Релейный регулятор

 

Изобретение относится к релейным системам автоматического управления динамическими объектами. Целью изобретения является увеличение точности управления, Сущность изобретения состоит в изменении зоны нечувствительности релейной системы управления, если скорость изменения сигнала ошибки управления выходит за заданные пределы. При этом смещаемая граница зоны нечувствительности устанавливается в положение, соответствующее ошибке управления в момент попадания ее скорости за заданные пределы. Устройство содержит регулирующий элемент, запоминающее устройство, трехпозиционный и двухпозиционный релейные элементы, обеспечивающие передачу информации запоминающего устройства на вход формирующего элемента. Запоминающее устройство обеспечивает изменение зоны нечувствительности регулятора и фиксацию ее з течение времени действия возмущения, 6 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s 6 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4659143/24 (22) 06.03.89 (46) 30,11.91. Бюл. М 44 (72) А.Я. Бичуцкий, Г.Я.Леденев, Л.А.нездюр и А.С,Фрунц (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 809054. кл. G 05 В 11/14, 1976.

Авторское свидетельство СССР

М 943640, кл. G 05 В 11/14, 1980 (прототип). (54) РЕЛЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к релейным системам автоматического управления динамическими объектами. Целью изобретения является увеличение точности управления.

Сущность изобретения состоит в изменении зоны нечувствительности релейной систеИзобретение относится к системам управления динамическими объектами и может быть реализовано в релейных системах управления. Наибольшее применение изобретение может найти при необходимости полученйя управления с малыми перерегулированиями при отработке внешних возмущений в установившихся режимах. Кроме того, регулятор может быть использован для поддержания малых скоростей изменения ошибки управления в пределах зоны нечувствительности релейной системы управления.

Цель изобретения — увеличение точности управления.

На фиг. 1 представлена структурная схема релейного регулятора; на фиг. 2 — 4 — фазовые портреты системы управления; на

„„. Ж, Ä 1695263 А1 мы управления, если скорость изменения сигнала ошибки управления выходит за заданные пределы. При этом смещаемая граница зоны нечувствительности устанавливается в положение, соответствующее ошибке управления в момент попадания ее скорости за заданные пределы. Устройство содержит регулирующий элемент, запоминающее устройство, трехпозиционный и двухпозиционный релейные элементы, обеспечивающие передачу информации запоминающего устройства на вход формирующего элемента. Запоминающее устройство обеспечивает изменение зоны нечувствительности регулятора и фиксацию ее в течение времени действия возмущения, 6 ил. фиг. 5 — пример построения запоминающего устройства, входящего в релейный регулятор; на фиг. 6 — пример построения коммутирующего элемента.

Устройство содержит релейный регулятор 1, входы задания сигналов ошибки 2 и скорости 3 ошибки, регулирующий элемент

4, звено 5 запаздывания на выключение, трехпозицион ный релейн ый элемент (Р Э) 6, запоминающее устройство (ЗУ) 7 с входами

"Сброс", информационным (а), управляющими (б и в) и выходом (г), двухпозиционные

РЭ 8 и 9, апериодический фильтр 10, при этом регулирующий элемент 4 выполнен на трехпозиционном релейном элементе 11, охваченным цепью инерционной ООС 12 через сумматор, коммутирующий элемент 13, выходную шину 14, объект 15 управления.

1695263

На фиг. 5 обозначены: интегратор 16, выполненный на операционном усилителе (ОУ), управляемые ключи 17 и 18, формирователь 19 одиночных импульсов, элемент

ИЛИ 20, резисторы 21-23, На фиг. 6 обозначены; управляемый ключ 24, триггер 25, трехвходовой элемент ИЛИ-НЕ 26, На фиг, . 2 — 4 обозначены: Х вЂ” сигнал ошибки управления, Y — сигнал скорости ошибки управления, L>, Lz, Ll, L2 — линии перекл!очения, MI ! I — положение изображающей точки на фазовой траектории, Их, heal — граница зоны нечувствительности по сигналу ошибки управления, h — граница фиксируемой скорости ошибки управления.

Релейный регулятор выполнен следующим образом (фиг. 1).

Входы формирующего элемента 4, трехпозиционного РЭ и информационный вход

3У 7 соединены с входом 2. Выход регулирующего элемента 4 через звено 5 соединен с выходной шиной 14. Выход ЗУ 7 соединен через коммутирующий элемент 13 с вторым входом регулирующего элемента 4 (с вторым входом сумматора, через который РЭ

11 охвачен цепью инерционной ООС 12), Выход элемента 4 через звено 5 соединен с выходной шиной 14 устройства.

