Импульсный регулятор с широтной модуляцией Советский патент 1983 года по МПК G05B11/26 

Иэобретекие относится к электронным регупяторам с широтной модуляцией регушрующих импупьсов и может быть Hcnonb зовано дпя автоматической стабилизации и программного регупирования технологических параметров в промышленности. Известен электронный импульсный автоматический регулятор с переменной частотой следования и/ипи длительностью импульсов. Он имеет изменяемые параметры - резистивное или емкостное сопротивление во времяза дающих цепях ге нератора регулирующих импульсов. Эти параметры изменяются в зависимости от величины рассогласования заданного и текущего значений регулируемой величины. Генератор через реле включает обмотки интегрирующетх исполнительного механизма, приводящего в действие регулирующий орган, установленный на обг екте регулирования и оказывающий на него управляющее воздействие. Таким о разом осуществляется изменение длитель ности регулирующих воздействий, вырабатываемых регулятором, т.е. широтная модуляция регулирующих импульсов по ошибке регупирования l. Однако этот регулятор имеет большую динамическую погрешноЬть регулирования определяемую при оптимальных параметрах настройки регулятора динамическими свойствами последовательно соединенных инерционных звеньев - объекта регулирования,, аналогового измерительного преобразователя регулируемой величины. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является мультивибратор, управляемый сервоприводом. В этом мультивибраторе длительность работы одного реле в цепи нагрузки первой naijinbi зависит .от сопротивления переменного резистора задающей RC-цепочки в сеточной цепи этой лампы. Движок этого переменного резистора связан с измерительным преобразователем регутгаруемой величины и перемещается на величину, пропорциональную величине рассогласования. При изменении сигнала рассогласования изменяется величина сопротивления задающей сеточной RCцепочки первой лампы и изменяется длительность включения реле в ее ;щепи и, следовательно, длительность перемещения серводвигателя в одну сторону. Это перемещение компенсирует мотклонение регулируемой величины от заданного значения. Длительность работы другого репе в нагрузке второй лампы мульти.вибратора зависит от сопротивления переменного резистора в ее сеточной КО цепочке. Движок этого переменного резистора связан с выходным валом сервопривода, а контакты реле в нагрузке второй лампы включают сервопривод для перемещения его в исходное положение zj. В этом мультивибраторе для получедия автоколебательного режима регулирования используется аналоговый сигнал рассогласования регулируемой величины, изменяющий длительность регулирующих импульсов. При наличии емкостного транспортного запаздывания в объекте регулирования и измерительном преобразователе регулируемой величины такоеизменение длительности импульсов не обеспечивает высокой точности регулирования. Вместе с тем, при изменении заданного значения регулируемой величины в этом мультивибраторе увеличивается амплитуда колебаний регулируемой величины из-за того, что при этом исполнительный механизм должен занимать при нулевом рассогласовании новое положение равновесия. В этом случае сопротивление переменного резистора в сеточной цепи второй лампы будет другим, а следовательно, изменится и длительность регулирующих импульсов, возвращающих исполнительный механизм в положение равновесия. При этом длительность импульсов не обеспечивает его точной установки в этом положении. Как правило, сопротивление резисторов обратной связи исполнительных электрических механизмов выполняется низкоомшлм (1ОО-200 Ом) в виде проволочных реохордов. Для потхучения импульсов длительностью 1-10 с, необходимых для реальных промышленных объектов регулирования, в задающих цепях известного мультивибратора приходится использовать конденсаторы емкостью в тысячи микрофарад, которые имеют большие габариты, болыиие токи утечки и значительнее величины коэффициента .емкойти, что приводит к большой нестабильности периода регулирующих импульсов. Цель изобретения - повышение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что импульсный регулятор с шдротной модуляцией, содержащий репейный измерительный преобразователь, задатчик параметра, исполнительный механизм, первый и второй источники питания-, проключес ный к второму источнику питания генератор регулирующих импупьсов, к выходу которого подкпючено испопнигепьное репе контакты которого включены поспедоватепьно с первым выводом первого иоточника питания и перекпючакяцим контак том репейного нэдлернтепьного преобразоватепя, первый и второй ёамыкаюшие кон такты которого через прямую и реверсн1в ную обмотки исполнительного механизма тгодкгаочены к второму выводу первого источника питания, содержит подключенные к одному из выводов второго источника питания и соединенные последовательно светоизпучатель оптрона и резиотивныи делитель из трех переменных и одного постоянного резистора, причем вы вод светоизлучателя оптрона соединен с: кинематически связанными с задатчиком параметра подвижными контактами двух переменных разисторов, неподвижными контактами соединенных с неподвижными контактами третьего переменного резистора, кинематически связанныйс исполнительным механизмом подвижный контакт которого через постоянный резиотор связан с другим выводом второго источника питания, а светоприемник оптрона является резистором времязадающей цепи генератора регулирующих имцульсов На фиг. 1 изображена принципиальная схема импульсного регулятора и его соединение с исполнительным механизмом на фиг. 2 - графики изменения тока через с1ветоизлучатель оптрона (-например светодиод) в зависимости от положений исполнительного механизма и задатчика параметра; на фиг. 3 - диаграммы вы-г ходных импульсов регулятора в различны положениях исполнительного механизма и задатчика параметра. Импульсный регулятор содержит тра№зисторы 1 и 2, исполнительное реле 3, контакты 4 которого через перекпючеиощий контакт 5 релейного измерительного преобразователя 6, контролирующего ре- гулируемую величину в объекте регулирования 7, соединяет исполнительный ме ханизм 8 и первый 9 источник питания. Резистор 10 соединен со свСвоенным переменным резистором 11, кинематически связанным с задатчиком 12 параметра. ГЬдвижныЙ вывод резистора 10 соединен с отрицательным выводом второго 13 источника питания через резистор 14, ограшмивает ток светоизлучателя, например светодиода оптрона 15,. когда сопротивления резистора 10 и сдвоенного резистора 11 равны нулю. . Анод светодиода оптрона 15 соединен с по шижными выводами сдвоенного tiepeменного резистора 11, а катод - с положительным полюсом второго 13 иоточника питания. База транзистора Г соединена с источником питания 13 через времязадающую цепочку, образованную светоприемником (например фоторезиоjTopoM или фотодиодом, включенным в обратном направлении) оптрона 15 и конденсатора 16. Времязадающая цепочка транзистора 2 образована сопротивлением 1юреме иного резистора 17 и конденсатором 18. В коллекторной цепи транзистора 2 включен резистор 19, Измерительный преобразователь 6 кону тролирует в объекте 7 з шчення регулируемой величинь. В зависимости от рассогласования своим контактом 5 он подключает к источнику питания 9 прямую , 2О или реверсивную 21 обмотку исполнительного механизма 8. При испогьнительный механизм 8 перемешает регу лирующий орган в прямом или обратном направлении, компенсируя отклонение регулируемой величины изменением притока (оттока) вещества в объект 7. Испопнительный механизм 8 во время работы периодически отключается от сети контактами 4, обеспечивающими импульсное перемещение регулирующего органа. Транзисторы 1 и 2, резисторы 17 и 19, конденсаторы 16 и 18, реле 3 и светоприемник оптрона 15 образуют генератор 22 регулирующих импульсов. Регулятор работает следующим образом. В установивщемся состоянии, когда текущее регулируемой величины равно заданному, исполнительный механизм 8 находится в положении Fli и КОЕН такты 5 регулятора разомкнуты. При этом регулирующий орган открыт (закрыт) в такой степени, что это обеспечивает баланс вещества или энергии в объекте. При возмущении в объекте значение регулируемой величины отклоняется от заданного, контакт 5 замыкается в одну . или другую сторону и включается одна или другая обмотка исполнительного механизма 8. При двихсении въ1ходного вала (штока) исполнительного механизма 8 от полож ния равновесия П сопротивление между выводами связанного с ним резистора 1О изменяется продюрционально величине этого перемещения. Поэтому при перемещении исполнительного механизма 8 азменяется ток 3 оптрона и период регутфуюпяпс импульсов Т. Характер иэмеве(шя 3 оптрона в зависимости от щшэженкя вс1к лнительного механизма показан на фт 2, На оси абсцисс отложены значения попожений испопнитепьного механизма от начального 0% до конечного 100%. Значения ITj, П, Пд, П соответствуют положению исполнительного ме ханизма в установившемся режиме при пропорциональном регулировании для четырех различных значений задания регулируемой величины, П соответствует положению исполнительного механизма и регулирующего органа в установившемся режиме при заданном зн|ачении регулкй руемой величины, составляющей около ЗО% диапазона ее изменения, П - положению исполнительного механизма в уотановившемся режиме для задания 50% диапазона значений регулируемой величины, По - положению исполнительного механизма в установившемся режиме при задании 75% диапазона, а Пл - 1ОО% диапазона значений регулируемой величины. Как видно из графиков 23-26 (фиг.2) изменение тока 17 оптрона в зависимости от изменения положения исполнительного механизма происходит по параболе. При этом минимальное значение тока 3 оптрона для всех значений заданий регулируемой, величины одинаковое. Это означает, что максимальная длительность паузы, соответствующая установившемуся режиму, одинакова для любого заданного значения регулируемой величины, не за висящей от установки за датчика. В то же время это минимальное значение тока оптрона получается при различных положениях исполнительного механизма, соответствующих устаиовивщемуся режиму. Эти положения минимального значения тока р оптрона определяются положенифм задатчика .12. Таким образом задатчиком 12 через связанный с ним сдвоенный переменный резистор 11 можно задавать положение исполнительного механизма 8, в котором будет максимальная пауза в регулирующем воздействии, соответствующая необходимой для установиииегося режима степени открытия (закрытия) регулирующего органа. Частота включений исполнительного механизма в процессе регулирования условно показана на фиг. 3 для четырех значений задания регулируемой величины, соответствующих, как и на фиг. 2,30, 50,75, и 100% диапазона регулирования. Из 27-30 (фиг.З) видно, что при удалении исполнительного механизма от положения, соответствующего установивщемуся режиму для каждого заданного значения регулируемой величины, целительность пауз в каждом периоде уменьшается, уменьшается период регулирующих импульсов и, следовательно, увеличивается энергия регулирующего воздействия Б каждом импульсе. Причем это увеличение энергии в импульсе не зависит от «установки задания и nponojx ционально отклонению исполнительного механизма от положения равновесия в объекте. Тем самым в импульсном регуляторе достигается квазипропорциональное регулирование, поэтому такой регулятор может быть использован для регулирования в астатических объектах. Для передачи регулирующих импульсов от измерительного преобразователя 6. через контакты 4 к объекту регулирования 7 без потери информации, вызываемой периодическими отключениями исполнительнозх) механизма 8, необходимо, чтобы в соотве.тствии с теоремой Котельникова период.Т был меньше %/Ш, где LU- чаотота, при которой спектр выходного сигнала измерительного преобразователя стремится к О. Регуляторы предназна-i чены для замены дефицитных и дорогостоящих регуляторов сзерии Р25 МЗТА.

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР С ШИРОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ, содержащий репейный измерительный преобразоватепь, эадатчшс параметра, испопнитёпьный ме ханизм, первый и второй источники пита ния подключенный к второму источнику; -питания генератор регупирующих импуп& сов, к выходу которого подключено иопопнительное репё ковдвкгь которо о вкшочены последовательно с первым выводом первого источника питания и перекшочакщим контактом релейного из1С-;:«. Ь5а дйn. 1 М--У:С Ш Jb,ff --:/; мерительного преобразователя, первый и второй замыкающие контакты которого через прямую и реверсивную обмотки иополнительного механизма подключены к второму выводу первого .источника питания, о т. л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит подключеш1Ые к одному из выводов второго источника питания и соединенные последовательно светоизпучатель оптрона и резистивный депитепь из трех переменных и одного постоянного резистора, причем светоизлучателя оптрона соединен с кинематически связанными с задатчиком параметра подвижными контактами двух переменных резисторов, неподвижными контактами соединенных с (Л неподвижными контактами третьего i peМенного резистора, кинематически связан ный с исполнительным механизмом подвинь вый контакт которого через постоянный резистор связан с другим выводсял второго истрчника питания, а ов етоприемник оптрона является резистором времязадак шей цепи генератора регулирующих имрупьсов. с ю о ч :р