РЕГУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК G05B11/01 

Устройство относится к электронике, а именно к аналоговым устройствам сравнения электронных регуляторов газотурбинных двигателей (ГТД), и может быть использовано в качестве устройства рассогласования в системах регулирования с обратной связью.

Известна система гидромеханического регулирования подачи топлива в ГТД, содержащая электронный регулятор и гидромеханический агрегат, выполненный в виде дозирующей иглы, соединенной с сервопоршнем и упорами минимального и максимального расхода топлива, к которой через рычаг и ползушку подключен золотник гидроупора, соединенный с датчиком давления окружающей среды [1]
Недостатками системы регулирования являются низкие точность и надежность работы из-за сложности гидромеханического устройства и наличия механических упоров дозирующей иглы.

Известен двухрежимный регулятор, содержащий устройство сравнения, к одному входу которого подключены задатчик параметра и регулирующий упор, а к другому дозирующий элемент и дополнительный упор, причем дозирующий элемент и ограничитель максимального расхода топлива образуют исполнительный механизм регулятора, входом подключенный к выходу устройства сравнения [2]
Этот регулятор имеет те же недостатки, что и описанный ранее, обусловленные сложностью кинематической схемы и нестабильностью работы механических упоров в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности и надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в регулятор, содержащий задатчик параметра, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом исполнительного механизма, введены инвертор, повторитель, отражатель тока, источник опорного напряжения и нагрузочный резистор, задатчик параметра выполнен в виде операционного усилителя, причем один вывод переменного резистора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вывод с шиной нулевого потенциала, подвижный контакт, являющийся выходом задатчика параметра, подключен к являющемуся первым входом устройства сравнения неинвертирующему входу операционного усилителя, а инвертирующий вход операционного усилителя, являющийся вторым входом устройства сравнения, соединен с выходом исполнительного механизма, выход с первым входом отражателя тока, второй вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, подключенного к входу повторителя, выход которого через нагрузочный резистор соединен с выходом отражателя тока, соединенного с выходом исполнительного механизма, который является выходом регулятора. В регулятор введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кодов.

Предложенный регулятор позволяет изменять диапазон изменения амплитуды и полярность выходного напряжения в процессе работы благодаря наличию регулируемых электронных упоров, и может работать не только в диапазоне, превышающем амплитуду выходного сигнала усилителя-рассогласователя, но и например, в области отрицательных напряжений. Регулятор ограничивает выходной параметр электронного регулятора ГТД, например коэффициент заполнения импульса при широтно-импульсной модуляции от5 до 95% независимо от максимального значения сигналов регулирования на входе усилителя-рассогласователя, если выходным параметром регулятора является широтно-импульсный сигнал. В отличие от механических упоров, электронные упоры обеспечивают высокую стабильность, так как регулирующим сигналом для их установки является опорное напряжение высокой точности. Изменение величины электронных упоров не требует механической перестройки агрегата и она может быть осуществлена путем дистанционного переключения во время работы.

На фиг. 1 приведена схема регулятора; на фиг. 2 графики работы преобразователя кодов.

Регулятор содержит задатчик 1 параметра, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения 2, второй вход которого соединен с выходом исполнительного механизма 3, вход которого соединен с выходом отражателя тока 4, резистором 5 нагрузки, выходной шиной 6 и последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем 7 и преобразователем 8 кодов. Выход устройства сранения 2 через отражатель тока 4 соединен с выходом инвертора 9, а выход повторителя 10 через резистор 5 нагрузки соединен с выходной шиной 6. Входы задатчика 1, инвертора 9 и повторителя 10 присоединены к шине 11 опорного напряжения.

Регулятор работает следующим образом.

При подаче питающего напряжения по опорной шине 11 задатчик 1, инвертор 9 и повторитель 10 включаются. На выходах задатчика 1 и повторителя 10 появляется положительное напряжение, а на выходе инвертора отрицательное. На выходах устройства сравнения 2 и исполнительного механизма 3 устанавливается напряжение любой полярности и амплитуды.

Если напряжение на первом входе устройства сравнения 2 меньше напряжения на его втором входе, то устройство сравнения 2 включается, и на его выходе появляется ток рассогласования, например, положительной полярности на входе отражателя тока 4. Этот ток вызывает появление тока той же величины, но отрицательной полярности на выходной шине 6, который вызывает изменение падения напряжения на резисторе 5 нагрузки и выходе исполнительного механизма 3. Процесс изменения тока на выходной шине 6 будет происходить до тех пор, пока напряжение на втором входе устройства сравнения 2 не станет равным напряжению на его первом входе, т.е. напряжению на выходе задатчика 1.

