Пропорционально-интегральный регулятор

 

Пропорционально-интегральный регулятор относится к технике автоматического управления и регулирования. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор введена цепь корр екции, состоящая из двух элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и элемента совпадения, позволяющая осуществлять сброс интегральной составляющей на основе анализа знаков сигналов пропорциональной и интегральной составляющей. 1 ил. (/)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5D 4 G 05 В 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

,21) 4011568/24-24 (22) 13.01.86 (46) 30.06.87. Бюл. У 24 (71) Особое конструкторское бюро станкостроения (72) О.Л. Вольберг, С.В. Демидов, В.А. Казанский, Э.С. Мучник и V.Á. Рубашкин (53) 62-50(088.8) (56) Бесекерский В.А., Попов Е.П.

Теория систем автоматического .управления. M. Машиностроение, 1972, с. 111-112.

Авторское свидетельство СССР

Р 705417, кл. G 05 В 11/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1092461, кл. G 05 В 11/00, 1982. (54) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЪ|Й

PEГУЛЯТОР (57) Пропорционально-интегральный регулятор относится к технике автоматического управления и регулирования.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в регулятор введена цепь коррекции, состоящая из двух элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ и элемента совпадения, позволяющая осуществлять сброс интегральной составляющей на основе анализа знаков сигналов пропорциональной и интегральной составляющей. 1 ил.

1 .r< Y(t,.) + C, -o

1 13207

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано для управ«I ления электрическим напряжением, током, температурой, скоростью вращения электродвигателя и другими физическими и технологическими параметрами при решении различных технических задач.

Цель изобретения — повышение точ- 1Î ности и быстродействия.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого регулятора.

Пропорционально-интегральный регулятор 1 содержит блок 2 вычитания, 15 интегратор 3, имеющий вход 4 "Установка", сумматор 5, выходные шины знака 6 и модуля 7 блока вычитания, первый 8 и второй 9 элементы НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, элемент 10 совпадения, 20 выходные шины знака 11 и модуля 12 интегратора, входные шины знака 13 и модуля 14 первого входа пропорционально-интегрального регулятора, выходные шины знака 15 и модуля 16 пропорционально-интегрального регуляf тора, объект 17 регулирования, входные шины знака 18 и модуля 19 второго входа пропорционально-интегрально-. го"регулятора, блок 20 управления, состоящий, например, из генератора 21 тактовых импульсов и распределителя импульсов 22, имеющего выходы 23-25.

Интегратор 3 может быть реализован в виде любого известного цифрового параллельного сумматора-накопителя с цифровыми входами (шины 6 и 7) и цифровым выходом (шины 11 и 12) на интегральных схемах, например, серии 40

К555, К531 К155.

Блок 2 может быть реализован в виде любого известного цифрового параллельного реверсивного сумматора с двумя цифровыми входами (шины 13, 14 и 18, 19) на интегральных схемах, например К155 ИМ3.

92 2

Предположим, что на выход регулятора 1 в момент дискретного времени подается входной сигнал V (t;), который по шинам 13 и 14 поступает на первый вход (уменьшаемого) блока 2.

На второй вход вычитаемого блока 2 по шинам 18 и 19 поступает сигнал

Y(t„) обратной связи. Этого сигнал блока 2 вычитается из входных сигналов задания, в результате чего на

его выходе на шинах 6 и 7 образуется разностный сигнал рассогласования

Этот сигнал по шинам 6 и 7 подается на вход цифрового параллельного сумматора-накопителя (интегратора) 3 и на вход цифрового параллельного сумматора 5.

Генератор 21 импульсов вырабатывает импульсы с частотой F которые поступают на вход распределителя 22 импульсов. Последний циклически на своих выходах 23-25 вырабатывает последовательно по выходам тактовые импульсы стробирования. При этом первый импульс с выхода 23 стробирует цифровой параллельный сумматорнакопитель (интегратор 3), второй импульс с выхода 24 стробирует элемент 10, третий импульс с выхода 25 стробирует сумматор 5, формируя в момент строба на его выходе суммарный сигнал управления Б(), При подаче каждого стробирующего импульса п-разрядное число gY(t,) на входе 6 и 7 цифрового параллельного сумматоранакопителя суммируется с его содержимым. В результате при непрерывном поступлении стробирующих импульсов в цифровом сумматоре-накопителе

3 образуется сумма числовых значений входного сигнала

Сумматор 5 может быть реализован в виде Йзвестного цифрового параллельного сумматора с двумя цифровыми вхо50 дами (шины 6, 7 и 11,12) и цифровым выходом (шины 15 и 16) на интегральных схемах К155 ИМЗ.

Элементы 8 и 9 реализованы на микросхеме К155 ЛП5. Элемент 10 может быть реализован на микросхеме К155 ЛИ1 °

Устройство работает следующим образом, где С вЂ” начальное число в блоке 3; .К вЂ” коэффициент„ в данном случае определяемый частотой стробирования, относительным сдвигом разрядов параллельных чисел, формируемых на параллельных шинах 7. модуля сигнала и Y(t ) при подключении к параллельному входу сумматоранакопителя.

Если С = О, то сумма будет иметь вид .

1320792 4 знак на противоположный знаку сигнала задания. Например, при знаке сигнала задания "+" (сигнал "0" на шине 13)

П(;) имеет "-" (сигнал "1" на шине

6), а при знаке сигнала задания (сигнал "1" на шине 13) имеет "+" (сигнал "0" на шине 6).

При динамических изменениях, например, связанных с уменьшением нагрузки или с торможением, пропорциональная составляющая П(Т > изменяет знак

1 на обратный на более длительный период.. При более глубоком торможении длительное изменение знака П(;) приводит к изменению знака и интегральной составляющей сигнала управления, U(t)

В результате торможение приобретает интенсивный характер.

