Многозонный интегрирующий регулятор

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться при автоматизации технологических процессов, например, в регуляторах температуры. Техническим результатом является стабилизация частоты несущих колебаний при отказах релейных элементов и тем самым сохранение требуемой полосы пропускания (динамической точности) регулятора. Для этого предложен многозонный интегрирующий регулятор, который содержит последовательно включенные источник сигнала управления, первый сумматор, интегратор, выход которого подключен к информационным входам группы из n-го числа релейных элементов, причем n≥3 - нечетное число, выходы которых соединены с входами второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора и соединен с выходной клеммой устройства, при этом n-1 из числа релейных элементов содержат управляющие входы, при этом в него введены дешифратор и n-е число блоков диагностики, содержащих последовательно включенные делитель частоты на 2,0, пропорционально-дифференцирующее звено, демодулятор и пороговый элемент, причем вход делителя частоты на 2,0 соединен с выходом соответствующего релейного элемента, выходы пороговых элементов подключены к соответствующему входу дешифратора, а выходы дешифратора соединены с соответствующими управляющими входами релейных элементов. 5 ил.

 

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться при автоматизации технологических процессов, например, в регуляторах температуры.

Известна система управления с автоматическим резервированием (Цытович Л.И. А.с. 1294152 СССР, G05B 9/03, H05K 10/100. Резервированная система автоматического управления электроприводом. №3920771/24, заявлено 02.08.85, опубл. 07.02.87, бюл. №5), содержащая интегрирующие развертывающие преобразователи, блоки диагностирования, датчики обратных связей, ключевой коммутатор, исполнительный механизм. Недостатком устройства является его недостаточно высокая надежность, вызванная отсутствием средств диагностирования ключевых коммутаторов.

Известен MP (а.с. СССР №1183988 от 27 апреля 1984 г., опубл. 07.10.85, Бюл. №37), содержащий сумматоры, интегратор, релейные элементы, входную и выходную клеммы.

Устройство относится к классу автоколебательных частотно-широтно-импульсных (ЧШИМ) преобразователей интегрирующего типа, обладает высокой помехоустойчивостью и точностью работы, что обусловлено замкнутым характером структуры MP и наличием интегратора в прямом канале регулирования.

Однако известное техническое решение обладает ограниченными функциональными возможностями и низкой кратностью резервирования при его использовании для управления силовыми преобразователями.

Известен многозонный интегрирующий регулятор (MP) (А.с. 1283801 СССР, G06G 7/12, Развертывающий преобразователь / Цытович Л.И. (СССР). - №3945653/24, заявлено 22.05.85, опубл. 15.01.87, бюл. №2), содержащий сумматоры, группу параллельно работающих интеграторов, нечетное число релейных элементов, и который по составу функциональных блоков и связям между ними является наиболее близким к предлагаемому техническому решению.

Устройство-прототип характеризуется высокой надежностью в работе при единичных отказах релейных элементов и относится к классу систем с самодиагностированием активных компонентов схемы и автоматическим вводом в работу работоспособных элементов (Цытович Л.И. Многозонный развертывающий преобразователь с адаптируемой в функции неисправности активных компонентов структурой // Приборы и техника эксперимента. - М.: АН СССР, 1988. - №1. - С. 81-85).

Недостатком MP-прототипа является то, что при переходе на резервный канал регулирования частота его автоколебаний уменьшается, что соответственно влечет за собой ограничение полосы пропускания MP.

В основу изобретения положена техническая задача стабилизации частоты несущих колебаний при отказах релейных элементов и тем самым сохранение требуемой полосы пропускания MP.

