Трехпозиционный регулятор

 

Изобретение относится к области автоматики. Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение области применения. Регулятор содержит задатчик параметра, элемент сравнения , трехпозициоиный релейный блок и два усилителя мощности. В него введены триггер, одновибратор, три элемента ШШ и два элемента И. Регулятор позволяет осуществлять управление объектом в том случае, когда запаздывание входит в структуру объекта управления. 3 ил. NP СЛ СО tsD

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1259208

С 05 В 11/18

Al р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3856985/24-24 (22) 25.12.84 (46) 23.09.86.Вюл. 9 35 (72) В.В.Макаров и А.А.Петрыкин (53) 62-50 (088. 8) (56) Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием.

М.: Машиностроение, 1974, с.303, рис.lХ.10.

Королев Н.А. О компенсации запаздывания в релейной системе. Автомати. ка и телемеханика. Т.ХХП. 1961, Р 5, с.605-612, рис.1,4. (54) ТРЕХПОЗИЦИОННЬП1 РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области автоматики. Цель изобретения— упрощение конструкции и расширение области применения. Регулятор содержит задатчик параметра, элемент сравнения, трехпозиционный релейный блок и два усилителя мощности. В него введены триггер, одновибратор, три элемента ИЛИ и два элемента И. Регулятор позволяет осуществлять управление объектом в том случае, когда запаздывание входит в структуру объекта управления. 3 ил.!

?59208

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть применено при регулировании различных процессов в теплоэнергетике, химии и других отраслях промьш»ленности в случае, если в контуре регулирования имеется чистое запаздывание.

Цель изобретения — упрощение конструкции If расширение области применения устройства.

На фиг.l . приведен пример практической реализации предложеш»ого устройства; на фиг. 2 — време»»»»ой график процесса регулирования при использовании предложенного устройства, на фиг. 3 — фазовый портрет сис— темы автоматического регулирования при использовании предложенного устройства.

Регулятор содержит задатчик 1 регулируемого параметра, элемент 2 сравнения, трехпозицио»п»ый релейный блок 3, первый и второй усилители

4 и S мощности, триггер 6, одновибратор 7, первьп», второй и третий элементы HJIH 8-10, первый и второй элементы И 11 и 12. Трехпозт»ционнь»й релейный блок 3 содержит нелинейпьп» элемент 13, первый и второй вентильные элементы 14 и 15 и ипвертор 16.

В к<»честве усилителей 4 и 5 мощности используются ключевые элементы. Регулятор управляет работой исполнительного устройства !7.

Работа регулятора осуществляется следующ»»м образом.

На вход регулятора поступает сигнал »!>, пропорциональный текущему значению регулируемого параметра. Задатчиком l оСуществляется установка заданного значения регулируемого параметра. На выходе элемента 2 сравнения формируется сигнал рассогласования, пропорциональный разности между заданным и текущим значениями. регулируемого параметра. Сигнал V поступает на вход нелинейного элемента 13, обладающего характеристикой трехпозиционного релейного элемента, в общем случае имеющего зону нечувствительности а и гистерезис »! a.

В случае, если сигнал Ъд »»а входе нелинейного элемента 13 находится в пределах его зоны нечувствительности (а +»»а), сигнал на выходе нели-! нейного элемента 13 равен О, усилители 4 и 5 отключены и подачи управ55

5 !

0 !

50 ляющего воздействия на исполнительное устройство пе происходит.

При превышении сигналом рассогласования „ зоны нечувствительности нелинейного элемента 13 происходит срабатывание последнего. Например, в случае, если регулируемь»й параметр меньше, чем заданное значение, на выходе трехпозиционного релейного блока 3 формируется кусочнопостоянный сигнал положительной полярности. Сигнал положительной полярности проходит через вентильный элемент 14 на первые входы элементов

ИЛИ 8 и 9 и на 1 -вход триггера 6.Сигнал, поступает с выхода элемента

ИЛИ 9 на управляющий вход усилителя

4, который подключает исполнительное устройство 17 к цепи питания, вызывая изменение регулируемого параметра в сторону уменьшения сигнала рассогласования Ъ . Одновременно происходит срабатывание триггера 6 и на его инверсном выходе появляется сигнал V, поступающий на первый вход элемента И !2 и подготавливающий дальнейшую работу схемы, Появляется сигнал и на входе одновибратора 7, однако его запуска »»е происходит, так как запуск одновибратора 7 осуществляется по заднему фронту входного сигнала, т.е. при уменьшении входного сигнала до нулевого уровня. Под влиянием управляющего воздействия на выходе регулятора происходит уменьшение сигнала рассогласования.

