся автоматически при входе в автоколебательный режим, а не после его установления, изобретение позволяет повысить быстродействие систем регулирования. установкой заданной несимметричности зоны нечувствительности релейного блока 13 в системе регулирования при использовании предлагаемого регулятора может 30 быть обеспечен процесс с заданной несимметричностью выходного режима и соответственно с заданной частотой автоколебаний.

Изобретение может быть использована и для регулирования объектов, обладающих инерционностью. В этом случае параметры эоны нечувствительности релейного блока 13 устанавливаются

40 экспериментально с тем расчетом, чтобы возникновение корректирующего импульса U происходило в заданный момент действия управляюшего импуль1-15 или

ФОрмулаиэобретения

1. Импульсный регулятор, содержа щий первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второму входам исполнительного механизма соответственно, последовательно соединенные предварительный усилитель и интегратор, подключенный управляющим входом к выходу первого одновибратора, а выходом — к входам первого и второго релейных блоков, широтно-импульсный модулятор, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго релейных блоков, первый и второй выходы подключ"-ны соответственно ко входам первого и второго усилителей мощности, а информационный выход к входу первого одновибратора, второй и третий одновибраторы, элемент

ИЛИ и третий релейный блок, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

Ф повышения надежности, точности и быстродействия регулятора, а также расширения его области применения, выход предварительного усилителя соединен через третий релейный блок с входами второго и третьего одновибраторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента KIH а выход элемента ИЛИ подключен к управляющему входу широтно-импульсного модулятора.

2 ° Регулятор по п,1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что широтно-импульсный модулятор содержит второй элемент ИЛИ, первый и второй управляемые одновибраторы, сигнальные входы которых соединены соответственно с сигнальными входами широтноимпульсного модулятора, выходы соединены соответственно с первым и вторым выходами широтно-импульсного модулятора и с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, а управляющие входы — с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, выход второго элемента ИЛИ подключен к информационному выходу широтноимпульсного модулятора, 3. Регулятор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что управляемый одновибратор содержит операционный усилитель, плюсовой вход которого соединен через первый резистор с сигнальным входом одновибратора, через второй резистор — с общей шиной питания и через третий резистор - с выходом операционного усилителя, выход которого подключен через первый диод к выходу одновибратора и через параллельно включенные второй диод и четвертый резистор к первой обкладке конденсатора и к первым выводам третьего и четвертого диодов, вторая обкладка конденсатора и второй вывод третьего диода

12 51025 подключены к общей шине питания, второй вывод четвертого диода подключен к иинусовому входу операционного усилителя и через пятый диод к управляющему входу управляемого одновибратора.

Составитель П.Кудрявцев

Редактор Е.Копча Техред H.Áoíêàëo Корректор С.Черни

Заказ 4409/43 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