Многоканальный импульсный регулятор

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ " 565283

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид ву— (22) Зая|влено 27.12.74 (21) 2089511/24 с присоединением заявоои №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 15.07.77. Бюллетень № 26 (45) Дата опубликования описания 30.11.77 (51) М.Кл. G 05B 11/36

ocyp,врствеииый комитет

Совета Мииистров СССР по делом изооретеиий и открытии (53) УДК 62-50(088,8) (72) Авторы изобретения

Г. П. Нагорный и В. И. Шишлов (71) Заявитель Томский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к многоканальным электронным импульсным регуляторам, Используемым .в различных отраслях,промышленности (химической, металлургической, энергетической) при автоматизации объектов с большим числом регулируемых параметров.

Известен многоканальный импульсный регулятор, построенный по принципу обегания.

Он содержит общие для всего комплекса обегающее устройство, электронный усилитель, блок дистанционного управления и индивидуальные,для каиодого канала первичные приборы, измерительные блоки и исполнительные механизмы.

Недостатком,да нного регулятора является наличие запаздьивания, что не поз валяет о беапеч ить требуемое качество:процессов регули рования нестационарных объектов. Кроме того, данный регулятор не .позволяет изменять параметры настройки во время переход ного процесса. ,Наиболее близким к п редла гаемому является многоканальный импульсный регулятор, содержащий датчики параметра и нуль-орган, входы которого пс дключены к источнику эталонного сигнала и генератору раз вертывающего аигнала, а выход через вентиль, второй вход которого соединен с,генератором такто вых им пульсов, подсоединен к счетчику.

Данный регулятор обладает, достаточным

2 быстродействием, но он не позволяет;изменять закон формирования управляющих воздействий в завиоимости от режима работы объекта, а также изменять параметры настройки каналов .регулирования во время переходного процесса и не согласуется с цифровой вычислительной машиной (ЦВМ).

Цель изобретвния — расширение области етрименен ия регулятора —,достигается,в пред10 лагаемом регуляторе тем,:что он содержит блоки фориирования регулирующих воздействий, при инвертора и пять схем сравнения, выход первой из Kотоipыx непосредственно и через пер вый инвертор, выход второй и чет15 вертой непосредственно, а выход третьей и пятой через tBTopoH и третий инверторы соединены с соопветст вующими входам|и блоков формирования регулирующих воздействий, а параллельные входы схем сравнения подклюоп чены:к соответствующим выходам счетчика.

Блок формирования регулирующих:воздействий содержит два триггера, шесть элементов

И, четыре элемента задержки, два элемента

ИЛИ, иивертор и суему сра(внения. Выход

25 втоследней подключен через инвертор к iaep вым входам первого, третьего и пятого элемента в И и непосрвдственно к перовым входам

IBToporo, четвертого и шестого элементо в И. Выходы,перьвого и второго элементов И сое30 чинены с входами перьвого триггера, первый

565283 выход которого подключен 1к .первому входу первого элемента ИЛИ и через первый элемент задержки к второму входу первого элемента И, второй .выход подключен,к второму Входу пятого элемРнта I 1 и через iBTopoH элемент задержки к второму входу;второго элемента И, Выходы третьего и четвертого элементов rH соединены с входами второго триггера, первый выход которого подключен к второму входу шестого элемента И и через третий элемент за дар?к1ки к второму вхору третьего элемента И, второй выход подключен к первому .входу второго элемента ИЛИ и через четвертый .элемент .задержки к второму входу четвертого элемента И. Вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены с выходами соответственно пятого и IIIeстого элементов И.

На фиг. 1 показана схема регулятора; на фиг. 2 изображены графики осно виых релейно-им1пульсных законов регулирования, реализуемых регулятором.

Регулятор содержит генератор 1 раз вертывающего сигнала,,датчики параметра 2, нульорган 3, источник 4 эталонного сигнала, счетчик 5, вентиль 6, генерато|р 7 та ктовых импульсо в, схемы 8 — 1 2 сравнения, янверторы

13, 14 и 15, схему,16 сравнения,,инвертор 17, элементы И 18 — 21, триггеры 22 IH 23, элементы,задер?к1ки 24 — 27, элементы И 28 и 29, эле,м е нты ИЛ И 30 и 31.

