Двухканальное программно-задающее устройство Советский патент 1985 года по МПК G05B19/04 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для точного управления температурой по заранее заданной программе. Известно аналого-цифровое программнозадающее устройство, содержащее блок управления, подключенный к первому входу исполнительного механизма, блок задания программы, выходом подкатюченныи к входу блока долговременной памяти, выходом подключенного к входу блока оперативной памяти, блок сигнализации, получающий команды от блока долговременной памяти, цифроаналоговый преобразователь и блок сравнения, излучающие информацию от блока оперативной памяти и воздействующие на входы управляемого генератора, выходом связанного с вторым входом исполнительного механизма, преобразователь угол-код, подключенный входом к выходу исполнительного механизма, а выходом - к входу блока сравнения 1. Устройство обеспечивает задание программ вида «Нагрев-выдержка-охлаждение у однако имеет сложное построение и не позволяет получать сигнал производной от задаваемой программы, для чего в необходимых случаях приходится вводить непосредственно дифференцирование. Известно также аналоговое устройство программного регулирования, содержащее блок управления запуском и остановкой интегратора, выходом подключенный к управляющему входу управляемого генератора, задатчик скорости в виде делителей напряжения, выходом подключенный к информационному входу интегратора, сумматор, один из входов которого связан с выходом интегратора, а второй - с выходом преобразователя, исполнительный механизм, входом подключенный через регулирующий эле мент к выходу сумматора 2. Известное устройство позволяет задавать программы, аппроксимированные отрезками прямых линий, однако при ускоренной проверке и настройке программы величина производной претерпевает существенные изменения. Целью изобретения является расщирение функциональных возможностей устройства путем одновременного формирования производной от задаваемой программы. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее управляемый интегратор, информационный вход которого подключен к задатчику скорости, а управляющий вход - к выходу блока запуска и остановки интегратора, и первый сумматор, введены второй сумматор и для каждого из п участков аппроксимации - задатчик величины зомы нечувствительности, делитель напряжения, переключатель, инвертор, блок деления и регулируемый нелинейный элемент, информационные входы всех п регулируемых нелинейных элементов объединены и подключены к выходу интегратора, управляющий вход каждого регулируемого нелинейного элемента соединен с выходом соответствующего задатчика величины зоны нечувствительности, выход каждого регулируемого нелинейного элемента подключен к входу соответствующего делителя напряжения и к входу знаменателя соответствующего блока деления, вход числителя которого подключен к выходу переключателя и к одному из п входов первого сумматора, выход которого является первым выходом устройства, выход каждого блока деления подключен к одному из п входов второго суммматора, выход которого является вторым выходом устройства, выход каждого делителя напряжения подключен к входу соответствующего инвертора и к первому входу соответствующего переключателя, второй вход которого соединен с выходом инвертора. На фиг. 1 приведена функциональная схема двухканального программно-задающего устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы работы основных функциональных частей устройства. Двухканальное программно-задающее устройство для каждого из п участков аппроксимации содержит задатчик 1 величины зоны нечувствительности, регулируемый нелинейный элемент 2, делитель 3 напряже-ния, инвертор 4, переключатель 5 и блок 6 деления, а также сумматоры 7 и 8, управляемый интегратор 9, блок 10 запуска и остановки интегратора и задатчик 11 скорости. Для каждого участка аппкросимации элементы 1-6 идентичны, однако в связи с тем, что для больщинства программ вида «Нагрев-выдержка-охлаждение примерно половина участков имеют положительные производные, первые 1-п/2 участков могут не содержать инвертора 4 и переключателя 5. На практике достаточно использовать 16- 20 участков из них 8-10 без элементов 4 и 5 (выход 3 непосредственно связывается с входом блока 6 деления и входом сумматора 8). Устройство работает следующим образом. В основу работы устройства заложена реализация принципа кусочно-линейной аппроксимации исходной функциональной зависимости от времени с помощью соответствующих функциональных устройств. Основным элементом устройства явЛЯется регулируемый нелинейный элемент 2, реализующий статическую характеристику UBUX 0 при и вых Ki-T при , ) j Xm« , где (Xf)i - значение времени, определяющее начало открывания нелинейного элемента.

В качестве прецизионного регулируемого нелинейного элемента может быть применена интегральная микросхема К284ПУ1.

Величина входного напряжения, соответствующая началу открывания конкретного нелинейного элемента 2, определяется на основании кусочно-линейной аппроксимации исходной функциональной зависимости и задается подачей на соответствующий вход микросхемы необходимого напряжения, которое получается с помощью соответствующего задатчика 1 (потенциометрического делителя), питаемого стабилизированным напряжением. Нелинейный элемент 2 имеет статическую характеристику с постоянной крутизной. Для изменения этой крутизны в пределах от О до мах на выходе микросхемы устанавливается делитель 3 напряжения, с выхода которого сигнал поступает на второй сумматор 8.