Вход 3 соединен с входами РЭ 8 и 9 через фильтр 10, Выходы РЭ 8 и 9 соединены с управляющими входами ЗУ 7 и с двумя входами коммутирующего элемента 13, С третьим входом этого ключа соединен выход РЭ 6 и вход "Сброс" ЗУ 7.

ЗУ 7, один из вариантов которого представлен на фиг. 5, выполнен следующим образом, В качестве запоминающего элемента в схеме используется интегратор 16, выполненный на ОУ с конденсатором в цепи ООС.

Вход интегратора через ключ 17 и резисторы 21! и 22 подключен к управляющим и информационным входам соответственно.

Управляющие входы объединены через элемент ИЛИ 20 на входе формирователя 19, выход которого соединен с управляющим входом ключа 17. В цепи обнуления интегратора 16 включен ключ 18, управляющий вход которого является входом "Сброс" схемы, Коммутирующий элемент 13 (фиг. 6) содержит ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 25, Управляющий вход триггера 25 (например, вход S) соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 26, объединя ющим три уп равля ющих входа, К входу обнуления R триггера 25 подключена цепь обнуления.

Пусть в некоторый момент изображающая точка Мперес,екла границу эоны нечув15

55 ствительности L> (т.Ml) Начиная с этого момента и до попадания изображающей точки на линию выключения г(т.М2) происходит отработка скорости ошибки управления исполнительными органами системы управления, На участке Mz-Мз скорость изменяется только эа счет демпфирования (трения). На участке Мз — M4 за счет того, что изображающая точка оказалась вне зоны нечувствительности, определяемой границами hx I4 hy (по сигналу Х), происходит гашение скорости исполнительными органами, и в дальнейшем изображающая точка оказывается в состоянии покоя (т.М ), Рассмотренный процесс относится к режиму отработки начальных условий и качественно присущ практически всем устойчивым релейным системам. При этом отличия процессов могут быть обусловлены только положением линий переключения на фазовом портрете, Пусть, например, по окончании переходного процесса в момент нахождения изображающей точки в положении Мб на систему управления подействовало возму/ щение, способствующее увеличению скорости У, Тогда, под действием возмущения изображающая точка достигает установленного предела йу (т. Мт). В этот момент фиксируется сигнал позиционного отклонения S, равный

S=X-Z, где Z — демпфирующий сигнал, например, пропорциональный сигналу У, либо сформированный иным образом, но обеспечивающий устойчивость управления.

Предполагается, что при -hx< Х < hx

S = Х. Линия включения Ll (значение сигнала срабатывания РЭ, определяющего значение h><) устанавливается в положение, соответствующее зафиксированному значению Х, т.е, Ll занимает положение L1, à Lz

I занимает положение L2. Изображающая

I точка попадает за границу зоны нечувствительности, и исполнительными оргэнамисистемы управления обеспечивается перевод т.М в положение Мв. Далее процесс повторяется и возникает режим установившихся автоколебаний.

При исчезновении возмущения, например, в т, Мя, если изображающая точка попа дает на границу Ll, линия L1 устанавливается в исходное состояние (! 1).

Если изображающая точка в процессе движения не попадает на границу L>, то граница

L1 остается в положении hx1. При длитель1 ном воздействии возмущения стабилизация производится в области точки Их.

Если, например, в процессе отработки появившегося возмущения изображающая

1605963 точка вновь пересекает границу h>, то линия включения переходит из положения L1 (фиг, 3) в положение L1 и т.д, Далее процесс повторяется аналогичным образом.

Рассмотрим функционирование релейного регулятора (фиг, 1), используя фазовые портреты, представленные на фиг. 2 — 4, Пусть, например, сигнал Х изменяется со скоростью У, которая больше по абсолютной величине зоны нечувствительности одного из РЭ 8 или 9. При достижении сигналом Х порога срабатывания h РЭ 11 последний включается, и на его выходе появляется релейный сигнал, который пройдя через звено 5, поступает на выходную шину 14 и воздействует на объект управления, обеспечивая изменение его скорости на участке М1-Мг фазовой траектории, Демпфирование скорости Y обеспечивается за счет действия ООС (выходной сигнал цепи

ООС 12, изменяющий сигнал S).