Алгоритм работы регулятора основан па методе динамической компенсации.

Алгоритм предусматривает п реобразова.ние амплитуд си гнало в,датчиков в,длительность времен ного интервала путем сравнения их а1бсолютных значений хь х, ..., х „с раз,вертывающим сигналом S(t), изменяющимися от О до S,„. èëè наоборот. В,моменты равенства развертывающего сигнала значениям сигналов,датчиков х, — S(il) = О, х2— — S(t2) = 0>..., х „— S (,t ) = О. Одно)временно сравнивают эталанный сигнал, заданной амплитуды А с раз вертывающим оигналом А 5.(4) = О.

При линейной развертывающей функции

S(t) = (xt интервалы времени, динамической компенса1ции сигналов прямо пропорциональх; А ны сигналам датчиков; 1; =, 4 =, а разность меж1ду интервалом времени t; и реперным временным интервалом 4 прямо пропорциональиа отклонению у.

At;=t; — 4= (х; — А) = у, 1 1 а а Преобразуя входные сигналы х„и эталонный сигнал А,в длительности .временных интервалов,и сравнивая их между собой, можно осуществить выра бот1ку уп1ра вляющ их воздействий на исполнительные механизмы согласно следующему выражению, отображающему характеристи1ку идеального двухпозицио нного реле, 4 —,— У при ;) 4 — У при t ;(4.

Для реализации характеристики,идеально5 l o Грехпоз иционното pp IB o 30HoH тел ьности е необходимо фо1рмирс1вать два реперных интервала 1,+- и 1„, а для реалыного трехпозиционного |реле с коэффициентом возврата или для .петлевой характер истHKH с опережением нео1бходимо формировать четыре реперпых интер вала, соответству- ющие границам срабатывания 3 "-- и и Границам огпуокания t + и 1 (— — - (А +- e) t - - (A + 6)

1 1 а а

ПрОИЗ ВОдя СраВНЕНИЕ ИНтЕрВаЛа t; С rBrpQменными интервалами t+ и 1-- и осуществляя одновременно логическое сравнение и исключение событий при t ) / ) t и т..п., получают регулиру1ощ ие воздействия в соответствии с одним из следующих законов: вЂ, — U

1/.: 0 у) е — е(у(е —, - Ь

Π— U у) е — 6(у(е у )Î

y(— 6

ЗО

1 — е(у(6 у (О.

y(— е

1 — U

U при

+ ЛУ при е (

0 прп <у< (е.

Алгоритм работы устройства обеспечивает также реализацию релейно-импульсной характеристики (фиг. 2е), предусматривающей выработ|ку релейного управляющего сигнала

65 при отклонениях, п ревышающих зону нечувПри управляемых значениях границ сраоатывания и отпускания получают в сооТ ВрТствии с,данным алгоритмом любую из семейства .релей11ых хара1ктеристик, изображенных

40 па фиг. 2, в том числе и петлевую ха,рактеристику с опережением, а также импульсно-,релейные характеристики без 1перестройки структуры 1пра вляющего устрой сма. Для реализации .петлевой характеристики с опере4г жением 1достаточно задать величину границы отпу:кания больше величины границы срабатывания. Однако в системе с опережающей петлевой характеристикой имеется BbIpo?KIIåíный режим для рассогласований, находящихся в зоне, между гра ницами срабатывания и отпускания. Для обеспечения обработки рассогласования до величины AU алгоритм предусмат ривает импульсный режим работы в этой зоне и реализацию релейно-импульоното закона, описываемого соотношением, 565283 стзительпости, и импульсных регулирующих воздействий пр IMQ протюрционально QTкло|нению при отклонениях, находящихся в зоне нечузст|вительности, Это позволяет сущест|венно повысить точность регулирования.