Многозонный интегрирующий регулятор содержит последовательно включенные источник сигнала управления, первый сумматор, интегратор, выход которого подключен к информационным входам группы из n-го числа релейных элементов, причем n≥3 - нечетное число, выходы которых соединены с входами второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора и соединен с выходной клеммой устройства, при этом n-1 из числа релейных элементов содержат управляющие входы, и ОТЛИЧАЕТСЯ от известного тем, что в него введены дешифратор и n-е число блоков диагностики, состоящих из последовательно включенных делителя частоты на 2,0, пропорционально-дифференцирующего звена, демодулятора и порогового элемента, причем вход делителя частоты на 2,0 соединен с выходом соответствующего релейного элемента, выходы пороговых элементов подключены к соответствующему входу дешифратора, а выходы дешифратора соединены с соответствующими управляющими входами релейных элементов.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что в MP введены дешифратор и n-е число блоков диагностики, содержащих последовательно включенные делитель частоты на 2,0, пропорционально-дифференцирующее звено, демодулятор и пороговый элемент, причем вход делителя частоты на 2,0 соединен с выходом соответствующего релейного элемента, выходы пороговых элементов подключены к соответствующему входу дешифратора, а выходы дешифратора соединены с соответствующими управляющими входами релейных элементов. При этом в случае отказа ведущего релейного элемента происходит уменьшение частоты несущих колебаний MP, что фиксируется соответствующим блоком диагностики. Это изменяет код на входах дешифратора, который формирует на управляющем входе соответствующего релейного элемента сигнал, под действием которого порог переключения релейного элемента уменьшается, а частота выходных импульсов MP сохраняется на изначально требуемом значении.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - структурная схема предлагаемого устройства;

фиг. 2, фиг. 3, фиг 5 - временные диаграммы сигналов MP;

фиг. 4 - таблица кодовых состояний MP.

В состав MP (фиг. 1) входят первый 1 и второй 2 сумматоры, интегратор 3, группа релейных элементов (РЭ) 4-1, 4-2,…4-n, блоки диагностики 5-1, 5-2,…5-n, в состав которых входят делитель частоты 6, пропорционально-дифференцирующее звено 7, демодулятор 8 и пороговый элемент 9, дешифратор 10, входная 11 и выходная 12 клеммы.

Перечисленные элементы имеют следующие характеристики.

Сумматоры 1, 2 выполнены с единичным коэффициентом передачи по каждому из входов.

Интегратор 3 реализует передаточную функцию вида W(p)=1/Tp, где Т - постоянная времени. Знак выходного сигнала интегратора 3 инвертирован по отношению к знаку выходного сигнала сумматора 1.

Релейные элементы 4-1, 4-2,…4-n имеют неинвертирующую петлю гистерезиса с порогами переключения, удовлетворяющими начальному условию |±b1|<|±b2|<…|±bn|, где индекс при «b» соответствует индексу релейного элемента, входящего в группу 4. Информационные входы релейных элементов 4-1, 4-2,…4-n подключены к выходу интегратора 3. При наличии сигнала логической «1» на управляющих входах релейных элементов 4-2,…4-n, которые подключены к соответствующим шинам дешифратора 10, порог переключения соответствующего релейного элемента становится равным ±b1. Выходной сигнал всех релейных элементов меняется дискретно в пределах ±А/n, где n≥3 - нечетное число, соответствующее количеству релейных элементов в MP.

Блоки диагностики 5-1, 5-2,…5-n имеют идентичную структуру.

Делитель частоты 6 имеет коэффициент 2,0 и переключается, например, по переднему фронту выходных импульсов соответствующего релейного элемента 4-1, 4-2,…4-n.

Пропорционально-дифференцирующее звено 7 имеет передаточную функцию вида W(p)=T1p/(T2p+1), где T1, T2 - постоянные времени, и передает на выход только переменную составляющую выходных импульсов делителя частоты 6, причем с минимальными искажениями во всем рабочем диапазоне частоты автоколебаний MP. При этом для постоянной составляющей выходного сигнала делителя частоты 6 коэффициент передачи пропорционально-дифференцирующего звена 7 равен нулю.

Демодулятор 8 осуществляет выпрямление переменного выходного сигнала пропорционально-дифференцирующего звена 7.

Пороговый элемент 9 выполнен с порогом включения +С, при достижении которого пороговый элемент 9 переключается в состояние логической «1».

Дешифратор 10 преобразует входной код, например двоичный, с выходов блоков диагностики 5-1…5-n в сигнал «1», который подается на соответствующие управляющие входы релейных элементов 4-2…4-n.

Принцип работы MP следующий.

Ограничимся числом n=3. Тогда выходной сигнал каждого из релейных элементов 4-1, 4-2 и 4-3 будет меняться дискретно в пределах ±А/3.