В момент уменьшения сигнала рассогласования. !7, до величины меньшей, чем зона нечувствительности а нелинейного элемента 13, сигнал. ЧР на его выходе становится равным О. Происходит отключение усилителя 4 и запуск одновибратора 7, С выхода одновибратора 7 сигнал длительностью g поступает на второй вход элемента И !2.

На выходе последнего возникает сигнал »4, поступающий на один из входов элемента ИЛИ 10. Благодаря появлению сигнала "6 на выходе элемента

ИЛИ 10 происходит включение усилителя 5 и подача управляющего напряжения на второй вход исполнительного устройства в течение времени g

При изменении полярности сигнала рассогласования, на противоположный, работа регулятора происходит аналогично, но при изменении полярности сигнала УР на выходе нелиней1259208 ного элемента 13. При этом сигнал

V проходит через вентильный элеР мент 15 и инвертор 16, вызывая последовательное срабатывание усилителей 5 и 4. Инвертор 16 в примереконструкции обеспечивает идентичность по полярности сигналов на выходах трехпозиционного релейного блока. Таким образом, в процессе регулирования при каждом отключении >р нелинейного элемента 13 происходит . включение на фиксированное время / того выхода регулятора, на котором не было управляющего сигнала при включенном состоянии. нелинейного 15 элемента 13.

Сущность изобретения заключается в следующем. При трехпозиционном управлении объектом его управление обеспечивается при подаче управляю20 щих воздействий по двум питающим цепям, включение каждой из которых приводит к изменению знака воздейст.вия на объект управления. При нали25 чии в системе автоматического регулирования чистого запаздывания отключение любой питающей цепи трехпозиционным релейным блоком происходит с задержкой на время запаздывания относительно момента, при .котором происходило бы отключение при отсутствии запаздывания. При этом объект регулирования в течении времени запаздывания находится под излишним воздействием соответствующей питаю- . 35 щей цепи. Если же в момент отключения питающей цепи трехпозиционным релейным блоком осуществить включе.ние другой питающей цепи на фиксированное время, то при соответствующем 40 выборе длительности дополнительного включения отрицательное влияние на процесс регулирования запаздывания может быть скомпенсировано полностью или частично, поскольку происходит 45 торможение объекта регулирования, обеспечивающее компенсацию излишнего воздействия первоначального включения.

При отсутствии гистерезиса в ха- 5О рактеристике трехпозиционного релейного блока длительность дополнительного противовключения не должна превышать времени чистого запаздывания, так как в противном случае в системе 55 могут возникнуть автоколебания на границе зоны нечувствительности. ПоР кажем это на примере системы с линейной частью, описываемой передаточной функцией

К (p) = — —— р (1+Т, ) Дифференциальное уравнение, описывающее линейную часть системы (без учета запаздывания) имеет вид

dY dY

Т -- — + = КВ. (2) г dt

Определим длительность дополнительного включения, при котором автоколебания на границе зоны нечувствительности невозможны. Пусть начальные условия в системе (3) 7(0) с а ° Y(0) = О, {7

1 =0-кВ" +кВт 4-е +кВ(-кВт д-е -)(I-е .

По окончании дополнительного воздействия происходит свободное движе-i ние системы, причем

Y() = (, + Т (, где d — зона нечувствительности релейного элемента.

Условия (3) являются наихудшими с точки зрения возможности возникновения автоколебательного режима на границе зоны нечувствительности.

Вследствие запаздывания на объект ре. гулирования в течение времени запаз"

Лдывания действует, например, управляющее воздействие — В {если рассматривать начальные условия для анализа возможности автоколебаний . на другой границе зоны нечувствительностй, то необходимо производить анализ при воздействии +В и начальных условиях у(О) = à i (О) 0 . Решая уравнение {2 ) и принимая 3 =, позд чим л

: ч,= -г ь(- е 1, Y =a-k S". Вт i-Е j.

{52

В момент времени 4 =, с объекта сни»

1 мается воздействие -В и за счет дополнительного воздействия другой цепи на время подается воздействие +В.

Решая уравнение (2) при. новых начальньгх условиях, соответствующих

{4) и {5 j и принимая 4 g, получ м (- 1 —," ®

Ч -" kB-aВ,2-e ) e

1259208 (9)1 (10j

a=Y,, т аа КВ(т,- P(j

1 откуда т(т -xxI (1 7) 1 (co) iа w ыа.

Для того, чтобы в системе не возникли автоколебания на границе зоны нечувствительности, должно выполняться, условие

Y(c7 « а

Положим X(oo 1 = a, тогда, Таким образом, автоколебания невозможны, если л, (12 I

Если трехпозиционный релейный элемент обладает гистерезисом Ь а, то для рассматриваембго объекта условием отсутствия автоколебаний на границе зоны нечувствительности является

) Следовательно, в предельном .случае

Ыа = КВ(У-Ц (14) . (КВ (15) Изложенное доказывает наличие положительного эффекта при реализации предложенного устройства.

