Двухпозиционный адаптивный электронный регулятор

 

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации, а именно к электронным двухпозиционным регуляторам. Оно может быть широко использовано при автоматизации как бытовых, так и общепромышленных объектов. Технический результат изобретения заключается в повышении качества регулирования объектов с меняющейся нагрузкой путем создания регулятора с адаптирующимися к нагрузке позициями. Регулятор содержит компаратор, двухпороговые компараторы, задатчик напряжения регулируемой величины, задатчики напряжения зон адаптации и реадаптации, реверсивные счетчики кодов позиций регулятора, мультиплексор выбора позиций, инверторы, светодиоды, блок выхода. 6 ил.

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации, а именно к электронным двухпозиционным регуляторам. Оно может быть широко использовано при автоматизации как бытовых (холодильники, утюги), так и общепромышленных объектов (нагревательные печи, экструдеры, прессы для переработки изделий из пластмасс и др.).

Известны двухпозиционные регуляторы с фиксированными позициями, как релейного действия, так и с зоной неоднозначности, в том числе, встраиваемые в различные вторичные электронные приборы (мосты, потенциометры) - см., например, Промышленные приборы и средства автоматизации. Справочник. Под общ. ред. В. В. Черенкова. Л.: Машиностроение. 1987 (С. 376, 378, 381, 382, 403, 483-503).

Основной недостаток релейного регулятора - частое срабатывание исполнительного устройства. Он устраняется введением в регулятор зоны неоднозначности, хотя при этом и ухудшается качество регулирования. Решение ищется на пути компромисса между недостатками первого и второго путем выбора соответствующей зоны неоднозначности или путем дополнительного сужения значений позиций между собой (использование неполного притока и(или) оттока).

Однако качество регулирования того или иного параметра объекта будет недостаточным и непостоянным, если, при фиксированных значениях позиций регулятора, будет меняться нагрузка объекта.

Цель изобретения - улучшение качества двухпозиционных систем регулирования объектами с меняющейся нагрузкой, что достигается созданием регулятора с адаптирующимися к нагрузке позициями.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в двухпозиционный электронный регулятор, содержащий задатчик напряжения регулируемой величины, компаратор, к одному из входов которого подключен этот задатчик, а к другому - вход регулятора с напряжением, соответствующим регулируемой величине, его выход соединен напрямую и через инвертор со светодиодами, введены четыре задатчика напряжения зон адаптации и реадаптации, два реверсивных счетчика кодов позиций регулятора, демультиплексор переключения команд управления этими счетчиками, компаратор цифровых сигналов кодов позиций, мультиплексор выбора позиций и два двухпороговых компаратора, первый и второй входы первого из них соединены с выходами двух задатчиков зоны адаптации, а первый и второй входы второго - с выходами двух задатчиков зоны реадаптации, третий вход этих компараторов соединен с входом регулятора, их первый и второй выходы соединены с инверторами, а третий - со светодиодами; входы демультиплексора соединены с инверторами выходных сигналов двухпорогового компаратора зоны адаптации, а два размыкающиеся со входами выхода соединены с плюсовым входом реверсивного счетчика кода нижней позиции регулятора и с минусовым - счетчика кода верхней позиции, минусовой и плюсовой входы которых соединены соответственно с двумя его другими замыкающимися выходами, а сбрасывающий и взводящий входы этих счетчиков соединены с соответствующими выходами инверторов выходных сигналов двухпорогового компаратора зоны реадаптации, выходы счетчиков кода нижней и верхней позиций соединены со входами компаратора цифровых сигналов, выход которого соединен с управляющим входом демультиплексора, и с входами мультиплексора выбора позиции, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходы - с блоком выхода регулятора.

Схема устройства приведена на фиг. 1. Электронный регулятор содержит компаратор 1, два двухпороговых компаратора 2 и 3, задатчик напряжения регулируемой величины 4, два задатчика напряжения зоны адаптации 5, 6 и два - зоны реадаптации 7, 8, пять инверторов 9 - 13, четыре светодиода 14 - 17, демультиплексор переключения команд управления 18, два реверсивных счетчика 19, 20 кодов позиций регулятора, компаратор цифровых сигналов кодов позиций 21, мультиплексор выбора позиций 22 и блок выхода (БВ) 23.

Задатчик 4 регулируемой величины U_e со значением напряжения U₃ подключен к одному (плюсовому) входу компаратора 1, а сама регулируемая величина, подаваемая на вход регулятора в виде соответствующего напряжения U_e - к другому (минусовому) входу компаратора 1 и к третьим входам двухпороговых компараторов 2 и 3, к первым (минусовым) входам которых подключены задатчики соответственно 5 и 7 нижних значений U₂ и U₁ первой зоны адаптации и второй зоны реадаптации позиций, а к вторым (плюсовым) - задатчики 6 и 8 верхних значений U₄ и U₅ этих зон, причем первая зона меньше второй, т.е.

U₁ < U₂ < U₃ < U₄ < U₅.