При включении MP и нулевом значении входного сигнала релейные элементы 4-1, 4-2 и 4-3 ориентируются произвольным образом. Интегратор 3 переходит в режим сканирования состояний РЭ 4-1, 4-2 и 4-3, по завершении которого в режиме автоколебаний всегда оказывается релейный элемент с наименьшим значением порогов переключения, в данном случае РЭ 4-1. Остальные РЭ находятся в статическом и противоположном по знаку выходного сигнала состоянии, когда их суммарный выходной сигнал равен нулю (фиг. 2г, д).

Если входной сигнал на клемме 11 находится на уровне XBX<А/3 (фиг. 2а), то MP работает в первой модуляционной зоне, ограниченной пределами ±А/3 (фиг.2 е). В интервале t1(1) (фиг. 2е) темп изменения выходного сигнала интегратора 3 (фиг. 2б) определяется разностью выходного сигнала на клемме 12 и входного воздействия на клемме 11. После переключения РЭ 4-1 (фиг. 2в) скорость нарастания сигнала на выходе интегратора 3 возрастает (фиг. 2б), так как на сумматор 1 действует сумма входного и выходного воздействий (фиг. 2а в, е, интервал t2(1)).

Предположим, что в момент времени t1 входной сигнал увеличился дискретно до величины, находящейся в пределах -А/3… -2А/3 (фиг. 2а). Тогда выходной сигнал интегратора 3 (фиг. 2б) продолжает нарастать в положительном направлении до тех пор, пока не произойдет переключение релейного элемента 4-3 (фиг. 2д, момент времени t3), что вызывает переход выходного сигнала сумматора 2 во вторую модуляционную зону (фиг. 2е), ограниченную величинами А/3…2А/3. Здесь длительность импульсов t1(2) и t2(2) также определяется суммой либо разностью входного и выходного сигналов MP (фиг. 2а, в, е). В результате в любой из модуляционных зон среднее значение выходных импульсов MP за период автоколебаний достигает величины, пропорциональной входному сигналу.

Если в момент времени t2 (фиг. 2а) входной сигнал MP вновь увеличился до значения большего, чем 2А/3, то длительность импульса положительной полярности на выходе релейного элемента 4-1 и выходной клемме 12 становится больше длительности импульса отрицательной полярности (фиг. 2в).

Рассмотрим работу MP при катастрофических отказах его элементов. Считаем, что рабочий диапазон изменения входного сигнала соответствует первой модуляционной зоне, т.е. |XBX|<|А/3| (фиг. 3а).

Предположим, что в момент времени t1 РЭ 4-1 перешел в неуправляемое состояние -А/3 (фиг. 3в, пунктир). Тогда выходной сигнал интегратора 3 продолжает нарастать в положительном направлении до тех пор, пока в момент времени t2 (фиг. 3д) не переключится РЭ 4-3, который до этого находился в состоянии -А/3. В результате выходной сигнал -А/3 неработоспособного РЭ 4-1 (фиг. 3в) компенсируется сигналом +А/3 с выхода РЭ 4-3 (фиг. 3д). Это приводит к тому, что направление изменения выходного сигнала интегратора 3 меняется на противоположное (фиг. 3б) и, начиная с момента времени t2 (фиг. 3г), режим автоколебаний возобновляется в канале РЭ 4-2. Таким образом, сохраняется работоспособность MP, но частота его автоколебаний уменьшается, так как |b2|>|b1|. Соответственно снижается полоса пропускания MP.

Для устранения отмеченного недостатка в MP введены блоки диагностики 5-1…5-n, дешифратор 10, а РЭ 4-2…4-n выполнены с управляющими входами.

Блоки диагностики 5-1…5-n работают следующим образом.

Делитель частоты 6 формирует на выходе биполярные импульсы со средним нулевым значением, частота которых в два раза ниже частоты выходного сигнала РЭ 4-1. Пропорционально-дифференцирующее звено 7 передает импульсы с выхода делителя частоты 6 практически без искажений. С помощью демодулятора 8 переменный выходной сигнал пропорционально-дифференцирующего звена 7 выпрямляется, а пороговый элемент 9 переключается в состояние «1». Таким образом, сигнал «1» на выходе блока диагностики 5-1…5-n свидетельствует о наличии режима автоколебаний в канале соответствующего релейного элемента.