Если напряжение на первом входе устройства сравнения 2 больше напряжения на его втором входе, то устройство сравнения 2 включается и на его выходе появляется ток рассогласования, например, отрицательной полярности на входе отражателя тока 4. Этот ток вызывает появление тока той же величины, но положительной полярности на выходной шине 6, который вызывает изменение падения напряжения на резисторе 5 нагрузки и на аналоговом входе исполнительного механизма 3. Изменение тока на выходной шине 6 будет происходить до момента сравнения напряжений на первом и втором входах устройства сравнения 2.

Напряжение на выходной шине 6 может изменяться от положительного потенциала выхода повторителя 10 до отрицательного напряжения выхода инвертора 9, чем достигается выполнение функции электронного "упора", независимого от величины выходного тока устройства сравнения 2.

Если электронные "упоры" должны быть установлены в области отрицательных напряжений, то повторитель 10 должен быть заменен на инвертор.

Если электронные "упоры" должны быть установлены в области положительных напряжений, то инвертор 9 должен быть заменен на повторитель.

Если во время работы регулятора требуется изменять диапазон установки электронных "упоров", то инвертор и повторитель выполняются как двухполярные цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), в результате чего регулятор становится программно-управляемым.

Если исполнительный механизм 3 выполнен в виде аналогового устройства, то его вход соединен с выходной шиной 5, если исполнительный механизм дискретный, то его вход подключен к выходу преобразователя кодов 8.

Если к выходной шине 10 подключить аналого-цифровой преобразователь 7, последовательно соединенный с преобразователем кодов 8, то "реакция" регулятора на сигналы рассогласования по первому и второму входам устройства сравнения 2 перестает носить линейный характер и регулятор начинает выполнять нелинейные функции.

Если преобразователь 8 кодов выполнен в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), то сигналы аналого-цифрового преобразователя 7 могут быть использованы в качестве кодов адреса ПЗУ программ реакции исполнительного механизма 3 с управлением по кодовому входу. Закономерности такой "реакции" могут иметь вид релейной, экспоненциальной или интегральной характеристики, т.е. регулятор может быть пропорциональным, интегральным или регулятором дифференциального типа (ПИД-регулятор), при этом не нужны электронные фильтры и усилители постоянного тока. Программно управляемые "упоры" фактически определяют размерность кодов адресов ПЗУ, в которых воплощена та или иная закономерность реакции регулятора на сигналы рассогласования (см. фиг. 2).

Изобретение является "полным" аналоговым устройством сравнения, так как предложенный регулятор осуществляет не только фиксацию момента сравнения сигналов задатчика и цепи обратной связи, но и формирует"реакцию" исполнительного механизма на величину известного рассогласования, вид которой можно изменить путем выбора значения электронных упоров, в связи с чем одно аналоговое устройство сравнения может быть использовано в многоканальных системах управления и регулирования в мультиплексном режиме, что снижает общую погрешность измерения в цепях обратной связи исполнительных механизмов, так как используется одно и то же устройство сравнения во всех каналах.

Изобретение относится к устройствам электронного регулирования, например, газотурбинных двигателей. Цель изобретения - повышение надежности и точности регулирования. Регулятор содержит задатчик 1 параметра в виде переменного резистора, устройство сравнения 2 в виде операционного усилителя, исполнительный механизм 3, отражатель тока 4, нагрузочный резистор 5, выходную шину 6, являющуюся выходами отражателя тока и нагрузочного резистора и входом исполнительного механизма, аналого-цифровой преобразователь 7, преобразователь кодов 8, инвертор 9, повторитель 10, источник 11 опорного напряжения. Напряжение на выходной шине 6 может изменяться от положительного напряжения выхода повторителя до отрицательного напряжения выхода инвертора, чем достигается выполнение ими функции " электронного упора" независимо от величины напряжения рассогласования устройства сравнения. 2 ил.

1. РЕГУЛЯТОР, содержащий задатчик параметра, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом исполнительного механизма, отличающийся тем, что в него введены инвертор, повторитель, отражатель тока, источник опорного напряжения и нагрузочный резистор, а задатчик параметра выполнен в виде переменного резистора, устройство сравнения в виде операционного усилителя, причем один вывод переменного резистора соединен с выходом источника опорного напряжения, второй вывод с шиной нулевого потенциала, подвижный контакт, являющийся выходом задатчика параметра, подключен к являющемуся первым входом устройства сравнения неинвертирующему входу операционного усилителя, а его инвертирующий вход, являющийся вторым входом устройства сравнения, соединен с выходом исполнительного механизма, выход с первым входом отражателя тока, второй вход которого соединен с выходом инвертора, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, подключенным к входу повторителя, выход которого через нагрузочный резистор соединен с выходом отражателя тока, соединенным с входом исполнительного механизма, выход которого является выходом регулятора. 2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и преобразователь кодов, причем вход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом исполнительного механизма.