В исходном состоянии развертывающий сигнал S(tf с выхс{да генератора 1:заведо|мо больше возможных значений сигналов,датч|иков 2. Сигналы с выходов нуль-органа 3 и схемы сравнения 16 отсутст|вуют: на их,выходах действует логический ноль. Вентиль б закрыт и нм|пульсы с генератора 7 не,проходят па счетчик 5. На |выходах схем сра|в непия 8 — 12 дейст вует логичеок{ий ноль, а на выходах ин|верторов 13, 14, 15 — логическая единица, На третьих входах элементов,И

18 — 21 действует логический ноль, но на первых входах элементов И 19 и 21, а также на вторых {вхсдах элементов И 18 и 20 действует сигнал «единица», На выходах элементов И

18 — 21, работающих на совпаде|ние логических нулей, сигналы .отсутствуют. На выходах триггеров 22, 23, |элементов И 28, 29 и {элементов ИЛИ 30, 31 блока 32 формирования регулирующих воздейст|зий сигналы также отсутствуют.

В,процессе изменения разве|ртывающего сигнала,по закону S(t) = с — at |в;моменты равенства его значениям сигналов |датчико|в рабатывают соответствующие схемы сравнения 16. При этом на ее выходе устана|вливается логиче"кая е|дини|ца, а на выходе подключенного,к |ней инвергора 17 — логичесюий ноль. В этот момент в,каналах с положительным рассогласо|ванием происходит совпа{дение логическ{их нулей, снимаемых с |выхода блока формиро|вания границ по шине +е и с выхода инвертора 17,|иа входах элемента И 18.

На |выходе,элемента И 18,появляется сигнал, который переводит триггер 22 в раоочее состояние и формирует регулирующее воз|действие па Hcifio;IHHTeëüíûé механизм по шине В.

Одновременно сраоатывает элемент И 20, выход которого подключен к входу «сброс» триггера 23. Сигнал c.элемента И 20 удерживает триггер 23 в исходном состоянии или пере|водит его в исходное состояние, если он ранее находился |в,рабочем состоянии.

|При дальнейшем изменении развертывающего напряжения,з момент расзенства ето эталонному сигналу источника 4 срабаты|вает нуль-орган З,,который отк|рывает |вентиль 6, :четчик 5 начинает заполняться тактовыми им|пульсами частоты tp. В момент, заполнения счетчика определенным количеством им{пульсов N, Ж "", N -, Л его ко|д совпадает с кодом, устано|вленным на входе соответствующей схемы сра|внения 8 — 12. В процессе заполнения счетчика срабатывают схемы |сравнения 8 — 12 и формируют реперные |временпые,интер|валы 1-{-*, t ..;1,,,Р, / -, 1, которые за|дают зо |времени границы сра|батывания и отпускапия, общие для .всех каналов мнсгоканального |регулятора. Значения границ срабатывания и отпуокания, а следовательно, H,длительности ре{перных |временных ингервалов задаются в виде кодовых ком|бипаций па входах схем ссипа|дения кодо|в и |регулируются,посредством ЦВ. 1.

Сигналы посту|пают о|д|новременно на все блоки 32 формирования регулир ющ|их |воздействий по шинам -,-е, — е, О, О, +6, — б, где они сравниваются в импульсной форме на входах элемента|в 11 18 — 21 с соответствую10 щими сигналами, пс тупающими со схем сра|внения 16. Есл|и интер|вал со схемы сра|внения 16 м-ньше интервала границы срабатывания, t; (t, то в момент прихода сигнала «О» с инвертора 17 на третьем в|ходе элемента И 18 действует сигнал «О», {постуспающий с блока формировап1111 границ |по шине

+е,, элемент И 18 вырабатыгаст импульс, который переводит триггер 22 в рабочее состояние, и на выходе в .данном канале;поя|в20 ляется сигнал упра вления.