На фиг. 2 представлены временные зависимости изменения сигнала рассогласования при отработке управляющего воздействия и соответствующие временные зависимости изменения управляющих сигналов.

Иэ фиг. 2 видно, что для рассмотренной в качестве примера системы, передаточная функция объекта кото-. рой без учета запаздывания описывается выражением

k 1 р(1+Тр р(1+2ор при а = Зс g Зс, а = 2, В =

+l,Î; ыа О,применение предложенного регулятора позволяет существенно повысить качество регулирования при простоте технической реализации и при наличии запаздывания в объекте управления, т.е. в наиболее сух щественном для практического применения случае. Это объясняется тем, что при применении предложенной конструкции регулятора полностью компен сируется влияние запаздывания при входе сигнала рассогласования в зону нечувствительности регуля гора.

Подтверждением этого является фазовый портрет системы автоматического регулирования, представленный на фиг. 3 и соответствующий системе, линейная часть которой описывается без учета запаздывания выражением (16) .

Построение фазового портрета осу10 ществляется следующим образом. Для обычного трехпозиционного регулятора при отсут твин гистерезиса Ь а и л = О уравнения линий переключения имеют вид

15 а фазовые траектории определяются решением уравнения У-С-Х-Ктв е IХ-Кть/, - (1Й где С определяется из начальных условий.

При наличии в системе запаздыва ния линии переключения определяются

25 уравнениями

y=(e -i) fx-xxfei ° с/е/"-а,x 0 (19) «=(e -ilfl«rIeIl-к/вВ а;х а

Зп где х = Ту.

Определим выражения для линий переключения, определяющих окончание .дополнительного включения, обеспечивающего коррекцию системы. Общий вид уравнения (2) имеет вид

t х(—,1-кxelx-е fтхто1е ; оВ)

yfxi -кт ((-e j-т тт(о) хсоф-е ). вт) определим уравнения для дополнительных.линий переключения, определив х (0) в выражении (21) иэ (20) и учтя, что значение y(0) определяется при реализации устройства в соответствии, с (Ф9) . Отсюда получим

„-е х (22) ! т . !к а+кВт — т-1 2в о

50 при х СО; (23) = е -t Jx-а-кат -!е2e -е т при x) О.

Фазовый портрет системы покаэыва55

1 ет, что в момент окончания дополни- тельного включения питающей цепи, обеспечивающей противоположное перво начальному воздействие на объект, и

1259208 при выборе его длительности в соо:гветствии с (15)(в приведенном примере при da = 0 } изображающие точки

А, А, А> и А4 оказываются на тех же траекториях, на которых находились бы при полном отсутствии запаздывания в системе, т.е. если бы отключение релейного элемента проис- . ходило в моменты времени, соответствующие точкам В,, В, В и В .Это показывает полную компенсацию эффекта запаздывания при вхождении сигнала рассогласования в зону нечувствительности релейного элемента. Из фазового портрета фиг.З также видно, 5 .что нри значительных рассогласованиях, когда время прохождения сигналом рассогласования зоны нечувствительности равно или меньше времени дополнительчого включения (равенство указан- 2О ных времен характеризует точка С фиг. 3), работа системы становится ,сходной с работой двухпозиционной системы с обратным гистерезисом релейного элемента. Это обеспечивает по- 25 вышенное бистродействие систем автоматического регулирования при применении предложенной конст рук ции регулятора . .Формула изобретения

Трехпозиционный регулятор, содер- Зб жащий задатчик регулируемого парамет ра, элемент сравнения, трехпозиционный релейный блок, а также первый и второй усилители мощности, причем вход элемента сравнения подключен к выходу задатчика, в выход — к входу трехпозиционного релейного блока, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и расширения области применения, он дополнительно содержит триггер, одновибратор, три элемента ИЛИ, а также два элемента И, причем первый выход трехпозиционного релейного блока подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ и триггера, второй выход — к вторым входам первого и третьего элементов ИЛИ и триггера, выход первого элемента ИЛИ подключен через одновибратор к первым входам первого и второго элементов И, первый и второй выходы триггера подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к второму входу второго элемента ИЛИ и к первому входу третьего элемента . ИЛИ, выходы второго и третьего элементов ИЛИ подключены соответственно через первый и второй усилители мощности к выходам регулятора.

1259208

8 ц .

rc1

Е

ВНИИПИ Закж 5))9/44 Тираж 836

Подписное

Произн-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4