Многоканальный регулятор

 

Изобретение относится к технике изготовления строительных материалов и может быть использовано для стабилизации параметров поточно-конвейерной линии по производству керамической плитки и других технологических процессов, содержащих малоинерционные объекты и требующих одновременного регулирования большого количества параметров. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора. Поставленная цель достигается за счет того, что в регуляторе, кроме обегающего устройства, имеется также коммутатор, обегающий каналы регулирования с частотой на порядок выше частоты основного обегающего устройства. С помощью коммутатора и порогового блока происходит двухпозиционное регулирование параметра объекта в паузах между его подключениями к основному регулирующему устройству. Регулятор содержит измерители рассогласования 1, блок обегающих устройств 2, блок разделения во времени процессов измерения и контроля 3, регулирующее устройство 4, корректирующие устройства 5, коммутаторы 6,7, тактовый генератор 16, блок элементов ИЛИ 9, датчики 10, задатчики 11, пороговый блок 12, запоминающие регистры 13, накопители аналоговых величин 14, исполнительные устройства 15. 10 ил.

OO (ID щ)у С 05 В !1/14

ОПИСАНИЕ 8306PETEHHR

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH FIGHT СССР

1 (21) 4402235/24-24 (22) 28.01.88 (46) 15.05.90. Бюл. У IS (71) Специализированная проектноконструкторская технологическая организация пРосавтоматстромп (72) Г.А.Карташов (53) 62-50(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 35476 1 э кл. G 05 В 1/14 в 970.

Автор ское свидетельство СССР

И- 1100606, кл. G 05 В 11/14, 1982. (54) МНО OKAHAJIbHIIA РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к технике изготовления строительных материалов и может быть использовано для стабилизации параметров лоточно-конвейерной линии по производству керамической плитки и других технологических процессов, содержащих малоинерцион. ные объекты и требующих одновременно

ro регулирования большого количества параметров. Целью изобретения явля2 ется повышение точности и быстродействия регулятора. Поставленная цель достигается за счет того, что в регуляторе, кроме обегающего устройства, имеется также коммутатор, обегающий каналы регулирования с частотой на порядок выше частоты основного обегающего устройства. С помощью коммутатора и порогового блока происходит двухнозициониое регулирование гараметра объекта в паузах между его подключениями к основному регулирующему устройству. Регулятор содержит измерители рассогласования I блок обегающих устройств 2, блок разделения во времени процессов измерения и контроля 3, регулирукщее устройство 4, корректирующие устройства 5, коммутаторы 6,7, тактовый гене-„ ратор 16, блок элементов ИЛИ 9, датчики 10, задатчики !1, пороговый блок 12, запоминающие регистры 13, накопители аналоговых величин 14, исполнительные устройства !5,, 10 ил. фЧ

1564586

Изобретение относится к технике изготовления строительных материалов и может быть использовано для стабилизациии параметров поточно-конвейерной пинии по производству керамической плитки.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора.

На фиг. 1 изображена структурная схема регулятора; на фиг.2 — схема порогового блока; на фиг,3 — схема блока обегающих устройств; на фиг,4схема блока разделения во времени процессов измерения и регулирования; на фиг.5 — схема регулирующего устройства; на фиг.6 — схема блока элементов ИЛИ; на фиг.7 — схема запоминаю" щего регистра; на фиг.8 — схема корректирующего устройства; на фиг.9— схема накопителя анапоговых величин; на фиг,10 — динамические характеристики процесса регулирования прототипа и предлагаемого регулятора. 25

Многоканальный регулятор содержит измерители,1 рассогласования, блок 2 обегающих устройств, блок 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования, регулирующее устройство 4, корректирующие устройства 5, коммутаторы 6-8, блоки 9 элементов ИЛИ, задатчики 10, задатчики 11, пороговый блок 12, запоминающие регистры 13, накопители 14 аналоговых величин, исполнительные устройст35 ва 15, тактовый. генератор 16, блок 17 переключения, общую шину 18, делитель 19 напряжения, резисторы 20-32, операционные усилители ЗЗ и 34, диоды 35 и 36, стабилитроны 37 и 38, транзисторы 39 и 40, источники 41 и 42 питания, контакты 43 и 44, резисторы 45-49, конденсатор 50, транзистоты 51 и 52, элемент ИЛИ 53, 45 счетчик 54, дешифратор 55, токовые ключи 56, реле 57, распределительныеустройства 58, элементы И 59 и 60, микросхему М001А71 61 и 62, конденсатор 63, инвертор 64, токовый ключ 65, реле 66, контакты 67, источники питания 68 и 69, вход 70 регулирующего блока, резисторы 71-76» операционные усилители 77-79, диоды 80 и 81, транзисторы 82 и 83, триггеры 84, токо3)5 вый ключ 85, реле 86, источник 87 питания, контакты 88 и 89 реле, переменное сопротивление 90, резисторы 91,, конденсатор 92, переключатель 93, 4" усилитель 94 мощности, реохорд 95 обратной связи, электродвигатель 96, элементы ИЛИ 97 и 98, источники 99 и 100 опорного напряжения, источник 101 постоянного напряжения, источник 102 переменного напряжения.