Если сигнал датчика находится,в зоне нечувствительности и /1 ) t ", то в момент прихода сигнала «О» по шине - - б действует сигнал «1» и импульс у{яра|вления не форми25 руется. На Вход элемента И 19 прихода сигнала «О» .по шине +б;действует сигнал «О» со схемы ора|внения 16, что приводит к формированию им{пульса об|роса pp{HK гера в походное состояние. Одно|временно

30 срабать{зает элемент И 20, который формирует им пульс сброса на триггер 23.

Если интервал со схемы ора|внения,16 больше реперного интервала границы срабатывания, t; ) t то в момент прихода сиг35 нала «О» по ши|не — е на выходе схемы сравнения 16 действует сигнал «О». Элемент И 21 вырабатывает импульс, который |переводит триггер 23 в ра|бочее состояние. В канале формируется положительное у{правляющее

4{) воздействие. Одновременно с|рабатывает элемент И 19,,который фо|рмирует им|пульс сброса 11а триггер 22. При этом,в регуляторе полностью исключает|ся,возможность одно|временного появления положительного и отрица45 тельного у{празляющего воздействия на исполнительные механиз|мы, так как íà пер|вый вход одного из тр|иггеров,поступает ситнал

«за{пуок», одновременно на второй |вход другого триггера поступает сигнал «сброс».

59 Таким сбразом, за ци|кл развертки осущест|зляется {преооразование сигналов,датчико|в во временной интервал во .всех каналах и

f1fopif HpcaaIfIfe управляющих |воздействий порсдcTBoì анализа послсдователыюсти событий с {номощо лсгичеаких схем в cooT|ветствии с описап{{ым алгоритмом.

В момент равенства разве|рты|вающего напряжения нулю генератор 1 вырабатывает импульс, который осуществляет,возврат счетчика 5,в исходное состоя {ие. З,алее напряжение Генератсpa I скач . и изменяется до сВоеl о 1{е|ибс II:file." э .Iaч=-пия и все э 1ементы схемы |з-.зера|ща{от я г исходное coстояние, кро;1cс триггеров 22, 23, которые могут менять

65 сЕос cccToH1f. fe только прп измспепп1 сигпа565283

10

Зо

7 лов рассогласований. Начинается новый цвкл и т. д,,процесс продолжается аналогично.

Рассмотренный основной контур регулятора позволяет при варьировании границами срабатывания формировать без перестройки устройства любую из семейства релейных хара кте рнстик, изоб ражеяных на графиках а, б, в, лс, з, к фиг. 2.

Схемное построение регулятора позволяет синхронно управлять .параметрами каналов регулирования как вручную, так и автоматически от цифровых информационно-|вычислительных систем, причем как прои изменении режима, работы объекта, так и непосредсввенно во время, переходных, процессов, При этом обеспечивается строгая идентичность ха|рактеристик:канало в регулирования и высокая точность за дания их,па раметров, что позволяет использовать регулятор в системах прецизи-, онного,регулирования.

Дополнительные элементы И 28, 29, входы которых подключены к шинам О, О блока формирования границ, к выходам схемы сравнения 8 и,вторым выходам соопветствующих триггеров 22, 23, формируют в цикле развертки импульсные сигналы, п|ропорциональные отклонениям. На iBxo.iIax элементов 18 — 21 сравнивается инте рвал, соответствующий сигналу за данной ам|плиту ды А, с интервалом, формируемым схемой сравнения 16. При отклонениях, превышающих зону нечувсгвительности, срабатывают триггеры 22, 23, и на выходе элементов И, 28, 29 иипульсы исчезают. С BbIxopa элементов ИЛИ 30, 31 получают релейный сигнал IIIpH отклонениях, пре вышающих зо ну нечувствительности, и импульсы, пропорциональные отклонениям, при отклонениях, величина которых не превышает зону нечувствительности (см. фиг. I2 г, д, е).

Введение импульсного регулирования в зоне нечувствительности поз воляет повысить статическую точность регулирования.

При,работе регулятора в релейно-импульсном режиме с пред|варевием задают величину границы огпускания больше величины границы сра баты вания:и подключают;контур о братной связи с выходов триггеров 22, 23 через элементы задержки 24 — 27,к входам элементо,в И 18 — 21.