В один из моментов времени t регу-. лируемый параметр частоты вращения электродвигателя достигает заданной величины, что немедленно фиксирует сигнал пропорциональной составлявшем, изменяя свой знак на знак, соответствующий знаку сигнала задания. В этот момент времени получается (естественным .образом) совершенно неправильная ситуация работы регулятора.

Параметр в норме, пропорциональная

30 составляющая это-идентифицирует, а интегральная составляющая U(t;) в силу инерционности рырабатывает сигнал с обратным знаком управления, не соответствующим по направлению требуемому воздействию.

Для ликвидации несоответствия и улучшения динамических характеристик сигналы с выхода шин 6 знаков пропорциональной составляющей и шин 11 знаков интегральной составляющей поступают на входы элемента 8, который на своем выходе образует логическую функцию 6 11 V 6 11, фиксируя несоответствие знака сигнала результата интегрирования со знаком сигнала результата вычитания. кдк(, ) ;=о

Эта сумма является дискретной реализацией интеграла входного сигнала t 5

J кьт,gg-,, o где Т вЂ” время в непрерывном отсчете.

По шинам 11 и 12 с выхода цифрово- Io го параллельного сумматора-.накопителя. (блок 3) сигналы поступают на входы первого слагаемого цифрового сумматора 5, на входы второго слагаемого которого по шинам 6 и 7 подаются сигна- 15 лы с выхода цифрового блока 2 вычитания сигналов обратной связи. Сумматор

5 алгебраически (с учетом знака слагаемых) суммирует результат интегрирования с результатом вычитания и на шинах 15 и 16 его выхода образуется пропорционально-интегральный сигнал управления.II(t;) = K, g 7(ь).

S(t) = К ду(с;) + К2 r KgY(tk) °

t;=o

При этом пропорциональная составляющая сигнала управления

Интегральная составляющая сигнала управления

U(t;) = K, Q KnY(t ).

t,;-=0

Коэффициенты К, К,, К определяются и задаются конкретной техической реализацией устройства.

Сигнал управления S(t) по шинам 4р

15 и 16 подается на вход объекта 17 управления.

При работе в статическом режиме, например по поддержанию скорости вращения электродвигателя, интегральная составляющая U(t; ) имеет знак, соответствующий знаку сигнала задания.

Например, при знаке сигнала задания

"+" (сигнал "0" на шине 13) U(t„) имеет "+" (сигнал "0" на шине 11), а при знаке сигнала задания "-" (сигнал " 1" на шине 13) имеет "-" (сигнал " 1" на шине 11). При этом по абсолютному значению сигнал результата интегрирования имеет относительные изменения достаточно плавного характера. Пропорциональная составляющая

I1(t;) при перерегулировании изменяет .

Сигналы с выхода шин 13 знаков сигнала задания и шин 11 знаков интегральной составляющей поступают на входы элемента 9, который на своем выходе образует логическую функцию

13 -11 V 13 ° 11, фиксируя несоответствие знака сигнала результата интегрирования со знаком сигнала задания.

Выходы элементов 8 и 9 включены на входы элемента 10, третий вход которого включен на выход 24 распределителя 22импульсов,вырабатывающего

5 13207 на этом выходе второй импульс стробирования. В момент строба реализуется логическая функция (13 11 Y 13 11) ° (6 11 v 6 11), в результате чего появление импульса на выходе элемента 10 фиксирует момент несоответствия знака сигнала результата интегрирования со знаком сиг.10 нала задания и одновременно со знаком сигнала результата вычитания. Выход элемента 10 включен на вход 4 установки цифрового параллельного сумматоранакопителя. Поэтому в момент возник- 15 новения сигнала несоответствия, который вырабатывает элемент 10, этим сигналом цифровой интегратор 3 устанавливается в нулевое состояние, т,е. заменяется сигнал результата 2р интегрирования на другой исходный сигнал (в данном случае нулевой), начиная с которого далее интегрируют результат вычитания.

Формула изобретения

Пропорционально-интегральный регулятор, содержащий блок вычитания, интегратор и сумматор, причем шина зна- 30 ка и шина модуля первой группы входов блока вычитания соединены с соответствующими шинами первой группы входов пропорционально-интегрального регулятора, шина знака и шина модуля второй группы входов блока вычитания подключены к соответствующим

92 6 шинам второй группы входов пропорционально-интегрального регулятора, выходные шины знака и модуля блока вычитания подсоединены к соответствующим шинам интегратора и соответствующим шинам первой группы входов сумматора, у которого шины знака и модуля второй группы входов подключены к соответствующим вьгходным шинам интегратора, выходные шины знака и модуля сумматора соединены с соответствующими выходными шинами пропорционально-интегрального регулятора„ о т - л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него введены два элемента

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ, элемент СОВПАДЕНИЯ, блок управления, первый вход первого элемента НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ подключен к выходной шине знака блока вычитания, первый вход второго элемента

НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ соединен с шиной знака первой группы входов блока вычитания, вторые входы первого и второго элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ соединены с выходной шиной знака интегратора, выходы первого и второго элементов НЕРАВНОЗНАЧНОСТЬ связаны соответственно с первым и вторым входами элемента совпадения, выход которого подключен к входу "Установка" интегратора, первый, второй и третий выходы распределителя импульсов связаны соответственно с тактовым входом интегратора, третьим входом элементов совпадения и тактовым входом сумматора.

1320792

Составитель С. Никишов

Техред М.Моргеитал Корректор М. Шароши

Редактор Е. Конча

Заказ 2658/51 Тира к 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. У кгород, ул. Проектная, 4