Устройство для автоматическогоуправления об'ектами c tpahc- портным запаздыванием

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ о>796789

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву 9 591811 (22) Заявлено 12. 02. 79 (21) 2726569/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.01.81. Бюллетень É9 2

Дата опубликования описанию 18.0181 (51) м. к.

G 05 B 11/01

ГосударственныМ комитет

СССР

Ilo делам и зобретеи и и и открытий (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

И. Н. Михальченко, A. У. Ялышев, Л. П. Дмнтраков и Ю. С. Малхазов

Государственный научно-исследовательский институт теплознергетического приборостроения (71) Заявитель

% (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

ОБЪЕКТАМИ С ТРАНСПОРТНЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ . Я Йъщ щ, Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и может быть использовано для автоматического управления объектами широкого е профиля с транспортным запаздыванием в различных отраслях промышленности.

Известны устройства, содержащие блоки сравнения, интегрирования, дифференцирования, суммирования и логики, которые формируют регулирующее воздействие путем периодического введения в него составляющих, пропорциональных сигналу рассогласования и скорости его изменения, с последующим запоминанием этих составляющих 11 и (2g.

Недостатком таких устройств является низкое качество управления объектами с транспортным запаздывани ем, обусловленное тем,. что длительность введения в управляющее воэдей» ствие указанных составляющих, а также их величина далеки от оптимальных значений.

По основному авт.св. Р 591811 известно устройство для автоматического управления объектами с транспортным запаздыванием, содержащее блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные первый блок дифференцирования, первый блок вы деления модуля, первый пороговый элемент, а также через последовательно соединенные второй блок выделения модуля, третий блок дифференцирования, второй пороговый элемент непосредственно пбдключен к управляющему входу первого ключа, к управляющим входам второго ключа и переключателя и к первому входу первого блока суммирова" ния, второй вход которого подключен к выходу первого блока дифференциро" вания, а выход через второй ключ связан с первым входом второго блока суммирования, а со вторым его входом — через последовательно включенные первый делитель напряжения и инвертор, вход второго блока дифференЦирования соединен с выходом переключателя, второй вход которого подключен к выходу гервого делителя на" пряжения, третий вход - к выходу второго блока дифференцирования, соединенному с первым входом блока интегрирования, выход блока интегрирования подсоединен к третьему входу вто" рого блока суммирования, выход второго блока выделения модуля подключен ко второму входу второго порогового элемента, а выход блока сравне796789 ния через первый ключ связан со вторым входом блока интегрирования (31 . ()cHoBHoA недостаток этого устройства заключается в том, что оно может работать только с исполнительными меХанизмами пропорционального действия (позиционерами), в то время как н раэ личных отраслях промышленности широко используются интегрирующие исполнительные механизмы (электродвигатели постоя н ной скорости ), для которых требуются регулирующие устройства с импульсным выходным сигналом, т.е. Устройстно обладает узкими функциональными нозможностями.

Другой недостаток устройства — отсутствие регулируемой зоны нечунстви- 15 тельности, которая может оказаться весьма полезной при наличии помех в регулируемом параметре.

Кроме того, устройство не отвечает такому важному требованию, предъянля- 2О емому к современным регулирующим устройствам, как воэможность совместной работы с управляющей вычислительной машиной (УВМ) на один исполнительный механизм.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устрой "тве установлены третий блок суммирования, первый и второй масштабирующие блоки и трехпозиционный релейный блок, первый вход которого соединен с выходом второго блока суммирования, второй вход — с выходом первого масштабирующего блока,а выход через второй масштабирующий блок — co входом первого масштабирующего блока и третьим входом блока интегрирования, второй вход которого соединен с выходом первого, ключа через третий блок суммирования, второй вход третьего Щ блока суммирования соединен с выходом второго блока суммирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства;на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит блок 1 сравнения, первый блок 2 дифференцирования, первый блок 3 ныделения модуля, первый пороговый элемент 4, первый ключ

5, второй блок 6 выделения модуля, второй пороговый элемент 7, второй ключ 8, переключатель 9, первый блок

10 суммирования, блок 11 интегрирования, второй блок 12 суммирования, делитель 13 напряжения, инвертор 14, второй и третий блоки 15 и 16 дифферен- 55 цирования, трехпозиционный релейный блок 17, первый и второй масштабирующие блоки 18 и 19, третий блок 20 суммирования, операционные усилители 2131, потенциометры 32-38, переменные що резисторы 39 и 40, диоды 41-44, конденсаторы 45-48.

На фиг. 2 условно обозначены выходной сигнал 0 „ i-oro блока устройства, эона нечувствительности b.трех позиционного релейного блока 17, постоянная времени интегрирования ь и блока 11 интегрирования по второму

Входу, постоянная времени дифференци рования Lg. блока 2 дифференцировании, коэффициент передачи own устройства, длительность выходных импульсов tn, постоянная времени 0 второго блока 16 дифференцирования, коэффициент передачи К „ дифференцирующего блока 16, опорное напряжение U „ сигнал задания X „ e n eM p Me p X, уп— равляющий сигнал У.

