Регулирующее устройство

 

Изобретение относится к области автоматического судовождения и может быть использовано для управления рулевыми приводами речных судов. В нем решается задача исключения дребезга исполнительного механизма. Эта задача решается следующим образом. На входы первого сумматора поступают сигналы с выходов задатчика, датчика курса и датчика показания регулирующего органа. Выходной сигнал первого сумматора поступает на вход первого порогового блока, а также вьшрямляется и посту ,пает на первый вход второго сумматора , в котором сравнивается с линейно изменяющимся сигналом, частота кото ,ррго зависит от величины вьшрямленного сигнала. Результат сравнения поступает на вход второго порогового блока, имеющего зону нечувствительности и с его выхода на первые входы обоих элементов И, на вторые входы которых поступает импульсный сигнал, частота которого равна частоте линейно изменяющегося сигнала. Выходной сигнал первого порогового блока через первый блок задержки, обладающий задержкой на срабатывание, поступаi ет на третий вход первого элемента И, вькодной сигнал которого подается (Л на S-вход первого RS-триггера. Выходной сигнал первого порогового блока через первый инвертор и второй блок задержки, обладакндий задержкой на срабатывание, поступает на третий вход второго элемента И, выходной сигнал которого подается на S-вход второго RS-триггера. Выходной сигнал второго порогового блока через третий блок задержки. Г-I

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (И) (51)4 G 05 В 11/01

ЬЮ ф Ц7p>у . 1wк

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

13. 13

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3867306/24-24

-(22) 15.03.85 (46) 30.10.86. Бюл. В 40 (72) Я.А. Литовченко (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(1229722, кл. С 05 В 11/01, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1193634, У 1149783, кл. G 05 В 11/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1049863, кл. G 05 В 11/01, 1982. (54) РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к области автоматического судовождения и может быть использовано для управления рулевыми приводами речных судов. В нем решается задача исключения "дребезга" исполнительного механизма. Эта задача решается следуиицим образом. На входы первого сумматора поступают сигналы с выходов задатчика, датчика курса и датчика показания регулирующего органа. Выходной сигнал первого сумматора поступает на вход первого порогового блока, а также.выпрякпяется и посту,пает на первый вход второго сумматора, в котором сравнивается с линейно изменяющимся сигналом, частота которого зависит от величины выпрямленного сигнала. Результат сравнения поступает на вход второго порогового блока, имеющего зону нечувствительности и с его выхода на первые входы обоих элементов И, на вторые входы которых поступает импульсный сигнал, частота которого равна частоте линейно изменяющегося сигнала. Выходной сигнал первого порогового блока через первый блок задержки, обладакщий задержкой на срабатывание, поступает на третий вход первого элемента

И, выходной сигнал которого подается на S-вход первого RS-триггера. Выходной сигнал первого порогового блока через первый инвертор и второй блок задержки, обладающий задержкой на срабатывание, поступает на третий вход второго элемента И, выходной сигнал которого подается на S-вход второго RS-триггера. Выходной сигнал второго порогового блока через третий блок задержки, имеющий задержку на срабатывание, и второй элемент НЕ поступает Hà Rвходы обоих RS-xpzrrepoa. Выходные

1267354 сигналы RS-триггеров усиливаются по мощности и являются выходными сигна лами устройства. 2 ил.

Изобретение относится к судовождению и может быть использовано для управления рулевыми приводами судов и другими нерегулируемыми по скорости исполнительными механизмами. 5

Цель изобретения — повышение помехозащищенности устройства.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

На фигурах приняты следующие обозначения: первый сумматор 1; компаратор 2; первый элемент HE 3; второй и третий блоки 4 и 5 задержки; двух- 5 тактный детектор 6; генератор 7 линейно изменяющегося напряжения,", второй сумматор 8; источник 9 опорного сигнала; компаратор 10; формирователь

11 импульсов; первый блок 12 задержки; второй элемент НЕ 13; первый и второй элементы И 14 и 15; первый и второй RS-триггеры 16 и 17; первый и второй усилители 18 и 19 мощности; первый и второй пороговые блоки 20 и 21; общая шина 22; датчик 23 регулируемого параметра; исполнительный механизм 24; датчик 25 положения регулирующего органа; регулирующий орган (руль) 26; задатчик 27; особая ЗО зона 28 работы устройства; U — выходной сигнал i-ro блока (или элемента);, — время задержки блоков 4 и

5 задержки;, — время задержки блока 12 задержки; t; — i-ый момент вре- З мени работы устройства.

