Цифровой регулятор Советский патент 1984 года по МПК G05B11/26 

Изобретение относитсяк автоматическому управлению, и в частност к цифровым регуляторам, обеспечивающим пропорциональность между величиной отклонения регулируемого параметра и сигнала задания и сква ностью выходных управляющих импуль сов. Известен широтно-импульсный рег лятор, содержащий блок связи по возмущению, последовательно включенные задающее устройство, узел сравнения, усилитель сигнала откло нения, пороговый элемент, усилитель мощности fl термодатчик. Регулятор реализует дискретный пропорциональный закон регулирования с однотактной широтно-импульсной мод ляцией сигнала ошибки . Недостатком известного регулято является сложность настройки и пер настройки схемы и отсутствие возможности реализации ее работы с применением малых вычислитejjbHbix устройств на базе шкропроцессоров Наиболее близким к предлагаемом по технической сущности является цифровой регулятор, содержащий уси литель, первый генератор импульсов второй генератор импульсов, задающий регистр, разрядные выходы кото рого подключены к первым входам соответствующих элементов И, вторы входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, а выходы с установочными входами реверсивно счетчика, знаковый выход которого соединен с первым управляющим вход первого генератора импульсов и пос ледовательно соединенные датчик обратной связи и аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход чере элемент ИЛИ - к вычитающему входу реверсивного счетчика С2 }. Недостатком данного регулятора является невозможность использован его в схемах регулирования, когда регулирующее воздействие является функцией скважности, а регулятор должен формировать сигнал переменной скважности в функции отклонени регулируемой величины от заданной. Это ограничивает область его приме нения. Цель изобретения - расширение области применения регулятора. Указанная цель достигается тем, что в него введены два преобразователя частоты, дешифратор, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, триггер, второй и третий элементы И, втовой и третий реверсивные счетчики, выходы переноса которых через второй элемент ИЛИ соединены с входом триггера, управляющие входы с выходом формирователя импульсов, вычитающие входы - соотдетственно с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ,суммируняций вход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, к первому выходу первого генератора импульсов и через первый преобразователь частоты - к второму входу первого элемента ИЛИ, суммирующий вход третьего реверсивного счетчика - к первому входу третьего элемента ИЛИ, к второму выходу первого генератора импульсов и через второй преобразователь частоты - к суммирующему входу первого реверсив.ного счетчика, причем первый выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, с входом формирователя импульсов, с вторым управляющим входом первого генератора импульсов и через усилитель - с выходом регулятора, второй выход - с пер вым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и к выходу второго генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, а разрядные выходы второго и третьего реверсивных счетчиков через дешифратор - с третьим управляющим входом первого генератора импульсов. На чертеже приведена блок-схема цифрового регулятора. Цифровой регулятор содержит датчик 1 обратной связи, аналогоцифровой преобразователь 2, первый элемент ИЛИ 3, задакмций регистр 4, первые элементы И 5, первый реверсивный счетчик 6, первый и второй преобразователи частоты 7 и 8, первый генератор 9 импульсов, усилитель 10, формирователь 11 импульсов, второй реверсивный счетчик 12, дещифратор 13, третий реверсивный счетчик 14, второй элемент ИЛИ 15, триг3

rep 16, второй и третий элементы И 17 и 18, третий и четвертый элементы ИЛИ 19 и 20, второй генератор 21 импульсов, входы 22 - 24 первого генератора импульсов, выходы 25 и 26 первого генератора импульсов.

Цифровой регулятор работает следующим образом.

На вход 22 первого генератора 9 импульсов поступает сигнал Знак кода первого реверсивного счетчика (PC) 6. На вход 23 первого генератора импульсов поступает сигнал запуска, определяквций тактовую част ту работы устройства. На вход 24 первого генератора импульсов поступает сигнал с выхода дешифратора, кторый появляется, когда код в одном из счетчиков совпадает с дешифрируемым кодом. Этим достигается ограничение линейного участка регулятора зонами насыщения.

По переключению сигнала на первом выходе триггера 16, (например из О в 1) срабатывает формирователь 11 импульсов (ФИ), с выхода которого сформированным по этому фронту импульсом устанавливаются требуемые коды во всех трех реверсивных счетчиках 6, 12 и 14 и запускается аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2. Одновременно едничный импульс с первого выхода триггера 16 усиливается и поступает на выход регулятора, а также запускает первый генератор импульсов 9 по входу 23 и разрешает прохождение импульса с генератора 21 импульсов через элемент И 17. Импульсы с АЦП 2 через элемент ИЛИ 3 поступают на вычитающий вход PC 6, в котором после окончания операции аналогоцифрового преобразования записан ко отклонения и его знак. После окончания операции аналого-цифрового преобразования первый генераторимпульсов 9 формирует импульсы на выходе 25 или 26 (в зависимости от знака кода в PC 6). Импульсы с оного из этих выходов поступают на входы PC 12 и PC 14, при этом, если PC 12 работает как сумматор, то PC 14 - как вычитатель, и наоборот . Одновременно эти импульсы через преобразователи 7 или 8 частоты поступают на суммирующий вход PC 6, либо на вычитающий вход. Импульсы на выходе 25 (либо 26) пре17 : 4

кращаются, когда сигнал на входе 22 первого генератора 9 импульсов изменяется на противоположный. При этом на соответствующие входы PC 1.2 и PC 14 поступило одинаковое число импульсов, пропорциональное коду и знаку кода отклонения от задания. Преобразователи 7 и 8 частоты введены для установки требуемого коэффициента усиления К в -тракте код отклонения - скважность. При этом, если число импульсов на выходе преобразователя 7 (или 8) больше импульсов на его входе, то К 1, если меньше - К 1.