На фиг . 1О показаны диаграмма 103, иллюстрирующая р аботу прототипа . и диаграмма 104, иллюстрирующая работу предлагаемого регулятора..

Регулятор работает следующим образом.

На первые входы измерителей 1 пас-, согласования поступают сигналы регулируемых параметров выходов датчиков 10, на вторые - сигналы с выходов задатчиков 11. С выходов измерителей 1 рассогласования сигналы рассогласования поступают на входы блока 2 обегаюпщх устройств и через первый коммутатор 6 на информационный вход порогового блока 12. Блок 2 обегающих устройств осуществляет коммутацию сиг1 налов с выхода измерителей 1 рассогласования и корректирующих устройств

5 таким образом, что в каждый момент времени на вход блока 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования поступают только два сигнала: сигнал с. выхода одного измерителя 1 рассогласования и одного корректирующего устройства 5, а выходной сигнал регулирующего устройства 4 поступает только на одно исполнительное устройство 15.

Подключение этих сигналов последовательно для всех каналов осуществляется контактами 43 и 44 реле 57 блока 2 обегающих устройств. Через контакты 43 подключаются сигналы с выхода измерителя 1 рассогласования, через контакты 44 — сигналы корректиоующих устройств 5.

Для управления контактами 43 и 44 формируются импульсы при заряде конденсатора 50 через резисторы 45 и 46 до напряжения, задаваемого делителем напряжения на резисторах 47 и 49, При достижении потенциала на конденсаторе 50 напряжения на делителе происходит пробой составного тиристора на транзисторах 51 и 52, конденсатор 50 разряжается и с выхода элемента

ИЛИ 53 поступает импульс на вход счетчика 54 импульсов. Резонатор 48 задает режим транзистора 52. Период следования импульсов определяется постоянной времени RC-цепи (резисторы 45

4586 6

5 156 и 46 и .конденсатор SO) и может устанавливаться в зависимости от требований технологического процесса. На выходе счетчика 54 импульсов устанавливается код, соответствующий числу поступивших на его вход импульсов.

Двоичный код с выхода счетчика 54 импульсов поступает на вход дешифратора 55, Последовательно возбужденные выходы дешифратора 55 через ключи 56 подключают к источнику 68 питания обмотки реле 57, каждое из .которых имеет по два нормально разомкнутых контакта 43 и 44.

Сигналы, коммутируемые с помощью контактов 43 и 44, поступают на блок 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования„ который осуществляет задержку в передаче этих сигналов на вход регулирующего устройст- . ва 4 с целью исключить искажающее влияние неустановившихся переходных процессов в измерительных цепях на формирование регулирующего воздействия.

Блок 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования содержит микросхемы NOOIAII 61 и 62, выполняющие совместно с конденсатором 63 роль одновибратора, инвертор 64, токовый ключ 65, через который включается обмотка реле 66. При поступлении каждого импульса с выхода элемента ИЛИ 53 блока 2 обегающих устройств на вход микросхемы И001АГ1

61 блока 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования осуществляется задержка во включении . реле 66 и соответственно контактов 67 относительно момента подключения измерителя 1 рассогласования и корректирующего устройства S.

В регулирующем устройстве 4 осуществляется суммирование. двух входных сигналов на операционном усилителе 77, в котором с помощью резисторов 71-74 устанавливается необходимый коэффициент усиления в режиме работы.

Релейная характеристика выходного сигнала, необходимая для управления исполнительными устройствами 15 постоянной скорости, формируется компаратором, выполненным на операционных ускорителях 78 и 79, не охваченных обратными связями, и диодах 80 и 81.

Зона нечувствительности управляющего сигнала определяется величиной опорного напряжения +Uy íà выходах ис5 го

55 точников 99 и 100 опорного напряже,-сия.

Усиление по мощности сигнала управления осуществляется Tрpанзисторами 82 и 83 с резисторами 75 и 76 в коллекторной цепи.

Выходной сигнаг. ., операционного усилителя 77 срав: †.девается с опорным .

+U y,(-U у,), ВыхоДной сигнал РегУлирующего устройства 4 представляет собой двухразрядный двоичный код, который в зависимости от соотношения входных сигналов, т.е, от величины выходного сигнала операционного усилителя 77, может принимать три значения:

00 если -U yc +У yet I О, 1, если

Uõ > + уст ° 10В ecnH U> - П т °

С регулирующего устрой;тва 4 вы ходкой сигнал псступает на первые. входы всех распределительных устройств 58, но проходит только через то распределительное устройство 58, на вход которого поступает разрешаю-щий сигнал с дешифратора 55, Распределительное устройство содержит элементы И 59 и 60.