Первый пороговый блок 20 содержит компаратор 2 и общую шину 22, а второй пороговый блок 21 содержит компаратор 10 и источник 9 опорного 4п сигнала. Аналоговый двухполярный сигнал на выходе первого сумматора соот- ветствует величине и знаку сигнала рассогласования системы регулирования, в которой используется данное устройство (не показана). Этот сигнал проходит по двум каналам данного устройства: по каналу определения необходимости длительности и частоты включений исполнительного механизма 24 и по каналу определения направления перемещения регулирующего органа 26 исполнительным механизмом

24. Основное влияние на работу первого из указанных каналов оказывают двухтактный детектор 6 и второй пороговый блок 21, а основное влияние на работу второго из указанных каналов оказывают первый пороговый блок

20, первый элемент НЕ 3 и первый и второй элементы И 14 и 15. Второй и третий блоки 4 и 5 задержки, формирователь 11 импульсов, первый блок

12 задержки, второй элемент НЕ 13 и первый и второй KS-триггеры 16 и 17 предназначены в данном устройстве для исключения "дребезга" и резкого реверса исполнительного механизма 24, а также для. обеспечения минимальной длины импульса на перекладку-исполнительного органа объекта регулирования.

Данное устройство предназначено для совместной работы с реверсивным, нерегулируемым по скорости исполнительным механизмом 24. Предполагается, что наличие на выходе первого

RS-триггера 16 выходного сигнала U = (6

1 обеспечивает перемещение регулирукщего органа (руля) 26 исполни- тельным механизмом 24 в одну сторону, а наличие на выходе второго RSтриггера 17 выходного сигнала U = 1 в другую сторону.

Большинство речных судов имеет рулевые приводы, рассчитанные на работу именно в таком режиме. К ним также относятся рулевые приводы со ступенчатым регулированием скорости.

Для управления курсом речного судна в автоматическом режиме вполне достаточно одной, заранее установленной скорости перекладки регулирующего органа (руля) 26, т.е. скоросз 1267 ти работы исполнительного механизма

24. Задатчик 27 может быть подключен к любому (как к прямому, так и к инверсному) входу первого сумматора 1.

Устройство работает следующим образом.

Для наглядности последним работу данного устройства по диаграммам, иллюстрирующим его работу и представленным на фиг. 2, в характерные моменты времени. На фиг. 2 сплошной штриховкой показаны зоны работы блоков 4,5, 12 задержки, а косая штриховка показывает зону неопределенных значений для выходных сигналов первого порогового блока 24, первого элемента НЕ 3 и второго и третьего блоков 4 и 5 задержки. Зона неустойчивого состояния компаратора 10 на

- фиг. 2 заключена в окружность и обо- 20 значена позицией 28. В момент времени от t до t >, когда сигнал рассогласования системы, в которой предполагается использовать данное устройство, отсутствует, выходной сигнал U, первого сумматора 1 равен нулю. Выходнои сигнал U второго сумматора 8 больше выходного сигнала U источника 9 опорного сигнала и выходной сигнал U, второго порогового 30 блока 21 равен нулю. Выходные сигналы U <, U» первого н второго элементов И 14 и 15 равны нулю. Импульсов запуска первого и второго RS-! ! триггеров 16 и 17 нет. Исполнительный механизм 24 не работает. Хотя выходной сигнал второго элемента НЕ 13 равен единице, а выходные сигналы Б, и U> первого порогового блока 20 и первого элемента НЕ 3 имеют 40 неопределенные значения, это не оказывает влияния на работу устройства.

