Многоканальный регулятор

 

Изобретение относится к области авиастроения и приборостроения и может быть использовано при управлении газотурбинными двигателями, в которых управляющих воздействий меньше, чем управляемых координат. Целью изобретения является повышение быстродействия. Поставленная цель достигается за счет того, что в каждом канале регулирования определяют сигнал рассогласования между текущим и заданным значениями контролируемых параметров. Преобразуют полученные сигналы рассогласования по пропорционально-дифференциальному закону. Сигналы рассогласования всех каналов регулирования анализируются по величине и в процессе регулирования в каждый момент времени используются только сигналы канала регулирования с максимальным (или минимальным) сигналом рассогласования. Затем анализируется величина сигнала рассогласования выбранного канала регулирования. Если эта величина больше некоторого порогового значения, то формируется управляющий сигнал, пропорциональный знаку производной сигнала рассогласования, а если меньше порогового значения, то сигнал рассогласования дополнительно интегрируют, полученный результат суммируют с пропорциональным сигналом и суммарный сигнал используют в качестве управляющего сигнала. 3 ил.

СОЮЗ ССВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 С О5 В i!/Oî госуда стненн1 !й номитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4321481/24-24 (22) 26. 10. 87 (46) 30.12.89. Бюл. И 48 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.С. Ивановский и В.П.Кузнецов (53) 62-50(088.8) (56) Боднер В.А; и др. Системы автоматического управления двигателей летательных аппаратов. М.: Иашииостроение, 1973, с. 83-85, рис.3.6.

Интегральные системы автоматического управления силовыми установками самолетов. Под ред. А.А.Шевякова.

М.: Машиностроение, )983, с. 244, рис. 5. 23. (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области авиастроения и приборостроения и может быть использовано при. управлении газотурбинными двигателями, в которых управляющих воздействий меньше, чем управляемых координат. Целью изобретения является повышение быстродействия

Поставленная цель достигается за счет

Изобретение относится к области авиастроения и приборостроения и может быть использовано при управлении гаэотурбинными двигателями, у которых управляющих воздействий меньше .числа управляемых координат.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг. 1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг.2функциональнaÿ схема пропорциональ„„Я0„„1532895

2. того, что в каждом канале регулирования определяют сигнал рассогласования между текущим и заданным значениями контролируемых параметров. Преобразуют полученные сигналы рассогласования по пропорционально-дифференциаль--. ному закону. Сигналы рассогласования всех каналов регулирования анализируются по величине и в процессе регулирования в каждый момент времени используются только сигналы канала регулирования с максимальным (или минимальным) сигналом рассогласования .

Затем анализируется величина сигнала рассогласования выбранного канала ре-гулирования. Если эта величина больше некоторого порогового значения, то формируется управляющий сигнал, пропорциональный знаку производной сигнала рассогласования, а если меньше порогового значения, то сигнал рассогласования дополнительно интегрируют, полученный результат суммируют с пропорциональным сигналом н суммарный сигнал используют в качестве управляющего сигнала. 3 ил . ного блока; на фиг. 3 — функциональ— ная схема селектора.

Схема содержит пропорциональный блок 1, элемент 2 задержки, селектор

3, интегратор 4, второй нелинейный блок 5, первый сумматор 6, первый клю- 7, второй сумматор 8, пороговый блок 9, элемент 10 сравнения, элемент 11 с зоной нечувствительности, релейный блок 12, второй ключ 13, . фильтр 14 высоких част; т,днухтактный

3 1532895 4

t де К . — переменный коэффициент

13,1 усиления усилителя 18

i-го канала 26 управления;

Й Е, -, входной сигнал рассогласования i-ro канала 26 управления.

Фильтр 16 высоких частот служит

Для выделения из сигнала рассогласо вания а 2 i -го канала 26 управления высокочастотной помехи td макси 1

Мальная частота н спектре которой больше максимальной частоты в спект35

40 ре полезного сигнала.

Днухтактный детектор 15 и фильтр

16 низких частот слУжат для выделе- 45 ния среднего значения у сигнала по1 мехи.

Пороговый элемент 17 служит для формирования логического сигнала, сигнализирующего о првышении помехой предельно допустимого уровня. Если

- а (д — заданный порог срабатывания), то на выходе порогового элемента 17 формируется сигнал "1", в противном случае "0 .