Таким сбразом, выходной сигнал регулярующего устройства 4 - ереэ распределительное устройство 58 попадает на первый вход блока 9 элементов ИЛИ, состоящего из двух элементов ИЛ! 97 и 9. . С выхода блока . 9 элементов ИПИ сигнал поступает на вход запоминающих регистров 13, где осуществляется

его запись и хранение.

Запоминающий регистр 13 каждого ка нала состоит иэ двух триггеров 84, каждый из которых осуществляет sanaминание соответствукнцего состояния выходного сигнала регулирующего устройства 4. Выходной сигнал триггера 84 через токовый ключ 85 подает напряжение- на обмотку реле 86. Выходной сигнал регистра 13 через контакты 88 поступает на вход накопителя 14 аналоговых величин и воздействует на него (в зависимости от записанной в регистре информации) тремя различными способами, при этом выходной сигнал накопителя 14 аналоговых величин либо возрастает (в регистре — 01), либо убывает (в регистре 10), либо остается без изменения (в регистре. 00) .

За счет наличия в схеме запоминающих регистров 13 регулирующее воздействие на исполнительное устройство 15 продолжается. в моменты, когда на выходах блока 9 элемента ИЛИ какого-либо

1564586 канала не подаются сигналы управления ни с регулирующего устройства 4, ни с аналого-опозиционного преобразователя 12.

Накопитель 14 аналоговых величин состоит иэ усилителя 94 мощности и электродвигателя 96, Напряжение, снимаемое с реохорда 95 обратной связи, определяет положение регулирующего органа и поступает на корректирующее устройство 5 соответствующего канала, с помощью которого происходит формирование пропорционально-интегральногб закона регулирования, 15

С выхода накопителя 14 аналоговых величин сигнал поступает на исполнительное устройство 15.

Корректирукяцее устройство 5 чаще всего представляет собой опериодическое звено первого порядка и состоит из переключателя 93, переменного сопротивления 90, конденсатора 92 и резисторов 91. С помощью переменного сопротивления 90. устанавливается не- 25 обходимый коэффициент пропорциональности. Переключателем 93 выбирается один из резисторов 91 и тем самым устанавливается необходимая постоянная времени интегрирования. 30

В качестве корректирующего устрой ства может быть использовано любое линейное или нелинейное динамическое звено, например дифференцирующее, интегрирующее и т.,д,, преобразующее любую доступную измерению или определению промежуточную координату системы регулирования (т.е. объекта регулятора), ° Сигналы с выхода корректирующих 40 устройств 5 поступают на блок 2 обегающих устройств и через контакты 44 на вход регулирующего устройства 4, Таким образом, осуществляется обратная связь с выхода накопителя 14 45 аналоговой величины на вход регулирующего устройства 5.

Для того, чтобы не происходило большого перерегулирования параметра за период отключения регулирующего 50 устройства 4 от канала регулирования, использованы коммутаторы 6 и 7 и пороговый блок 12, имеющий для каждого канала определенную зону нечувствительности. С помощью коммутаторов 6 и 7 пороговый блок 12 подключается поочередно к выходам измерителей 7 рас. согласования с частотой на порядок вы- ше частоты переключения блока 2 обегаккцих устройств, т.е. в период, когда какой-либо канал отключен от регулирующего устройства 4 с помощью порогового блока 12 и коммутаторов 6 и 7, в нем примерно .десять раз контролируется величина рассогласования на выходе измерителей 1 рассогласования и, если она превышает зону нечувствительности порогового блока 12 по данному каналу, то через блок 9 элементов ИЛИ сигнал поступает на запомина:мцие резисторы 13 и переключает соответственно его регистры.

Пороговый блок 12 (см.фиг.2) состоит из двух компараторов, построенных соответственно на операционных усилителях 33 и 34 с диодами 35 и 36 на выходе. Оба операционных усилителя через ограничительные резисторы 29 и 30 нагружены на двухисходные стабилитроны 37 и 38, нормирующие амплитуду выходного сигнала компаратора, Сигнал опорного напряжения U определяющего величину устанавливаемой эоны нечувствительности, подается через коммутатор 8 с напряжения дели.— теля 19„ Так как зона нечувствительности порогового блока 12 может быть разной для отдельных каналов, то опорное напряжение создается с помощью делителя 19 напряжения, расположенного внутри порогового блока 12 (см, фиг.2). Выходной сигнал порогового блока 12 представляет собой аналогично выходному сигналу регулирующего устройства 4 двухразрядный двоичный код, который в зависимости от величины рассогласования может принимать три значения: 00, если -П„(U (+U „, 01, если U >+U „., 10, если 5 ( (-U, где U — величины рассогласования; +U> ; -U> T- установки компараторов, определяющие зону нечувствительности порогового блока 12, Таким образом, в,то время, когда канал отключен от регулирующего устройства 4 и на втором входе блока 9 элементов ИЛИ устанавливается логический нуль, запоминающие регистры 13 управляются через первый вход бло-ка 9 элементов ИЛИ сигналами, поступающими через коммутатор 7 выходным сигналом порогового блока 12..Возможен случай, когда канал регулирования подключен одновременно и к регулирующему устройству 4, и к пороговому блоку 12.Так как зона нечувствительности порогового блока 12 значительно больше зоl0