Для формирования участков аппроксимации, имеющих значения

,

на некоторых участках или на всех участках предусмотрены инверторы 4, изменяющие знак выходных напряжений делителей 3.

Для формирования функциональной зависимости, являющейся производной от исходной функциональной зависимости по входному аргументу Х, структурная схема устройства содержит блоки 6 деления, в качестве которых могут применяться интеграль ные микросхемы КМП817ХА1. Каждый блок 6 деления реализует операцию деления выходного сигнала XBWC потенциометрического делителя 3 на его выходной сигнал Хвх .

Таким образом, выходной сигнал блока 6 деления пропорционален крутизне статической характеристики потенциометрического делителя 3, а следовательно, и производной исходной функции на рассматриваемом участке аппроксимации.

Сумматор 7, суммируя выходные сигналы Xi-Xблоков 6 деления, формирует производную от исходной функциональной зависимости.

Времязадающее устройство (интегратора 9) формирует зависимость , где f: - текущее время, а К€ - постоянный коэффициент, определяющий длительность конкретного программного цикла.

Блок 10 запуска постановки интегратора обеспечивает запуск, останов и возврат времязадающего устройства (управляемого интегратора 9). При необходимости вместо элементов 9-11 может быть включено внещнее Времязадающее устройство.

Рабочий цикл устройства происходит следующим образом.

При подаче с блока 10 сигнала на управляемый интегратор 9 на выходе последнего появляется линейно изменяющееся напряжение постоянного тока. J Изменение этого выходного сигнала происходит в функции времени с постоянной скоростью, величина которой задается при настройке программного цикла задатчиком 11.

0п Линейно-нарастающий сигнал подается одновременно на входи всех нелинейных элементов 2. При настройке устройства для формирования исходной функциональной зависимости определяется поеледователь5 ность включения нелинейных элементов, величины отпирающих их напряжений, а следовательно, и коэффициенты передачи потенциометрических делителей 3. По мере изменения входного напряжения нелинейных элементов происходит их поочередное «от пирание, что в свою очередь приводит к появлению на их выходе также линейно изменяющих напряжений , которые подаются на выходы потенциометрических делителей 3. Коэффициенты передачи этих делителей определяют необходимую крутизну исходной функциональной зависимости на каждом участке аппроксимации.

Выходные сигналы делителей 3 напряжения подаются на вход сумматора 8 через переключатели 5 и инверторы 4.

Алгебраическая сумма выходных сигналов всех делителей является исходной функциональной зависимостью. При достижении выходным сигналом времязадающего устройства значения X, соответствующего окончанию программного цикла, блок 10 выдает логический сигнал на остановку управляющего интегратора 9, «замораживания тем самым достигнутое значение сигнала Хвых на уровне, соответствующем окончанию про0 граммного цикла.

Устройство позволяет воспроизводить программируемые функции по времени в пределах 0,1 .ч. При ускоренной проверке заданной программы величины производных не искажаются, что облегчает настройку программы.

Таким образом, функциональные возможности предлагаемого устройства расщиряются путем одновременного формирования производной, облегчения настройки программы по обоим каналам (по функции и производной) и за счет возможности значительного увеличения числа участков аппроксимации.

Un

Г

ДВУХКАНАЛЬНОЕ ПРОГРАММНО-ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее управляемый интегратор, информационный вход которого подключен к задатчику скорости, а управляющий вход - к выходу блока запуска и остановки интегратора, и первый сумматор, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем одновременного формирования производной от задаваемой программы, в него введены второй сумматор и для каждого из п участков аппроксимации - задатчик величины зоны нечувствительности, делитель напряжения, переключатель, инвертор, блок деления и регулируемый нелинейный элемент, информационные входы всех п регулируемых нелинейных элементов объединены и подключены к выходу, интегратора, управляющий вход каждого регулируемого нелинейного элемента соединен с выходом соответствующего задатчика величины зоны нечувствительности, выход каждого регулируемого нелинейного элемента подключен к входу соответствующего делителя напряжения и к входу знаменателя соответствующего блока деления, вход числителя которого подключн к выходу переключателя и к одному из п входов первого сумматора, выход которого является первым выходом устройства, выход каждого блока деления подключен к одному из ел п входов второго сумматора, выход которого является вторым выходом устройства, выход каждого делителя напряжения подключен к входу соответствующего инвертора и первому входу соответствующего переключателя, второй вход которого соединен с выходом инвертора.

Ugj,,x

ившя

ивых иВык,

1уч-к

2t/v-K

Зуч-к

Оуу-к

4 - / участк

Фаг. 2

Uc

г

-USbix. -Ugux

-us,,x

USuix,

iy4-K

2уч-к

ЗУ ч-к

-1 участки

Oyv-K

фиг.З