Цифровой регулятор Советский патент 1983 года по МПК G05B11/26 

Изобретение относится к автоматй ке и вычислительной технике и может быть использовано для автоматизаади . широкого класса технологических процессов, в том числе и с запаздыванием, регулируемые величины которых могут быть представлены с помощ ; соотЕетст)вуюиих преобразователей в виде цифры или последовательности импульсов. ,. ,:, Известен дифрс вой регулятор, содержащий цифроаналоговыйпреобразрв;а-тель,; датчик регулируемого пара WBTpa и задатчик, соединенные с пер вым и вторым входами цифрового еумм ;тора выходы которого соединены с р азрядными входами реверсивного сче . Чкка, а. et-o :выходы подсоединены к цифроанзЛоговому преобразователю, .выход которого через фильтр низкой частоты «присоединен к исполнитель;номуустройству fl:, : однако этот регулятор- является регулятором непрерывного действия . и 1не- обеспечивает регулирования про цессов с запаздыванием, что сужает область его применения. Наиболее близким к изобретению п техниы:еской сучнос и является циф-, ровой регулятор, содержащий; аналого цифровой преобразователь, генератор импульсов, выход которого соединен .с первым входом; формирователя аре менннх интервалов, перёым выходом соеддиненного с nepBijnvj управляющим входом реверсивного счетчика, первый и второй 9лемен;ты И,; выходы Которых подключены к соотвеТ9Т Ую;щим входам исполнительного мех Нйзма, а также последовательно соеД : ненные блок задания режимов и -ре , ,:гис гр; ;2;К; : ,:,::; -:.-.:.: . |; Недостатком извёстногОрегулАио ра является ограниченная область ,егО применения что приводит к На о9ходимости применения разнотш1НЕда ;;:регуляторов даже; npi.. автокватнэации ;рд нс1гск и того же технологического .процессаг это имеет место, например,. п)и регулировании расхода ; въды; в даналах с открытым: руслом по- измеренным значениям уровня воды РУв проводах - по показаниям турбинных илк вихревых расходомерев Цел(ыо изобретения является расшнуйейиес бйастй применения цифрового j erwiSTopa;, :.. ., v,, ; .-/ .. -. Указанная цель дост ггает д. тем, что в него вд едены RS-триггер, пере .ключатель, сумматор, третий и четвер -тый элементы И, элементы ИЛИ, эле:;мен, Щ, лелит1ёЛ1) частоты, группа (Элементов И и датчик импульсов, выгхйд.которого через третий элемент И и перйый элемент ИЛИ подключен к TaK . входу реверсивного счетчика, с ииформаииониыми входами которого череа группу элементов И соединены выходы аналого-цифрового преобразо.вателя, с выходами - первые входы сум матора; ас вторым и третьим управляющими входами - соответственно выходы первого элемента Ни второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, а второй вход - к второму выходу формирователя временных интервалов и к второму входу третьего элемента И, третьим входом соединенного с прямьм выходом КБ-триггера, инверсный вы ход которого подключс-н к вторым входам группы элементов И, а S-вход и R-вход - через переключатель - к нулевой шине регулятора,: выход генератора иМпульсой: через делитель частоты сое,.. динен с вторым входом первого элемента , третий В1ЫХОД форирователя временных интервалов - с обнуляющим входом делителя частоты и через первый Элемент НЕ - с первыми входами первого, второго и четвертого элементов И, вторые входы которых через третий элемент ИЛИ подключены к выходам сумматора, выход старшего разря,ла которого соединен с третьим входом первого элемента И и через второй элемент НЕ - с третьим входом второго элемента И, а вторые входы сумматора с соответствующими выходами регистра, причем выход четвертого элемента И подключен к второму входу 4)ОрмироватеЛя временных интервалов, На чертеже приведена блок-схема Цифрового регулятора. . Цифровой регулятор содержит генератор 1 импульсов, Формирователь 2 временных интервалов, первый эле-. мент И 5, второй JiseMeHT И 4, исполнительный механизм 5, аналого-цифровой преобразователь б, реверсивный счётчик 7j блок 8 задания режимов, регистр 9, датчик 10 Импульсов, RS-триггер 11, группу элементов И 12, элемент И 13, первый элемент ИЛИ 14 делитель 15 частоты, второй элемент ИЛИ 16, первый элемент НЕ 17, Че твертый элемент И 18, сумматор 19, третий элемент ИЛИ 20, второй элемент НЕ 21 переключатель 22. , Работа многоцелевого цифрового регулятора может осуществляться в нескольких режимах и происходит слеДуйпдам обра:эом 1 егулйроВ1анию процессов, регулируемая йеличина которых характеризу- . ется последовательностью импульсов. Соответствует положение переключателя 22 на чертеже. После подачи напряжения питания формирователь 2 В1ременных интервалов устанавливается в ис: одноё состояние. На его первом формируется импульс разрешения записи числа, присутствующего на входа группы элементов И 12. Так ка4 на вторые входы этой группы элементов подается сигнёш логического О, то этим импульсом в реверсивный счетчик будет записано число О После окончания импульса запуска с второго выхода вь«дачи временных интервалов на второй вход третьего элемента И 13 поступает, сигнал, опре де йющий BpejMH накопления ИАШульсов/ поступающих.с выхода датчика 10 импульсов через элементы И 13, ИЛИ 14 на вход тактовых импульсов реверсивного 7 на третий управляющий вход Л разрешение сложения ) которого через второй элемент ИЛИ 16 :поступает также импульс, определяющий В1:|ёмя накопления импульсов в ре. аерсивноЙ счетчике 1 Фак-. как в указаннрмиа чертеже положении переключателя 22 ё hpHMOro выхода RS-триггёр 11 поступает напряжение, соответсувуюдее логическоа 1, то накоп ление импульсов в реверсивном счеФЧи ке 7 о зуйеетбляется за интервал вре: мени, выдаваемый с втброго выхода формировйтеля 2 - времен:ных интервалов, В течение суквларного времени записи нуля в реверсивный счетчик 7 и накопления в нём импульсов от датчика to; импульсов с третьего выхода формиро вателя 2 йрем1енных интервалов npcTyriaeT сигнал на обнуЛяю. щий вход, .делителя IS;частоты, и держи его.в исходном состоянии. Одновременно этот же сигнал цньентирбйанный элементом НЕ 17/ постунает на первые входы SЛемёнтов И 3 и 4, оста ляя их выключенными на время действи сигнала записи и сигнала наксэпленкя. После завершения действия этих им-. пульсов форМирова:тель; 2 зарёменных интервалов собственным коротким импульсом рбнуляётсЗ:, устанавливаясь и исходное положение. Яри этом на всех выходlax. этого блока образуются сигналы 6. ЕСЛИ записанное чиспо импульСРВ в реверсивный счетчик 7 не СоРтветствует :числу, .установленному в регистре 9 блоком 8 задаййя режимо то на разрядных выхр|(ах сумматор.а f 19 рбра9уе1гся РтЛИчМое. от Нуля двои кое число/ следбва ельнр, на выходе третьего элемента ИЛИ 20 будет присутствовать Сигнал 1, поЬтупаюЩий рднрврем ннр на вторые:ВХРДЫ первого и втррО:го элементов И 3 и 4 и на второй вход четвертрго элемента И 18, на первый вхЬд которого прстуnaet сигнал l с выхода элемёйт4 НЕ 17 ОбраэукяцййСя на выхрдё элёмей та И 18 Сигнал: поступает на аторрй (обнуляющий ) вход формирователя 2 временных интервалов и Удерживает его в обнулением состояний др тех йрр, пока на выходе третьего элемент ИЛИ 20 присутствует сигнал 1. При этсял в. зависимости от знака рассргла сования, образующегося на вьюсрде Ста шего разряда, двоичного крмбинацион,нргр сумматора 19, сигнал 1 прйсут ствует на третьем йходе одного из элементов. ИЗ или 4. Пусть, например, задание, записанное в регистре 9, соответствует числу 125, а в рейерсивный счетчик 7 записалось 150 импульсов i В двоичном коде эти числа сор;тветственнр равны: 01111101 и . 10010110. В сумматоре 19 производится вычитание из второго числа первого путем сложения со вторым числом первого, представленного в обратном коде с дрбавлением 1 дли лрлученйя дополнительнргр крда . . 10010110 10000010 1.00011001 Полученное двричнре числр 11001 в десятичном коде равно 25, а в старшем разряде, вынесение.за трчку прлуЧена единица. Таким Рбразом, на выходе элемента ИЛИ 20. .присутствует сигнал 1, обязанный появлению на выходе сумматора 19 числа OOOliOOl, а на Выходе старшего разряда сумматора 19 присутствует 1, ; обусловленный вычитанием меньшего числа из большего. Так как сигнал 1 поступает только на третий вход пер вого элемента. И. 3, то только на выходе этого элемента образуется сиг- нал 1 поступающий одновременно на второй управляющий вход (разрешение вычитания ) реверсивного счетчика 7и на первый вход исполнительного механизма 5 для отработки; рассогласования Длительнрсть управляющего импульса, вырабатываемого исполнительным механйэмом S, булет зависеть от i числа, о«5раэу1ещегося на выходе двр:вчнргр комбинационного .сумматора 19 .и от периода частоты нМпУльсов, выда- :, ваемых делителей 15 частотьа, начавшим формировать свои сигналы прслё окончания импульса, поступавшего на его обнуляющий Вход с третьего выхода фррмирователя 2 времейных интервалов. ; 8результате вычитания тактовых вм.пульсОв число в реверсивном счетчике в некоторый Момент звремеии станет равным числу, хранящемуся в регистре 9. Л на выходах сумматора 19 число станет равным: нулю, в результате чего на выходе эЛемента И.ЛИ 20 .образуется сигнал О. Это приведет к окончанию управляющего импульса вырабатываемОг-о/исполнительным. механизмом 5/ и к прекращёййю.разрешающего импульса, поступившего на . . второй управляювшй вход реверСивйого счегчйка 7, так как на вьгходе первого элемента ИЗ сигнал равным О. Такой же сигнал образовался и йа выходе четверто1 о элемента И 18, так как и на его второй вход поступа -ет сигнал О с выхода элемента ИЛИ ; 20. Образование сигнала О на выхода

элемента И 18 позволяет формирователю -2 временных интервалов начать новый , Цикл работы,. Если же в процессе накопления импульсов в реверсивном . счетчике 7 окажется записанным число меньшее, чем число, хранимоев регистре 9, то разрешающий сигнал , на отработку рассогласования посту- : пит одновременно на третий управляю1ций . вход реверсивного счетчика 7 через второй элемент ИЛИ 16 и на второй Вход исполнительного механизма 5. При этом реверсивный счетчик 7 будеТ; продолжать работать на сложение так же, как и при накоплении импульсов до завершения отработки рассогласования. Пусть, например в .регистре 9 .записано число 150, а в реверсивном счеТчике7 накопилось 125 импульсов. Операция, выполняемая сумматором 19/ дает

01111101 : . 01101001,

. ; ...0.11100111 . 25 i Об1разовавшийся на. выходе старшего разряда сумматора 19 сигнал 0., инЬертируясь элементом НЕ 21, вед,ет к образованию сигнала 1 на выходе ;

gToporo эл.емента И 4 и к опиос нному. .. peзyльтaтy, Чаще, всего во избежание .

перерегулирования отработка рассогласования осуществляется за два-три цйк ла регулирования, для чегочастотой . E eлитeля 15 частоты длительность . .управляющего импульса устанавлива-. 35 ется несколько меньше номинальной :ёе величины. .

Регулированию процессов при использовании аналого-цифровогопреобразователя соответствует противополож- 40 ,Ное чертежу состояние переключателя : .22. При установке переключателя 22 в. противоположное положение RS-триггер 11 .принимает положение, пр;: котором на его инверсном.выходе образуется 45 сигнал 1, а на прямом выходе - сиг нал О. .При этом датчик 10, импульсов, отключается от входа тактовых (импульсов реверсивного счетчика, а .

:й,н.алого-цифровой преобразователь rpynv/j .пой элементов И 12; подключается к. ин-

.формацирнным входам реверсивного счет:;ч:ика 7 При ре:гулировании процессов : i.c запаздыванием ена:чала отрабатывает-: чся время запаздывания (паузаj, а за- :;тем длительность управляющего импульfca. Вели:чина; времени запаздывания-. ; . :|(0Танавливаётся в формирователе вр.е-: |мённьй4 интервалоЕ на его третьем вы ходе.. На первом выходе .устанавлива-. .ется .сигнал разрешения записи кода 60 .аналого-цифрового преобразователя 6 в реверсивный счетчик 7. Так как . в :Течени.е отработки времени запаздывания все цепи. ;регулятора находятся г в выключенном со.стоянни, то в .данном 65