В дальнейшем выходному сигналу РЭ 4-1 присваиваем значение Q0 младшего разряда двоичного кода, а РЭ 4-3 - значение Q2 старшего разряда двоичного кода (фиг. 4). Тогда исправному состоянию MP соответствует десятичное число 1, а неисправным состояниям - 2 либо 4 (фиг. 4).

Рассмотрим работу MP с учетом блоков диагностики 5-1…5-n (фиг. 5).

После выхода из строя РЭ 4-1 (фиг. 5в, момент времени t1) и переключения РЭ 4-3 в состояние А/3 (фиг. 5д, момент t2) в режим автоколебаний входит РЭ 4-2 (фиг. 5г, момент t2). Блок диагностики 5-1 переходит в состояние «0», а сигнал «1» появляется на выходе блока 5-2, под действием которого в момент времени t4 (фиг. 5б) реализуется условие |b2|=|b1|. Частота автоколебаний MP и его полоса пропускания принимают исходное значение.

Необходимо обратить внимание на необходимость выполнения следующих условий:

- для повышения надежности работы MP необходимо звенья 7, 8, 9 выполнять на пассивных элементах (R-C-цепи, диоды, стабилитроны) с достаточным запасом по эксплуатационным характеристикам;

- интегратор 3 реализуется на базе параллельного включения нескольких интеграторов на операционных усилителях, либо путем применения пассивного R-С-«интегратора». При использовании операционных усилителей напряжение их питание должно составлять не более 75% от номинального значения;

- сумматор 2 должен быть реализован на пассивных R-сумматорах (сумматор 1 является виртуальным, так как представляет собой суммирующую точку MP).

Таким образом, введением в MP блоков диагностики 5-1…5-n и дешифратора 10 обеспечивают стабилизацию частоты несущих колебаний при отказах релейных элементов и тем самым повышают динамическую точность MP.

Многозонный интегрирующий регулятор, содержащий последовательно включенные источник сигнала управления, первый сумматор, интегратор, выход которого подключен к информационным входам группы из n-го числа релейных элементов, причем n≥3…нечетное число, выходы которых соединены с входами второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора и соединен с выходной клеммой устройства, при этом n-1 из числа релейных элементов содержат управляющие входы, отличающийся тем, что в него введены дешифратор и n-ое число блоков диагностики, содержащих последовательно включенные делитель частоты на 2,0, пропорционально-дифференцирующее звено, демодулятор и пороговый элемент, причем вход делителя частоты на 2,0 соединен с выходом соответствующего релейного элемента, выходы пороговых элементов подключены к соответствующему входу дешифратора, а выходы дешифратора соединены с соответствующими управляющими входами релейных элементов.



 

Похожие патенты:

Изобретение используется в электротехнике - преобразовательной технике. Технический результат - снижение потерь энергии и электромагнитных помех.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии на магнитных подшипниках. Технический результат заключается в повышении точности и надежности управления магнитным подшипником.

Изобретение относится к электрическим автоматическим регуляторам. Техническим результатом является повышение точности управления техническими устройствами с электроприводом постоянного тока за счет снижения отклонения от заданной скорости вращения двигателя.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для обработки позиционными электроприводами заданных программ перемещения.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в роторных механизмах на электромагнитных опорах. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для обработки позиционными электроприводами заданных программ перемещения.

Регулятор // 2427868
Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в системах управления технологическим процессами в промышленности, теплотехнике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для отработки позиционными электроприводами с упругим валопроводом заданных программ перемещения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в промышленных установках для отработки позиционными электроприводами с идеальным валопроводом заданных программ перемещения.