Первые и вторые выходы двухпорогового компаратора 2 соединены через инверторы сигналов 9 и 10 с входами демультиплексора 18, а соответствующие выходы двухпорогового компаратора 3 через инверторы 11 и 12 соответственно со сбрасывающим R и запускающим (взводящим) S входами четырехразрядных реверсивных счетчиков 19 и 20, выходы которых соединены со входами компаратора четырехразрядных цифровых сигналов 21 и мультиплексором 22, проводящего на блок выхода 23 регулятора значения сигналов со счетчика 19 или 20. Для этого управляющий вход мультиплексора 22 соединен с выходом компаратора 1, к которому подключен также инвертор 13. Нормально-замкнутые (размыкающиеся) со входами выходы демультиплексора 18, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора 21, соединены соответственно с минусовым и плюсовым входами счетчиков 20 и 19, а замыкающиеся со входами выходы - с плюсовым входом счетчика 20 и минусовым - 19. Наконец, третьи выходы двухпороговых компараторов 2, 3 и выход компаратора 1, а также выход инвертора 13 соединены со светодиодами, соответственно 14, 15, 16 и 17.

Блок выхода (БВ) регулятора 23 может быть выполнен различным образом в зависимости от вида исполнительного устройства (ИУ) и конструкции объекта. Его возможные варианты приведены на фиг. 2-6.

Так при омической нагрузке и возможности подачи на нее различных напряжений БВ может быть выполнен в виде цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 24 и усилителя напряжения и мощности 25, соединенных между собой (фиг. 2). Такой БВ предусмотрен, например, в позиционном регуляторе по патенту N 1802606.

Если ИУ и конструкция объекта таковы, что удобно производить лишь включение и выключение ИУ, например бесконтактное семисторное управление нагревателем, то БВ может быть выполнен как в позиционном регуляторе по патенту N 2047210 и состоит из мультиплексора 26, подключающего к усилителю напряжения и мощности 27 импульсы той или иной скважности, определяемой командами регулятора, от генератора прямоугольных импульсов (ГПИ) или таймер - генератора (ТГ) 28. При этом входные каналы мультиплексора 26 соединены с выходными каналами 0-15 ТГ или ГПИ (28), выходной - с усилителем напряжения и мощности 27, а управляющие 1-2-4-8 с выходными каналами мультиплексора 22 (фиг. 3).

Если в качестве ИУ применено цифровое дискретное исполнительное устройство (ЦДИУ) - см., например, Современные электрические исполнительные механизмы для систем автоматического регулирования. Обзорная информация. Приборы, средства автоматизации и систем управления. ТС-6 "Приборы и устройства для контроля и регулирования технологических процессов". Вып. 4. М.: ЦНИИТЭИприборостроения, 1983, с. 35-37, то выходы мультиплексора 22 можно непосредственно подключить к ИУ (29), фиг. 4, управляющим технологическим объектом управления (ТОУ) 30.

Наконец, БА может быть организован так, как показано на фиг. 5 и описано в журнале "Радио", N 4, 1986, с. 46-47 (А.Евсеев. Регулятор мощности с малым уровнем помех). В этом случае он состоит из счетчика-делителя 31 частоты с переменным коэффициентом деления, определяемым кодом 1-2-4-8 с мультиплексора 22, генератора тактовых импульсов (ГТИ) 32, подключенного к синхронизирующему входу C счетчика 31, и усилителя напряжения и мощности 33, подключенного к выходу счетчика (фиг. 5).

Все описанные БВ могут дополнительно содержать устройство индикации (фиг. 6) для определения количественного значения действующей позиции. Для этого к входам 1-2-4-8 мультиплексора 22 подключается дешифратор кода 34, к выходам которого подключены 16 светодиодов 35-50.

Формула изобретения

Двухпозиционный электронный регулятор, содержащий задатчик напряжения регулируемой величины, компаратор, к одному из входов которого подключен это задатчик, а к другому - вход регулятора с напряжением, соответствующим регулируемой величине, его выход соединен напрямую и через инвертор со светодиодами, отличающийся тем, что в него введены четыре задатчика напряжения зон адаптации и реадаптации, два реверсивных счетчика кодов позиций регулятора, демультиплексор переключения команд управления этими счетчиками, компаратор цифровых сигналов кодов позиций, мультиплексор выбора позиций и два двухпороговых компаратора, первый и второй входы первого из них соединены с выходами двух задатчиков зоны адаптации, а первый и второй входы второго - с выходами двух задатчиков зоны реадаптации, третий вход этих компараторов соединен с входом регулятора, их первый и второй выходы соединены с инверторами, а третий - со светодиодами, входы демультиплексора соединены с инверторами выходных сигналов двухпорогового компаратора зоны адаптации, а два размыкающиеся со входами выхода соединены с плюсовым входом реверсивного счетчика кода нижней позиции регулятора и с минусовым - счетчика кода верхней позиции, минусовой и плюсовой входы которых соединены соответственно с двумя его другими замыкающимися выходами, а сбрасывающий и взводящий входы этих счетчиков соединены с соответствующими выходами инверторов выходных сигналов двухпорогового компаратора зоны реадаптации, выходы счетчиков кода нижней и верхней позиций соединены со входами компаратора цифровых сигналов, выход которого соединен с управляющим входом демультиплексора, и с входами мультиплексора выбора позиции, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, а выходы - с блоком выхода регулятора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6