При попадании сигнала S в зону нечувствительности РЭ 11, что соответствует т,Мг, последний выключается, а на объект управления начинает действовать только демпфирующая сила (например, сила трения, или сила внутренней диссипации энергии, участок Мг — Мз). Далее на участке

Мз — М4 процесс аналогичен процессу на участке Ы1 Ыг

Если сигнал Ут= отфильтрованный фильтром 10 сигнал У, в дальнейшем будем считать, что Y Y, так как фильтр 10 обеспечивает подавление сигналов высокочастотной помехи и его постоянная времени значительно меньше постоянной времени объекта 15 управления становится по абсолютной величине меньше hy (порог срабатывания РЭ 8 и РЭ 9),замыкается коммутирующий элемент 13. Условие замыкания коммутирующего элемента 13 (фиг. 6) — отсутствие сигналов на его логических входах (срабатывает элемент ИЛИ-НЕ 26 и включает триггер 25). Замыканием коммутирующего элемента 13 обеспечивается подключение выхода 3У 7 к входу элемента 4.

Если в некоторый момент времени (например, т Мт) вследствие возникновения внешнего возмущения сигнал Y становится больше значения порога срабатывания РЭ 8 (9), на управляющий вход б (или в) ЗУ 7 поступает сигнал, под действием которого в ЗУ 7 запоминается сигнал X.ÏGñëå ввода в ЗУ 7 сигнала X на его выходе формируется сигнал

07= х-h при Х >О или

Ут = Х+ h при Х < О. т.е, ЗУ 7 исключает начальный уровень h срабатывания РЭ 11 и заменяет его запомненным сигналом X.

В результате обеспечивается смещение линий переключения LI u Lz в положение

h<(L1 и L2), Формирующий элемент в этом

I I случае обеспечивает процесс стабилизации изображающей точки вблизи положения h .

Если сигнал Х попадает в область включения РЭ 6, последний обнуляет ЗУ 7, и пороги РЭ 11 устанавливаются в исходное положение (т.е, Ут = О).

Если в процессе изменения сигнала Х в пределах эоны нечувствительности РЭ 6 сигнал Y вновь включает РЭ 8 или 9, в ЗУ записывается новое значение Х и далее процесс повторяется, Рассмотрим функционирование ЗУ 7, При появлении релейного сигнала на входах б или в на выходе формирователя 19 появляется импульс sq, На время импульса интегратор 16 переходит в режим апериодического звена, на вход которого поступают сигнал X и сигнал h от входов б или в, в противофазе. По окончании импульса т на выходе интегратора 16 оказывается сформированным сигнал U7.

Точность управления достигается за счет уменьшения перерегулирования

Л(фиг, 3), возникающего при отработке скоростной ошибки управления, Отработка сигнала скорости производится внутри зоны нечувствительности, т,е. по сигналу ошибки управления устраняется перерегулирование, являющееся следствием внешнего возмущения. Для оставшегося перерегулирования Л1, вызванного отработкой остаточной скорости Уос>, всегда

Л>A1.

Помехоустойчивость обеспечивается тем, что сигнал скорости ошибки управления используется не для формирования регулирующего сигнала, а только для формирования логических признаков переключения закона управления. В этом случае скоростной сигнал может быть отфильтрован необходимым образом, без внесения запаздывания в сигнал ошибки управления.

Формула изобретения

Релейный регулятор, содержащий регулирующий элемент, апериодический фильтр, т :ехпозиционный релейный элемент, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности управления, дополнительно введены запоминающее устройство, коммутирующий элемент, звено запаздывания на выключение, первый и второй двухпозиционные релейные элементы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутирую цего элемента, третий управляющий вход которого соединен с входом "Сброс" запо4

1695263 минающего устройства и выходом трехпозиционного релейного элемента, вход которого соединен с информационным входом запоминающего. устройства и с первым входом регулирующего элемента, который является входом .задания сигнала ошибки регулятора, выход запоминающего устройства соединен с информационным входом коммутирующего элемента, выход коммутирующего элемента соединен с вторым входом регулирующего элемента, выход которого через звено запаздывания на выключение соединен с выходной шиной

5 регулятора, а входы первого и второго двухпозиционных релейных элементов соединены с выходом апериодического фильтра, вход которого подключен к входу задания сигнала скорости ошибки регулятора.

1О

1695263

Фиг. 2

1695263

1695263

Составитель В. Пилишкин

Редактор И.Касарда Техред М.Моргентал КоРРектоР М,лароши

Заказ 4161 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101