Устройстно работает следующим образом.

На вход блока 1 сравнения поступают сигналы задания х и регулируемого параметра x„, а на его выходе формируется сигнал рассогласования U>

= Е = x - х, который затем дифференцируется йервым. блоком 2 дифференцирования U = д где сй ас постоянная времени дифференцирования блока 2. На первом блоке 10 суммирования осуществляется сложение сигналов рассогласования 0 и его первой производной U ..

= = +

df (О

Блок 6 выделения модуля, блок 16 дифференцирования и пороговый элемент 7 формируют первую, а блок 3 выделения модуля и пороговый элемент 4 формируют вторую функции переключения, соответственно равные:

d I F и =е =ва и(т — - ц1. и Е =Sign(—, -Ê), dE. где Т вЂ” постоянная времени дифференцирования третьего блока 16 дифференцирования (параметр настройки перной функции переключения, определяющий наклон линии переключения);

Π— сигнал смещения, подаваемый на первый пороговый элемент 4 (параметр настройки второй функции переключения).

Выходные сигналы промежуточных блоков определяются выражениями:

Если первая функция переключения

dial

U8 положительна (Т вЂ” Ц)0), то втоа рой ключ 8 замкнут, а переключатель 9

796789 м

41=ccп((1 0)яач (у.{с) о и где у

Ь=1 U I I суммарная длительность выходных импульсов регулирующего устройства; длительность i-ого выходного импульса; поступает на вход трехпозиционного релейного блока 17 через входное динамическое звено, образованное бло- 25 ком 12 суммирования и последовательно включенными в цепь его отрицатеЛьной обратной связи блоком суммирования 21 и блоком 11 интегрирования, передаточная функция которого имеет вид 30

111

1ОО К in Е т„

t = =k

0 1ОО К 18 «

19 второй ключ 8 разомкнут, а переключаель 9 закорачивает второй блок 15 диф" еренцирования. В момент t t< сменЯ первой функции переключения сигнал на входе второго блока 12 суммирования уменьшается на,величину b.U," (t-u)g(t ), что приводит к появлению на выходе устройства импульса от" рицательной полярности длительностью y (t e,) с4 () Р)" (с ) ° где Ay(t ) — длительность импульса с

° 4 отрицательной полярности, формирующе гося на выходе устройства в момент смены знака первой функции переключения на отрицательный.

При отрицательных значениях второй

l функции переключения U< (t ) — -Cf Ñ"Î) сй. ключ 5 замкнут и на вход третьего находится н положении, при котором на вход второго блока 15 дифференцирования с первого делителя 13 напряжения подается сигнал U1> = О1, где Р— коэффициент передачи делителя 13 напряжения. Суммарный сигнал на втором и третьем входах блока 12 суммирования оказывается равным 01о + 01а =(1- ф )%, а сигнал на его первом входе, обусловленный интегрированием блоком 11 интегрирования выходного сигнала второго блока 15 дифференцирова- 1 ния, равен с я

Ц = Р— dt, 16 dt

Выходной сигнал второго блока 12 суммирования

ti U 1O i О =(1- Р)я+ — dt

1дя

11 1а сь dt где ь4 — постоянная времени интегрирования блока 11 интегрирования по второму входу.

Трехпоэиционный релейный блок 17 охвачен положительной обратной связью через последовательно соединенные вто À 19 и первый 18 масштабирующие блоки, которые определяют ширину петли гистерезиса трехпозиционного релейного блока 17 45

8 = 100

19 19 где (— ширина петлй гистерезиса трехпоэиционного релейного блока 17 (% от входного сигнала).

Сигнал отрицательной обратной связиЯ трехпозиционного релейного блока 17 снимается со второго масштабирующего блока 19 и подается на апериодическое звено, образованное последовательно включенными блоком 11 интегрирования. и вторым блоком 12 суммирования, замкнутыми отрицательной обратной связью через третий блок 20 суммирования. Передаточная функция звена отрицательной обратной связи равна где Т11 — постоянная времени интегрированйя блока 11 интегрирования tlo третьему входу.

Если выполняются известные условия существования скользящего режима работы трехпозиционного релейного блока 17, то на его выходе образуется последовательность электрических импульсов, суммарная длительность которых изменяется пропорционально Выходному сигналу второго блока 12 суммирования, т.е. пропорционально сигналу U„ коэффициент передачи регулирующего устройства, В c/âõoäà.

Минимальная длительность выходных импульсов, являющаяся одним иэ параметров настройки регулирующего устрой„ства, определяется выражением откуда видно, что настройка коэффициента передачи ф и и минимальной длительности выходных импульсов tñ"bcyществляется независимо друг от друга первым 18 и вторым 19 масштабирующими блоками.

При отрицательных эначениях первой

di

1с)(0) 796789 блока 20 суммирования с выхода блока 1 сравнения поступает сигнал рассогласования У . При этом на втором блоке 12 суммирования появляется дополнительный входной сигнал, обусловленный интегрированием блоком 11 интегрирования сигнала рассогласования.

Этому сигналу соответствует формирование на выходе устройства последовательности импульсов, суммарная длительность которых изменяется по закону

Общий закон изменения суммарной длительности выходных импульсов устройства можно записать в следующем виде: с =обпД (g- Р) +Vjg — дъ + — f y g olg) о

1 при 6„7 0

0 при Я (0

0 при 0 при 9 0 — коэффициент где ф передачи делителя 1330 напряжения или коэффициент

"памяти", определяю- 35 щий долю сигнала 9, запоминаемую на блоке 11 иитегрирования в момент смены знака первой функцич переключе» 45 ния 0,. нного закона лучай, когда

Частным случаем указа регулирования является с дб

% =6. + Ъ у50

% выхода, о входа и - 100 /о, ии

Закон регулирования, формируемый предлагаемым устройством совместно с последовательно включенным интегрирующим звеном (исполнительным механизмом постоянной скорости или электронным интегратором1 отличается от приведенного выше закона только коэффициентом передачи. Вместо коэффициента переда и о.„должен быть записан кЬэффициент про- Я порциональности К, определяемый по

Формуле, где К„ коэффициент пропорциональности регулятора;

Тнм — время, в течение которого выходной сигнал интегрирующего звена (положение вала исполнительного механизма или выходной сигнал электронного интегратора) изменяется на 100Ъ.

Если предлагаемое устройство предназначается для работы B комплекте с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, то минимальная длительность выходных импульсов устройства регулируется независимо от параметров формируемого закона регулирования делителем 18. Если к устройству предполагается подключить электронный интегратор для получения непрерывного электрического выходного сигнала, который может быть использован для управления позиционером, то частота выходных импульсов устройства должна быть увеличена (примерно в

100 раз) по сравнении со случаем работы устройства в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости.Это увеличение осуществляется за счет уменьшения постоянной времени интегрирования блока 11 по третьему входу (Ен) и коэффициента передачи масштабирующего блока 18 (К<).

Устройство допускает воЯможность работы на один исполнительный механизм совместно с УВМ, а также возможность ручного управления исполнительным механизмом. Для этого достаточно на вход интегрирующего звена вместо вы4одного сигнала регулирующего устройства подать соответственно сигнал от

УВМ или от источника опорного напряжения.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе операционных усилителей. Пример реализации приведен на фиг. 2.

Елок 1 сравнения и второй блок 6 выделения модуля выполнены на усилителе 21 и диодах 40 и 41, первый блок 2 дифференцирования и первый блок 3 выделения модуля — на усилителе 22 и диодах 42 и 43, третий блок 16 дифференцирования — на усилителях 23 и

24, первый 4 и второй 7 пороговые элементы — соответственно на усилителях 25 и 26, инвертор 14 — на усилителе 17, блок 11 интегрирования и втоРой блок 15 дифференцирования — на усилителе 28, первый, второй и третий блоки 10, 12 и 20 суммированиясоответственно на усилителях 29, 30 и 31. Делители напряжения реализовары на потенциометрах, а ключи и пере-. ключатель — на полевых транзисторах.

Настройка постоянных времени интегрирования 7у и дифференцирования д осуществляется переменными резисторами 39 и 40. Коэффициент передачи о регулируется потенциометром 35 ° Минимальная длительность выходных импульсов t определяется положением

796789

)О потенциометра 34. Зона чувствительности Ь трехпозиционного релейного блока 17 изменяется подачей опорного напряжения с потеициометра 32. Коэффициент "памяти" Ф регулируется потенциометром 38. Постоянная времени Т определяющая наклон линии переключения 0<, настраивается потенциометром 36. Зона введения интегральной составляющей d регулируется потенциометром 33.

Предлагаемое устройство по сравне- нию с известным обладает более широкими функциональными воэможностями, поскольку оно допускает возможность совместной работы с исполнительными . механизмами как пропорционального 15 типа (позицианерами ), так и интегрирующего типа (двигателями .остоянной скорости) .

Формула изобретения

Устройство для автоматического управления объектами с транспортным запаздыванием по авт. св. Р 591811, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей устройства, в нем установлены третий блок суммирования, первый и второй масштабирующие блоки и трехпозиционный релейный блок, первый вход которого соединен с выходам второго блока суммирования, второй вхадс выходом первого масштабирующего блока, а выход через второй масштабирующий блок — со входом первого масштабирующего блока и третьим входом блока интегрирования, второй вход которого соединен с выходом первого ключа через третий блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом второго блока суммирования.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кон Л. В. и др. Oб одном классе регуляторов с переменной структурой."Автоматика и телемеханика", 1965, Р 5.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 402862, кл. G 05 0 23/19, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 591811, кл. G 05 B 11/01, 1976 (прототип).