В момент времени t выходной сигнал U первого сумматора 1 начинает расти. Выходной сигнал Uz первого 45 порогового блока становится равным единице, а на выходе первого элемента НЕ 3 формируется выходной сигнал

U равный нулю. Спустя время задержки о, на выходах второго и третьего 50 блоков 4 и 5 задержки формируются сигналы Ug = 1 и Uу = 0 °

В момент времени с выходной сиг4 нал U8 второго сумматора 8 становит- ся больше выходного сигнала Ц9 источника опорного сигнала, и на выходе второго порогового блока 2 1 форми354 4 руется сигнал U, = 1. Этот сигнал поступает на первый вход первого элемента И 14. Одновременно на выходе второго элемента НЕ 13 формируется сигнал О, = О, который разрешает запуск первого и второго RSтриггеров 14 и 15. После появления импульса на выходе формирователя импульсов 11 на вьгходе элемента И 14 формируется сигнал U = 1. Сигнал

01 = 1 с выхода .первого элемента И

14 поступает на S-вход первого RSтриггера 16, меняя его состояние.

На его выходе формируется сигнал

Uie = 1. Этот сигнал усиливается в первом усилителе 18 мощности и поступает на первый вход исполнительного механизма 24, вызывая перемещение регулирукицего органа (руля) 26 в определенную сторону. Первый RSтриггер 16 остается. включенным до тех пор, пока выходной сигнал Ug второго элемента НЕ 13 равен нулю, т.е. до момента времени t 4 .

Пусть под действием изменяющегося в процессе работы исполнительного механизма 24 выходного сигнала

U датчика 25 положения регулирующего органа 26 выходной сигнал U первого сумматора 1 сначала приостанавливает свой рост, а затем начинает уменьшаться (т.е. система регулирования переходит к согласован- ному состоянию). В момент времени

t выходной сигнал U второго порогового блока 21 становится равным нулю, а в момент времени t на выходе второго элемента НЕ 13 формируется сигнал U g = 1. Первый КЯтриггер 16 выключается, и исполнительный механизм 24 останавливается.

В момент времени t выходной сигнал U первого сумматора становится равным нулю, а затем меняет свой знак, что соответствует перерегулированию системы. В период с момента времени t< до момента вре мени t возникает ситуация, когда выходной сигнал U второго сумматора 8 примерно ранен выходному сигналу U источника опорного сигнала

9 и появляется неопределенный сигнал U на выходе второго порогового блока 21 (" дребезг" ). Однако, как следует из фиг. 1, импульсы от "дребезга" полностью проходят íà R-входы RS-триггеров 16 и 17, что приводит к их сбросу. а на S-входы RS5 12673 триггеров 16 и 17 импульсы могут поступить только при случайном совпадении во времени импульсов выходного сигнала У„ формирователя 1 1 импульсов, повторяющихся с заданной периодичностью, и импульсов "дребезга" U«,ôoðìèðóåìûõ на выходе второго порогового блока 21, что маловероятно и не влияет на работу данного устройства, потому что оно редко 10 повторяется. Таким образом, на границе зоны нечувствительности второго порогового блока 21 при появлении

"дребезга" управляющие сигналы на входы исполнительного механизма 24 не поступают и он не работает. Кро.ме того, из диаграмм на фиг. 2 следует, что в момент времени t, на выходе первого порогового блока 20 появляется сигнал U = О, на выходе второго блока задержки 4 появляется сигнал U4 = О, на выходе первого элемента НЕ 3 появляется сигнал U = 1, а в момент времени.t на выходе третьего блока 5 задержки появляется

25 сигнал U = 1.

В момент времени t на выходе второго порогового блока 21 формируется сигнал U«, который в момент времени при появлении на выходе формирователя 11 импульсов импульсного сигнала U« 3 cK e To oH RS-триггер

17 через блок 12 задержки и второй элемент НЕ 13.

Пусть в момент времени t выход- З5 ной сигнал U, первого сумматора 1 изменяется скачком на значительную величину. Это возможно, например, при скачкообразном изменении выходного сигнала задатчика 27. При этом выходной сигнал П двухтактного детектора 6 скачком проходит через нулевое значение. Выходной сигнал U« второго порогового блока 21 кратковременно принимает нулевое значение, 45 а на выходе второго элемента НЕ 1l3 кратковременно формируется сигнал

Uö = 1, который возвращает второй

RS-триггер 17 в исходное состояние.