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления электроприводами для преобразования аналогового напряжения в код. Техническим результатом является совмещение в одном устройстве преобразования входного напряжения в цифровой код с выполнением определенной математической операции, ускорение и упрощение обработки информации с различных датчиков, выходной сигнал которых имеет нелинейную зависимость от входной величины. Устройство содержит генератор тактовых импульсов, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, компаратор, два набора резисторов, ключи. 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в роторных механизмах на электромагнитных опорах. Техническим результатом является повышение быстродействия и динамической точности электромагнитного подвеса ротора. В системе управления электромагнитным подвесом ротора каждый канал содержит датчик (1) положения ротора, интегральный регулятор (2), пропорциональный регулятор (3), дифференцирующее звено (4), пропорционально-дифференциальный регулятор (5), силовой преобразователь (6), два электромагнита (7 и 8), блок (9) задания, пропорциональное звено (10), блоки (11 и 12) вычитания, блок (13) выделения знака, регистр (14), сумматор (15) и мультиплексор (16). 4 ил. .

Изобретение относится к автоматическому регулированию. Технический результат - повышение качества процессов управления в различных системах автоматики. Регулирующее устройство содержит два интегратора, сумматор, нелинейный функциональный элемент, усилитель, нормально разомкнутый управляемый ключ и нормально замкнутый управляемый ключ. Второй интегратор имеет большую постоянную времени, чем первый. Нелинейный функциональный элемент имеет характеристику где x - входной сигнал устройства; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы; x0 - пороговое значение. 4 ил.

Изобретение относится к автоматическому регулированию. Технический результат заключается в повышении качества регулирования путем уменьшения выходного сигнала интегратора при переходных процессах и повышения точности за счет гарантированного сохранения астатического регулирования. Для этого обеспечивается малый коэффициент передачи интегратора в течение переходного процесса, при длительном действии больших нагрузок статическая ошибка всегда интегрируется, т.е. происходит астатическое регулирование. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выбора оптимального по точности режима работы электрического двигателя. Технический результат - увеличение точности управления за счет применения эффективного математического метода решения обратных задач. Устройство содержит: блок хранения констант; первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый блок произведения; блок возведения в степень (-1); первый, второй, третий, четвертый блок сложения; первый, второй, третий блок модуля; блок деления; блок формирования знака выражения; первый, второй, третий блок инверсии; первый, второй блок интегрирования; блок производной; блок вычитания. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с асинхронными исполнительными двигателями. Техническим результатом является повышение быстродействия следящего электропривода с асинхронным исполнительным двигателем. Следящий электропривод (фиг. 1) содержит блоки 1 и 2 задания, интегральный регулятор 3, пропорциональный регулятор 4, блок 5 деления, регуляторы 6 и 7 тока, преобразователь 8 координат, блок 9 дифференцирования, блок 10 интегрирования, сумматор 11, силовой преобразователь 12, асинхронный электродвигатель 13 с исполнительным механизмом 14, датчик 15 тока, датчик 16 положения и пропорционально-дифференциальный регулятор 17. Предлагаемый электропривод позволяет повысить быстродействие следящих систем с асинхронными исполнительными двигателями. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в нагнетателях, компрессорах, турбодетандерах газоперекачивающих агрегатов с тяжелыми роторами горизонтального исполнения массой, например, не менее 900 кг. Техническим результатом является обеспечение низкого уровня вибрации, высокого быстродействия. В системе автоматического управления электромагнитным подвесом ротора каждый канал содержит датчик положения ротора (1), блок задания положения вала (2), элемент сравнения (3), блок обработки сигнала вибрации (4), пропорциональный (5), интегральный (6), дифференциальный (7), пропорционально-дифференциальный (8) регуляторы, элемент сравнения (9), пропорциональный регулятор тока (10), датчик тока (11), силовой преобразователь (12) и два электромагнита (13 и 14). Выходное значение датчика положения ротора (1) вычитается из значения блока задания (2) положения ротора в элементе сравнения (3). Разница подается на вход блока (4) обработки сигнала вибрации, выходной сигнал которого подается одновременно на входы пропорционального (5), интегрального (6) и дифференциального (7) регуляторов. Сумма выходных значений регуляторов (5, 6, 7) подается на вход пропорционально-дифференциального регулятора (8), из выходного значения которого в элементе сравнения (9) вычитается значение силы тока, измеренного датчиком тока (11) в обмотках электромагнитов (13, 14). Разница подается на вход пропорционального регулятора тока (10), выход которого соединен с входом силового преобразователя (12), к выходу которого подключены обмотки электромагнитов (13 и 14). 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх