Пропорционально-интегральныйрегулятор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (щ832528

-Ф (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 1207.79 (21) 2796286/18-24 с присоединением заявки Nо (23) Приоритет (53) . Кд. з

G 05 В 13/02

Государственный комитет

СССР по делан изобретений и открытий

Опубликовано 230581. Бюллетень Но 19

15З) ПЖ 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 250581 (72) Авторы изобретения

П.И. Кравец, В.А. Скаржепа и A.Á. Т

1 т

Киевский ордена Ленина политехнический Йййтй у1 т; им,50-летия Великой Октябрьской социалис (71) Заявитель ево юции (54 ) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к устройствам автоматического управления и регулирования объектов с самовыравниванием и может быть использовано для высококачественного регулирования температурного режима электропечей.

Известен пропорционально-интегральный регулятор для управления и регулирования объектов с самовыравниванием, содержащий усилитель сигнала рассогласования, интегратор,.узел настройки интегральной составляющей и выходной сумматор, обеспечивающий отработку возмущений без статической ошибки (1j.

Однако переходной процесс при этом имеет низкие качественные показатели, причем уменьшение времени переходного процесса приводит к колебаниям выходной величины со значительны перерегулированием, а уменьшение перерегулирования вызывает затягивание переходного процесса по времени. В общем случае качество процесса регулирования при отработке возмущений таким регулятором зависит от точности настройки параметров регулятсра, определяемых величиной входного сигнала и скоростью его изменения, и, как следствие, системы автоматического регулирования на основе пропорционально-интегральных регуляторов не могут обеспечить стабильного качества регулирования при различных комбинациях величины рассогласования, скорости ее изменения и настроечных параметров регулятора, в;"зникающих в процессе работы системы.

Наиболее близким к предлагаемому является пропорционально-интегральный регулятор, содержащий первый счетчик импульсов, блок управления, . цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, и последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и делитель частоты, причем выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя (2) .

В известном регуляторе входной сигнал рассогласования усиливается, преобразуется в количество импульсов, которое делится на заданный коэффициент настройки интегральной составляющей регулятора и алгебраически складывается.в счетчике. Выходной код счетчика преобразуется ЦАП в ана832528 логовую величину и складывается на выходном сумматоре с выходным сигналом усилителя.

Однако качество регулирования и быстродействие данного регулятора остается невысоким, так как по-прежнему зависит от величины входного рассогласования, от скорости изменения этого рассогласования и соответствующих коэффициентов настройки регулятора.

МО

Цель изобретения — повышение быст- . родействия регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор введены второй счетчик импульсов, нуль-орган, элемент

2И-ИЛИ и блок ключей, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, а входы — к соответствующим разрядным выходам первого счетчика импульсов и входам второго счетчика импуль- 20 сов, выход которого соединен с первым входом блока управления, разрядные выходы - с сотнетствующими входами нуль-органа, счетный вход — с выходом аналого-цифрового преобразователя, а 25 управляющий вход — с первым выходом блока управления, причем первый, второй; третий и четвертый выходы элемента 2И-ИЛИ подключены соответственно к выходу делителя частоты, второму выходу блока управления, выходу аналого-цифрового преобразователя и третьему выходу блока управления, а выход — к счетному входу первого счетчика, второй и третий входы блока управления. соединены соответственно с выходом нуль-органа и вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, а четвертый и пятый выходы — с управляющими входами первого счетчика импульсов и блока ключей. 40

На фиг. 1 приведена блок-схема пропорционально-интегрального регулятора, на фиг. 2 — функциональная схема реализации блока управления, входящего в состав РегулятоРа. 45

Регулятор соцержит усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, делитель 3 частоты, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 4, сумматор 5, первый счетчик 6 импульсов, блок 7 ключей, элемент 2И-ИЛИ 8., блок 9 управления, нуль-орган 10 и второй счетчик 11 импульсов. Блок управления в свою очередь содержит двухвходовые элементы И 12, 13, 14 и 15, трехвходовой элемент И 16, двухвходовой элемент И-НЕ 17 и триггеры 18 и 19.

Регулятор работает следующим о6разом.

Перед началом работы блок управле- 40 ния устанавливается в исходное состояние сигналом по входу 4. Возможны два режима работы: режим отработки малых рассогласований и режим отработки больших рассогласований. В режиме от- 65 работки малых рассогласований, сигнал ошибки усиливается усилителем 1, преобразуется в число импульсов определенной частоты с помощью АЦП 2 и через делитель 9 частоты (коэффициент деления определяет настройку интегральной составляющей регулятора) и элемент 2И-HJIH 8 поступает на счетный вход первого счетчика 6 импульсов, выходной код этого счетчика через блок 7 ключей поступает на вход АЦП 4, где преобразуется в аналоговую величину, которая, суммируясь на сумматоре 5 с выходным сигналом усилителя 1, поступает на выход регулятора. Блок управления обеспечивает передачу сигналов через блок 7 ключей и элемент 2И-ИЛИ от делителя частоты, при этом на втором и пятом вы-. ходах блока управления присутствует логическая "1". В начале каждого цикла работы АЦП второй счетчик 11 импульсов сигналами с первого выхода блока управления обнуляют, записывают в него код с разрядных выходов первого счетчика 6 импульсов и сосчитывают его импульсами рассогласЬвания с выхода AIJII. Если количество импульсов меньше числа, записанного в первом счетчике 6, т.е. счетчик не сосчитывает до нуля, то это значит, что рассогласование малое и следующий цикл работы АЦП регулятор будет работать в прежнем режиме.

Если же в каком-то цикле работы

АЦП количество импульсов рассогла .— сования станет больше числа записанного в счетчике, то на выходе счетчика появится импульс, который пройдет через элемент И 16 в блоке управления и перебросит триггеры 19 и 18 в единичное состояние, при этом блок ключей размыкает выход счетчика 6 импульсов от входа ЦАП 4 и тем самым исключает из выходного сигнала регулятора интегральную составляющую.

Регулятор переходит,в режим отработки большого рассогласования. Посредством блока 9 управления элемент

2И-ИЛИ 8 отключает счетный вход первого счетчика импульсов от выхода делителя частоты и подключает к Лему выход АЦП 2, при этом первый счетчик играет роль запоминающего устрой;ства величины рассогласования. В этом режиме блок управления обеспечивает обнуление второго счетчика 11, запись во второй счетчик числа с разрядных выходов первого счетчика 6 и его обнуление. дальше импульсы рассогласования подсчитывают первый и второй счетчики. Во втором счетчике эти импульсы сосчитывают записанное число. В конце цикла с второго выхода

АЦН поступает сигнал опроса на нульорган 10 через блок 9 управления.

Если величина сигнала рассогласования в настоящем. цикле и в предыдущем окажутся равны, то во втором счетчике

832528

15

Формула изобретения после сосчитывания будет число равное нулю и нуль-орган выдаст сигнал, который, стробируясь импульсом от

АЦП на элементе И 12, сбросит триггер 18, при этом закрывается элемент И 13 и запрещает команду на обнуление первого счетчика импульсов.

Триггер 18 формирует сигналы на включение блока .7 ключей и запирание элемента 2И-ИЛИ, поступающие соответственно с пятого и третьего выходов блока 9. При этом второй счетчик 11 переходит в режим сложения и запрещается запись в него числа с разрядных выходов первого счетчика 6.

Таким образом в дальнейшем выходной сигнал регулятора формируется по сумме сигналов усилителя и постоянного сигнала цифрового накопителя.

В этом состоянии регулятора блок управления обеспечивает обнуление второго счетчика 11 и режим прямого 2О счета. В каждом цикле работы АЦП второй счетчик 11 подсчитывает импульсы рассогласования, а нуль-орган 10 оценивает состояние счетчика в конце каждого цикла. И если число импульсов станет равным нулю, сигнал опроса нуль-органа. 10 пройдет через элемент И 12, элемент И 14 и сбросит триггер 19. При этом блок 9 управле.ния, следовательно, весь регулятор переключается на режим отработки малых рассогласований. На счетный вход первого счетчика 6 импульсов через элемент 2И-ИЛИ с выхода делителя 3 поступает последовательность импульсов. Второй счетчик 11 переходит в режим слежения за соответствием между величиной рассогласования и величиной интегральной составляющей.

Предлагаемая последовательность работы регулятора при больших вход- 40 ных рассогласованиях позволяет полностью исключить влияние интегральной составляющей на качество отработки возмущений и получить точное значение выходного сигнала регулятора 45 за счет определения на первом этапе работы регулятора требуемого значения интегральной составляющей в тот момент, когда величина. рассогласования не изменяется, и сигнал от нуль-органа проходит на блок управления, запоминания ее в первом счетчике импульсов на время между первым и вторым сигналами нуль-органа. Когда же регулируемая величина достигает заданного значения и сигнал рассогласования равен нулю, регулятор переключается на отработку малых рассогласований, т.е. выход делителя подключается ко входу первого счетчика импульсов. 60

- Пропорционально-интегральный регулятор позволяет практически исключить взаимосвязь между настроечными параметрами пропорциональной и интегральной составляющих, уменьшить с точностью до статической ошибки зависимость интегральной составляющей от величины входного сигнала рассогласования и скорости его изменения, и, как следствие, получать высокое и стабильное качество переходного процесса.

Использование предлагаемого регулятора в системах автоматического регулирования объектов с самовыравниванием, например электропечей, позволит получить стабильное качество переходного процесса при любых возмущениях с минимальным временем регулирования и отсутствием перерегулирования, что позволяет получить значительный технико-экономический эффект.

Пропорционально-интегральный регулятор, ссдержащцй первый счетчик импульсов, блок управления, цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и делитель частоты, причем выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора,. в него введены второй счетчик импульсов, нуль-орган, элемент

2И-ИЛИ и блок ключей, выходы которо1о подключены к соответствуующим входам цифроаналогового преобразователя, а входы — к соответствующим разрядным выходам первого счетчика импульсов и входам второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления, разрядные выходы — с соответствующими входами нуль-органа, счетный вход— с выходом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход — с первым выходом блока управления, причем первый, второй, третий и четвертый входы элементы 2И-ИЛИ подключены соответственно к выходу делителя частоты, второму выходу блока управления, выходу аналого-цифрового преобразователя и третьему выходу блока управления, а выход — к счетному входу первого счетчика, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходом нуль-органа и вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, а четвертый и пятый выходы — с управляющими входами первого счетчика импульсов и блока ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Круг Е.К. и др. Цифровые регуля=оры. M., "Энергия", 19бб, с. 429.

2. Патент Франции Р 2236224, кл. G 05 В б/02, 1975 (прототип).