Срабатывает первый пороговый блок 50

20 и на его выходе фбрмируется сигнал U = 1, а на выходах первого элемента НЕ 3 и третьего блока задержки формируются сигналы U

О,= О. 55

Запуск первого RS-триггера 16 становится возможным только по истег чении времени задержки, второго

54 Ь блока 4 задержки, когда на его выходе формируется сигнал Uy = 1 и на выходе формирователя 11 импульсов появляется импульсный сигнал U,< . Этому состоянию устройства соответствует момент времени tä, В данном устройстве всегда обеспечивается выдержка времени 1 между повторными включениями исполнительного механизма 24 при его реверсе. Это необходимо для исключения резкого реверса исполнительного механизма 24, равно как и больших динамических нагрузок.

В период от момента времени t< до момента времени с в устройстве осуществляется уменьшение выходного сигнала U первого сумматора. На фиг. 2 показано, как данное устройство отрабатывает сигнал рассогласования системы регулирования. Вначале, т.е. от момента времени t < до момента времени t>, исполнительный

) механизм 24 включен постоянно, что приводит к уменьшению сигнала рассогласования. Затем по мере уменьшения выходного сигнала Uq первого сумматора 1 и уменьшения разницы между выходными сигналами U», U второго сумматора 8 и источника 9 опорного сигнала периоды следования импульсного выходного сигнала U« формирователя 11 импульсов увеличиб ваются, а скважность импульсного выходного сигнала U« второго порогового блока 21 уменьшается (см. периоды от момента времени t до момента времени с и от момента времени t до момента времени t на фиг. 2), т.е. включение исполнительного механизма 24 становится все реже и короче, что позволяет исключить перерегулирование системы, в которой применяется данное устройство. В эти периоды для данного устройства нередкими являются ситуации, когда выходной сигнал первого сумматора близок к нулю, что может вызвать кратковременные включения исполнительного механизма 24, настолько кратковременные, что инерционный исполннтельный механизм 24 не успеет их отработать ° Чтобы исключить такие ситуации в устройство введен первыи блок 12 задержки, обеспечивающий минимально необходимую длительность импульсов сигнала управления исполнительным механизмом 24, обеспечивающих его срабатывание при минималь1267354

1О

l и ивrèó гьЦ 6 ЮФ4 и„и, и 4 И

Фиг. 2

Заказ 577t/44 ° Тирах 836

ВНИИПИ

Подпис ное

Производств.-полиграф. пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ной длительности импульса выходного сигнала U, второго порогового блока 21.

При изме неняющихся,внешних условиях, например при шторме, бывает полезно увеличение зоны нечувствительности данного устройства, которое может быть осуществлено изменением величины выходного сигнала Uq источника опорного сигнала, выполненного в виде источника постоянного напряжения с делителем напряжения на выходе, Формула из обре тения15

Регулирующее устройство, содержащее первый и второй усилители мощности, первый элемент НЕ, первый сумматор, соединенный выходом с вхо- 20 дом первого порогового блока и двух;тактного детектора, подключенного выходом к первому входу второго сумматора и к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напря- 25 жения, соединенного выходом с вторым входом второго сумматора, подключенного выходом через второй пороговый блок к первым входам первого и второго элементов И и к входу первого блока задержки, соединенного выходом с входом второго элемента НЕ, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности устройства, в нем дополнительно установлены первый и второй RS-триггеры, второй и третий блоки задержки и формирователь импульсов, соединенный входом с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения, а выходом — с вторыми входами первого и второго элементов И, подключенных третьими входами к выходам соответственно второго и третьего блоков задержки, а выходами — к S-входам соответственно первого и второго

RS-триггеров, соединенных R-входами с выходом второго элемента НЕ, а выходами — с входами соответственно первого и второго усилителей мощности, выход первого порогового блока соединен с входом второго блока задержки и через первый элемент НЕ с входом третьего блока задержки.