Импульсы на выходах 25 или 26 первого генератора 9 импульсов прекращаются и в том случае, если код в счетчике PC 12 или PC 14 совпадае с дешифрируемым кодом в дешифраторе 13. Так реализуется режим ограничения.

С генератора 21 импульсов через элемент И 17 (поскольку на первом выходе триггера 16 - 1) и элемент ИЛИ 19 импульсы поступают на вычитакщий вход PC 12. Когда в результате выполнения операции вычитания счетчик опустеет, с его выход переноса через элемент ИЛИ 15 сигнал переключит триггер 16, сигнал на выходе регулятора снимается, а на выходе ФИ 11 импульс не формируется (т.е. ФИ 11 срабатывает лишь на один из перепадов, либо из О в 1,. либо наоборот). При этом импульсы с генератора 21 импульсов через элементы И 18 и ШШ 20 поступают на вычитакиций вход PC 14. Когда счетчик опустеет, с его выхода переноса через элемент ИЛИ 15 триггер 16 переключится (первый выход перейдет из О в 1), что вызывает появление импульса на выходе ФИ 11. При этом устанавливаются коды в PC 6, PC 12 и PC 14, запускается АЦП и т.д., т.е. работа схем повторяется, как и в предьщущем такте.

Таким образом, в регуляторе можно вьщелить следующие основные подциклы: установка исходных кодов в PC 6 (код задания по регулируемой величине), в PC 12 (условно, код импульса) и в PC 14 (код паузы), корректировка кодов в PC 12 и PC 14 по знаку и величине отклонения регулируемой величины от заданной (по S коду, записанному в PC 6 после завершения операции аналого-цифрового преобразования), формирование импульса и паузы в такте работы регулятора по скорректированным кодам в PC 12 и PC 14 с использова нием генератора 21 импульсов. Следует учитывать, что во время корректировки кодов в PC 12 и PC 1 (когда появляются импульсы на выходе 25 или 26) может происходить наложение этих импульсов с импульсами генератора 21. Для этого импульсы с генератора формируют по возможности малой длительности, а корректировку производят с частото значительно превышающей частоту с генератора 21 импульсов. Основные постоянные для регулят ра следующие Tz-lPCl -lPC.Conat -период импульсов на ис.,и- полнительное устройство Р- - исходный код в PC 12; исходный код в PC 14 j -частота генератора 21 импульсов. Исходя из принятых в условносте (PC 12 - реверсивный счетчик импульсов, PC 14 - реверсивный счетчик пауз) для линейной области регулятора можно составить уравнения к.. ±кдк., 1РС12 - РсТ-- б Т . - длительность импульса в имп периоде; 76 К - коэффициент корректировки от кода отклонения в PC 6 к кодам счетчиков PC 12 и PC 14; код разности в PC 6. Знаки + и - в формулах 2 и 3 определяются знаком кода разности в PC 6. Если преобразователи 7 и 8 частоты имеют разный коэффициент преобразования, то линейные участки выходной характеристики при разных знаках отклонения от номинала могут иметь разный наклон, что расширяет возможности регулятора. На участках насыщения выходной характеристики в зависимости от знака разности будем иметь . .(иад . иип -.ruin и/ЦП Схейу регулятора можно организовать и несколько иначе используя лишь один дополнительный реверсивный счетчик (скажем PC 12), но в этом случае дополнительно необходим низкочастотный генератор такта, что в целом не приводит к уменьшению аппаратурных затрат. Таким образом, предлагаемый цифровой регулятор позволяет распространить область его использования на системы, в которых скважность определяет величину регулирующего воздействия, а также в автоколебательных схемах регулирования, если в HHifrимеется существенно инерционное звено и параметры автоколебаний не удается привести к допустимой амплитуде и частоте.

ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий усилитель, первый генератор импульсов, второй генератор импульсов, задающий регистр, разрядные выходы которого подключены к первым входам соответствующих первых элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, а выходы - с установочными входами первого реверсивного счетчика, зна:ковый выход которого соединен с первым управляющим входом первого генератора импульсов, и последовательно соединенные датчик обратной связи и аналого-цифровой преобразователь, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а выход через первый элемент ШШ к вычитающему входу первого реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью расширения области его примен)ения, в него введены два преобразователя частоты, дешифратор, второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, триггер, второй и третий элементы И, второй и третий реверсивные счетчики. выходы переноса которых через второй элемент ИЛИ соединены с входом триггера, управляюпще входы - с выходом формирователя импульсов, вычитающие входы - соответственно с выходами третьего и четвертого элементов ИЛИ, суммирующий вход второго реверсивного счетчика подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ, к X первому выходу первого генератора импульсов и через первый преобразователь частоты - к второму входу первого элемента ИЛИ, суммирующий вход третьего реверсивного счетчика - к первому входу третьего элемента ИЛИ, к второму выходу первого генератора импульсов и через второй (Л преобразователь частоты - .к суммирующему входу первого реверсивного счетчика, причем первый выход триггера соединен с вторым входом второго элемента И, с входом формирователя импульсов, с вторым управляющим входом первого генесо ратора импульсов и через усилитель - с выходом регулятора, второй выход - с первым входом третьего элемента И, второй вход которого подключен к-второму входу второго элемента И и к выходу второго генератора импульсов, выходы второго и третьего элементов И соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого элементов ИЛИ, а разрядные выходы второго и третьего реверсивных счетчиков через дешифратор - с третьим управляющим входом первого генератора импульсов.