9 15645 ны нечувствительности регулирующего устройства 4, то фактически никакого влияния пороговый блок 12 на работу регулирующего устройства 4 не окажет.

В то же время, когда канал отключен от регулирующего устройства 4, в нем будет в моменты соединения с пороговым блоком 12 происходить регулирование позиционного характера. Час" тота переключения коммутаторов 6-8 определяется частотой тактового генератора 16.

Указанные отличительные особенности позволяют повысить точность и быст-15 родействие предлагаемого мнбгоканального регулятора.

На фиг.10 показаны (Ь ;Ь )- зона

1 нечувствительности регулирующего устройства; t> - время соединения канала 20, с регулирующим устройством; t — время соединения канала с аналого-позиционным регулятором; кривая 103 — изменение регулируемого параметра в канале с помощью устройства-прототипа; 35 кривая 104 — изменение регулируемого параметра в канале с помощью предлагаемого устройства.

На фиг. IO видно, что в точке А регулируемый параметр под действием регулирующего устройства 4 прототипа, начав уменьшаться, к моменту окончания воздействия регулирующего устройства 4 (точка В) не успевает войти в зону нечувствительности регулирующего устройства, и поэтому в запоминающем регистре фиксируется сигнал на открытие исполнительного устройства 15, что в прототипе приведет к постоянному увеличению параметра, т,е, к íà- 40 чалу следующего такта работы регулирующего устройства 4 с данным каналом параметр отклонится далеко от заданного значения (точка D),. За счет такого отклонения параметр может опять не 45 успеть войти в зону нечувствительности регулирующего устройства 4 (точка К), что приведет к большому отклонению параметра в отрицательную сторону. 5Q

В предлагаемом регуляторе в точке С на отклонение параметра действует пятый такт работы порогового блока 12, эа счет чего исполнительное устройство 15 начнет закрываться, ре- 55 гулируемый параметр уменьшается, а в точке Е на параметр будет воздействовать уже регулирующее устройство 4, т.е, точность и быстродействие предлагаеиого регулятора примерно в два раза выше точности и быстродействия прототипа.

Применение предлагаемого иногоканального регулятора позволяет при незначительнои усложнении схеж значительно повысить качество регулирования параиетров объекта, sa счет чего сократить брак продукции, повысить ее качество, уменьшить расход энергии.

Фо р мул а и з о б р е т е ни я

Многоканальный регулятор, содержащий блок обегающих устройств, подключенный единичныи выходом через блок разделения во времени процессов измерения и регулирования к входу регулирующего устройства, соединенного выходом с единичным входом блока обегающих устройств, в каждом канале регулирования установлены накопитель аналоговых величин, соединенный входом с выходом запоминающего регистра, а первым и вторыи выходами — с входами исполнительного и корректирующего устройства, и датчик и задатчик, подключенные выходами к пер вому и к второму входам измерителя рассо гласования, выходы измерителей рассогласования всех каналов регулирования соединены с соответстэуккциии входами первой группы входоэ блока обегающих устройств, входы второй группы входов которого соединены с выходами корректирующих устройств

Каналов регулирования, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия регулятора, в нем дополнительно установлены два коммутатора, тактовый генератор и пороговый блок, а в каждый канал регулирования введен блок элементов ИЛИ, причем выходы измерителей рассогласования всех каналов регулирования соединены с информационными входами первого коммутатора,подключенного выходом к информационному входу порогового блока, соединенного выходом с информационным входом второго коммутатора, ьодключенногo выходами к первым входам блоков элементов ИЛИ соответствующих каналов регулирования, соединенных вторыми входаж с соответствующими выходаии групп выходов блока обеrающих устройств, а выходаии — с входами соот11

1564586 вествукщих запоминающих устройств, выход тактового генератора соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов и порогового блока, !

56458б

0m уппрайсв5а 4

1564586! 564586

Составитель Г, Нефедова

Техред М,Ходанич Корректор М,Максимишинец

Редактор Е. Копча

Тираж 662

Подписное

Заказ 1158

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп. Гагарина, 101