регуляторе длительность импульса записи выбрана.равной длительности импульса запаздывания. При этом в. реверсивный счетчик будет записано число, которое находилось в преобразователе б вконце длительности импульса запаздывания.. Первьай;, и третий выходы формирователя 2 временных интервалов в этом режиме работы могут быть запараллелёны. Наличие или отсутствие сигнала на втором выходе этого блока значения не имеет, так как датчик 1.0 импульсов отключен КЗ-триггером 11. Посл.е подачи на регулятор . напряжения питания формирователь 2 временных, интервалов устанавливается в исходное состояние и начинает отрабатывать импуль.с: запаздывания. Этим импульсом, поступающим с третьего выхода формирователя 2 временных интервалов, удерживается в обнуленном состоянии делитель 15частоты. Сигналом . поступающим с выхода первого элемента. НЕ 17, удерживаются в закрытом сос.тоянии первый и второй эле1 5енть1 и 3 : и 4 . В реверсивный счетчик 7 имйульсом с первого выхода формирователя 2 временньтх интервалов , подаваемым на-первый управляющий вход реверсивного счетчика 7, jpcyществляется запись кода аналого-циф-. рового преобраэ.оват.еля. После окончания импульса запаздывания и импульса записи регулятор начнет отрабатывать рассогласование. .При отсутствии: рассо.гласования .регулятор будет циклически /отрабатывать длительность импульса запаздывания (паузы J до возникновения рассогласования.

...Для регулирования про.цессов без запаздывания длительность импульсов задержки (запаздывания )уменьшается в пределах до. величины , определяемой частотной характеристикой цепей регулятора. При этом в отсутствие рассогласования формирователь временных .интервалов будет вырабатывать прследоватёльность импульсов, скважность которой равна двум. В этом пpeдeль ном случае .регул.ятор практически работает вн.епрерданом режиме. Во избежание перерегулирования, в особенности при использовании наиболее простого и надежного асинхронного прийода, : цел.есообразнр устанавливать импульс запаздывания такой длительности , которая бы позволила при выбо ре длительности управляющего импульса на 5-10% меньше номинальнрй величины устранять рассргласование отработкой ёгр По угу еньшаюгдимся частям.

I Таким обраэрм/ предложенный мнргоцелеврй цифроврй регулятор способен работать как в дискретном режиме с спрльзйэванием широтно-импульсной Модуляции, так и в .квазинепрерывном, и 11ригоде.н для регулирования процесeoi в том числе ис запаздыванием, ЬвГУРУемая величина которых может выть йредставлена либо яоследовательностью импульсов, либо в виде двоичного числа, получающихся на выходе со ответствующих датчика или преобразователя. Расширение области его применения по сравнению с известными цифровьдми регуляторами обуславливает получение определенного техникоэкономического эффекта.

ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТО, содержащий аналого-цифровой прербразователь генератор импульсов, вйхрд которого соединен е, первым входом формирова л; . тел;я временных интервалов, первым: .; выходом соединенного с. первым управ-ляющим входом реверсивногй счетчика, первый и.второй элементы и, .выхода которых подключены к соответствующим входам исполнительного механизма, а также последовательно соединенные- . блбк задания режимов и регистр, о тл и чающий с, я тем, что, с це- лью расширения рбласти применения . О .регулятора, в него введены RS-TpHf- : i-ep, переключатель, сумматор, третий и четвёртый элементы И, элементы ЙЛИ : элементы НЕ/ делитель частоты, группа элементов И и да±чик импульсов,; |выход которрго 4epie9 третий элемент;;. Ни первый элемент ИЛИ подключен к тактовому входу реверсивного счетчика,. ;с информационными входадш котгорого через, группу элементов И соединены выходы аналого-цифрового преобразователя, с выходами - первые вхрды сумматора: а с вторым и третьим управляющими входами - соответственно ;ходы первого элемента и и второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента Hj а второй вхбд - к второму выходу . формирователя временных иа-терйалрв и к второму входу третьего элемента И, третьим входом соединённого с прймым выходом RS-триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам группы элементов И а S-вход и R-вход через переключатель - к нулевой шине регулятора, выход гёнератора импульсов через д елитель ш частоты соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий выход формирователя временных интвфвалрв iQ обнуляющим входом делителя частоты и через первый элемент НЕ - с первым1 входами первого, второгои четверто го элементов И, вторые входы которых о через третий элемент. ИЛИ подключены к выхода сумматора, выход-старшего разгяда которого соединен с третьим Р м ;входом первого элемента И. и через второй элемент НЕ - с третьим . вхо-. дом второго элемента И,-а вторые со: входы сумматора - с соответству1ощимй| выходами регистра, причем выход чет вертого элемента И подключен к второму входу формиррвателя временных интервалов.