В исходном состоянии с элементов задержки на входы элементов И 18, 21,приходят логичеоиие нули, а на входы элементов И

19, 20 — логические единицы.

При работе основного контура, как и в ранее описанном случае, формируется упра вляющий сигнал. В момент перехода, например, триггера 22 в новое состояние на выходе элемента задержки 24 появляется сигнал— логичеокая единица, а через время задержки на входе элемента И 19 — логический нуль.

Если сигнал рассогласования меньше границы огпускания, то элемент И 19 срабатывает и возвращает триггер 22 в исходное состояние. Сигнал с первого выхода триггера 22 поступает на схему задержки 24 и через время задержки т на:входе элемента И 18 появляется логический нуль. Если сигнал датчика 2 больше границы срабатывания, то триггер 22 снова срабатывает и т. iä. Процесс выработки управляющих сигналов с заданным пориодом псвторения .продолжается,до тех псар, пока сигнал рассоглаcîBàiíHÿ не войдет IB зону нечувст вительности B.

При больших сигналах рассогласований, превы шающ|их величину границы отпуска ния, с .выхода имеют постоянное регулирующее .воздействие. Характеристика релейно-им пульоного зве на изоб ра жена на ф,иг. 2, л.

Применение изобретения дает,значительный эффект .при а вто матизац ии объекто в с большим числом регулируемых координат, а также объектов, требующих применения нескольких закс нов управления и изменения алгоритма в управления во время технологического, процесса при изменении режимов работы. Кроме того, он может использоваться 8 комплекте аналоговых вычислительных машин и аналого-цифровых комплектов в качестве mIIoiBoI.O блока, вос дроизво дящего семейство релейных и релейно-импульсных характеристик, с,помощью которото может производиться моделирование нелинейных многосвязных систем из веспными метсдами. В данном случае существенно уменьшается объем операционной аппаратуры аналого вой машины, .необходимой для воапроизведения нелинейных характеристик.

Формула изоб р етени я

1. Многоканальный импульсный,регулятор, содержащий датчик IIapaMeIIpa, нуль-орган, входы которого подключены к источнику эталонного сигнала .и генератору fpaaIBBpтывающего сигнала, а выход через вентиль, второй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, подсоединен z счетчику, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регулятора, он содержит блоки формирования регулирующих воздействий, три инвертора и пять схем сравнения, выход первой из которых непосредственно и через первый инвертор, выход второй и четвертой непосредственно, а выход третьей и пятой через второй и третий инверторы соединены с соответствующими входами блоков формяро вания регулирующих воздейсввий, а параллельные входы схем сравнения подключены к соогвегсгвующим BbIxopaм счетчика. .2. Многоканальный импульсный регулятор по п. 1, отл и ч а ю щи и ся тем, что блок формирования регулирующих воздействий содержит два триггера, шесть элементов И, четыре элемента задержки, два элемента ИЛИ, инвертор и схему сравнения,IBbIxoд которой подключен через HHB&pòoð к первым входам первого, третьего и пятого элементов И и непосредственно,к пер вьем входам второго, четвертого и шестого элементов И, выходы первого и второго элементов И соединены с входами

9 первого триггера, первый выход, которого подключен к первому входу первого элемента

ИЛИ и через, первый элемент задержки квто,рому входу перьвого элемента И, второй выход подключен к |второму входу пятого элемента И и через, второй элемент задержки к второму входу вто рого элемента И, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами второго приггера, первый выход,ко10 торого подключен к второму входу шестого элемента И и через третий элемент задержки к второму входу третьего элемента И, второй выход псд ключен к первому входу второго элемента ИЛИ и через четвертый элемент задержки к второму .входу четвертого элемента И, вторые входы первого и второго элементов ИЛИ соединены с выходами соответственно .пятого и шестого элементов И.

Фиг.1

Редактор Г, Юрчикова

Составитель Е Политов

Техред В, Рыбакова Корректор Л. Денискина

Заказ 6249 Изд, № 585 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

МОТ, Загорский филиал