Усилитель 18 имеет коэффициент усиления К „; = К „., если íà его управляющий вход поступает 1", и коэф(о) фициент усиления К „. = К „., если на детектор 15, фильтр 16 низких частот, !орогоный элемент 17, усилитель 18, ключевой элемент 19, элементы 201 2 сравнения, дешифратор 23, измери—

Ъ 5 тель 24 рассогласования, первый нею!ииейный блок 25, канал 26 управления, первый входы 27-29, вторые входы

30-32 и третьи входы 33-35 в группах входов селектора 3, первый-третий

ыходы 36-38 селектора 3, дифференрующий фильтр 39.

Каждый пропорциональны блок 1 см.фиг.2) содержит последовательно оединенные фильтр 14 высоких частот, 15 вухтактный детектор 15, фильтр 16 низких частот, пороговый элемент 1?, ричем вход фильтра 14 высоких часот соединен с информационным входом силителя 18 и является входом проорционального блока 1, выход порооного элемента 17 соединен с управяющим входом усилителя 18, выход оторого является выходом пропорционального блока 1. 25

Пропорциональный блок I каждо го

1-го канала 26 управления формирует ! выходной сигнал вида

1

I

1 !

0

1

0

0

0

1

er o упранлянщий вход поступает "A . (c) <и

Причем К „ К . Таким образом, 1 пропорциональный блок 1 обеспечивает регулиронание с большим коэффици(ei ентом усиления К„. при низком уровне

1 помех и с меньшим коэффициентом уси(» ления К „, при высоком уровне помех.

На функциональной схеме селектора

3(см.фиг.3) для определенности число и каналов 26 управления равно 3.

Селектор содрежит ключевые элементы I 9,,элементы 20-22 сравнения и дешифратор 23. При этом первые входы всех групп входов 27-29 селектора 3 через соответствующие ключевые элементы

19 подсоединены к первому выходу

36 селектора 3, вторые входы 30-32 селектора 3 через соответствующие ключевые элементы 19 подсоединены к второму выходу 37 селектора 3, третьи входы 33-35 селектора 3 через соот ветствующие ключевые элементы 19 подсоединены к третьему выходу 38 селектора 3. Кроме того, вторые входы

30-32 селектора 3 подключены к соответствующим входам элементов 20-22 сравнения выходы которых подсоединены соответственно к первому-третьему входам дешифратора 23. Первый-третий выходы дешифратора 23 подсоединены к управляющим входам ключевых элементов

19. Ключевые элементы 19 открыты при подаче на их управляющие входы сигналов "1" и закрыты — при подаче "0", Элементы 20-22 сравнения служат для формирования на своих выходах

1 . 11 сигналов 1, если величины сигналон на их первых входах больше (алгебраически), чем на вторых, и сигнала

"0" в противном случае.

Дешифратор 23 предназначен для формирования сигнала 1" на одном из своих выходов в зависимости от комбинации логических сигналов на его входах.

Работа дешифратора 23 полностью определяется таблицей соответствий логических сигналон на его входах и выходах.

Значения логических сигналов на входах дешифратора 23

5 153289

1 0 0 5

Х Х Х

1 0 0

0 0 1

0 1 0

0 0

0 0 I

Сигналы рассогласования 4 Z < . (t)

2,;

0 с выходов измерителей 24 рассогласования поступают на вторые входы 3032 селектора 3, который осуществляет выбор того канала 26 управления, в котором рассогласование а 7 наибольт, 15 шее в случае применения селектора 3 максимальных значений или наименьшее в случае применения селектора 3 минимальных значен Ж . В дальнейшем для определенности будем рассматривать работу регулятора в случае селектора 3, осуществляющего выбор канала

26 управления по минимальному зна чению сигнала рассогласования d Z (t)

1I,i д Z . (t) - d Е, (t-йс), если IA Е,. (t)- dZ(t-à) (3) если и Е,,(}- Л Е,,(Ф- а")! < "

О, г I где

d — - величина зоны нечувствительности элемента 11 с зоной нечувствительности.

Выходной сигнал Т,,пропорционального блока 1, выходной сигнал 4 Z < <(t) 45 измерителя 24 рассогласования и выходной сигнал Х,„;(t) элемента 11 с зоной нечувствительности i-го канала

26 управления, в котором сигнал с рассогласования и Zqq,(t) минимален по 50 абсолютной величине, поступает на первый 36, второй 37 и третий 38 выход селектора 3, на которых формируются сигналы

teт(t)l 2 Е, (7) (4) (5) (6) Значения логических сигналов на выходах дешифратора 23 Х вЂ” невозможная комбинация.

Сигнал "1" с одного и выходов дешифратора 23 поступает на управляющие входы соответствующих ключевых элементов 19 и подключает к первому

36, второму 37 и третьему 38 выходам селектора 3 соответствующие выходы того канала 26 управления, в котором сигнал рассогласования д Е, минимальный, т.е. осуществляется се-. лекция по минимуму.

Интегратор 4 формирует интегральную составляющую закона управления с .

, - к, )т,(t)at, (г) о где Y — выходной сигнал второго нелинейного блока 25;

К вЂ” коэффициент передачи интегратора 4.

Первый ключ 7 закрыт, а второй ключ 13 открыт при подаче на их уп5 6

C рявляющие входь. сигнала 1", а при подачае на их управляющие входы сигнала "0" первый ключ 7 открыт, а второй ключ 13 закрыт .

Регулятор работает следующим образом.

На выходе элемента 1 0 сравнения

Формируется разностный сигнал

4Ег,<() 1 Е (- 0 ), где д временное запаздывание, вносимое элементам 2 задержки. Элемент 11 с зоной нечувствительности пропускает на свой выход разностный сигна, вычисляемый элементом 10 сравнения при превьцщении этим сигналом зоны нечувствительности

d, т.е.

Рассмотрим работу регулятора при больших ошкбках управления. Сигнал

e<(t) поступает на вход порогового блока 9. При большой ошибке управления, т.е. если сигнал е (t} по моду7 лю превысит порог срабатывания Е порогового блока 9, т.е. на выходе порогового блока 9 формируется сигнал I под действием которого. первый ключ 7 закроется и отклю-чит выход первого сумматора б от первого входа второго сумматора 8, а интегратор 4 перейдет в режим "Хранения информации". Одновременно под действием выходного сигнала порогового блока 9 второй ключ 13 откроется

1532895

12

8, по и подключит выход релейного блока к; второму входу второго гуммлтора и управление будет осуществляться релейному закону

П 7 (8) то позволяет максимально использоваться ресурсы регулятор по быстрод ействию.

Входной сигнал 71 релейного блока

12 в текущий момент времени формирутся в в.иде

A если е.,(t) ) g

А, если е. (t)(- g (9.)

7, (— д7}, если1е (г)(6 <

12. — уровень выходного сигнала релейного блока 12, 20

h!,) — выходной сигнал репейного блоха 12 в ПредыдуI щнй ОаСС - трннаЕМОМу

1 момент врем-.ни ; 25 — величина зо: ы йечувствительнос-. (гистерезиса) релейного блока 12, причем величина $,÷àëà.

Ввиду наличия гистереэиса репейный 3g лок 12 обладает памятью, так как ес1 и сигнен e,(С1 не сденсснсдит еенн° инь., то на выходе релейного блока

1 2 cnõpnêÿeòcÿ значение сигнлла рав ое энлчению сигнала в предыдущий

t- i>i.. момент времени, т.е, 7 (t- hi,„:

Элементы 11 с зонами нечувствительности, на выходах которых формируются сигналы Х, .(t), поступающие !

1,т на третьи входы селектора 3, установ- << йены с целью обеспечения заданного уровня нечувствительпости релейного блока 12 помехам, определяемого

Величиной дд, которая

Таким Образом, выходной сигнал pe â€,15 лейного блока 12 формируется в злви"имости от знака выходного сигнала

Х .(t) нелинейногс элемента 11 с зоh l 1 ной нечувствительности.

Рассмотрим работу регулятора при

50 малых ошибках управления. В этом случае выполняется условие

)e (t)1 (1= (1t ) и пороговый блок 9 формирует на своем

55 вь1ходе сигнал О . под действием которого первый ключ 7 откроется и подключит выход первого сумматора 6 к первому входу второго сумматора 8, а интегратор 4 перейдет в реж - . тегрированис „ Первый нелин=-йный бЛОК 25 С ЗОНОЙ НЕЧуВСтннтЕЛЬНОСти: ., предназначен для предотвращения автоколебаний выходной координаты в малом (около положения статики), т.е. он пропускает на вход интегратора 4 сигнал рассогласования только при превышении этим сигналом зоны нечувствительности

Одновременно под действием выходного сигнала порогового блока 9 второй ключ 13 закроется и отключит выход релейного блока )2 от второго входа сумматора 8. В этом случае управление будет осуществлять по пропорционально-интегральному закону, обеспечивающему высокую статическую ОчнОсть и помехозащищеннОсть.

U = Y,+7

1, 1

rIIe 7, и У„- определяются выраwwe eниями (1), (2) соответственно.

При использовании селектора 3, осуществляющего выбор канала 26 управления по максимальной величине сигнала рассогласования. л z<4,(t) на его первый 36, Bòopoé 37 и третий 38 выходь . поступают соответственно выходной сигнал 7 ...(t) прспорциональчого блока

1,. сигнал расссглагования 6 Z,(t) и

24,1 выходной сигнал Х,, (с) элемента 11 с, !

11 е зонои нечувствительности -го канала =6 управления„ в котором сигнал рассогласования Д Z,..,.,(с) максимален,.

Б остальном работа регулятора анало-гична описанной.

Значения коэффициентов К;., К,,, К1, а также величин д, д, "., Е,, А, л д выбира тся в зависимо "òè от свойств объекта управления и требований, предъявляемых к системе автоматическоГО упpBвленNH.

Таким образом при больших сигналах рассогласования !д2„.(С)f 7 6 управление Осуществляется йо релейному закону, что позволяет получить высокое быстродействие эа счет макскчального использования ресурсов регулятора по быстродействжо.

При этом закон управления формируется в зависимости от знака прирагения (т.е. производной) сигнала

РаССОГЛаСОВЛНИЯ . енС1 ОЛЬЗОВаКИЕ ЗНаКа приращения сигнала рассогласования

I в условиях действия помех является более достоверным, чем использование величины сигнала производной. Поэтому такое формирование сигнала управления по э воляе т повысить стабильность по следнего, а значит быстродействие при малых сигналах рассогласования

t д у. „,, (t) f c g управление осуществляется по пропорционально-интегральному закону, который обеспечивает высокую статическую точность и ломехозащищен- !О ность регулятора.

Формула изобретения

Многоканальный ре гулятор, содержащий и каналов управления, подключенных первым и вторым выходами к первому и второму входам соответствующей группы входов селектора каналов, соединенного первым выходом с первым вхо-эО дом первого сумматора, а вторым выходом — с входами первого нелинейного блока и порогового блока, подключенного выходом к управляюшим входам первого ключа и интегратора, соеди- 25 ненного информационным входом с выходом первого нелинейного блока, а выходом — с входом второго нелинейного блока, а каждый канал управления содержит попорциональный блок и после- щ довательно соединенные измеритель рассогласования, дифферепцирующий фильтр и элемент с зоной нечувствительности, причем вход пропорционального блока соединен с выходом измерителя рассогласования, а выходы пропорционального блока и измерителя рассогласования являются первым и вторым выходами канала управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора, в него дополнительно введены последовательно соединенные релейный (пок, второй ключ и второй сумматор, выход которого является выходом регулятора, а второй вход подключен к выходу первого ключа, соединенного управляющим входом с управляющим входом второго ключа, а информационным входом — с выходом первого сумматора, подключенного вторым входом к выходу второго нелинейного блока, третьи выходы каналов управления подключены к третьим входам соответствующих групп входов селектора каналов, соединенного третьим выходом с входом релейного блока, причем в каждом канале управления выход элемента с зоной нечувствительности является третьим выходом канала управления °

1532895

Составитель Г. НеФедова

Техред M. Ц. :.дык Корректор М.Мак симишинец

Редактор О. Спесивых

Заказ 8098!52 Тира;к 788 Подписно е

ВНИИПО Государственного комитета яо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно †издательск комбинHT "Патент"„ г, Ужгород, ул, Гагарина, 101