Система экстремального регулирования электронно-лучевым вентилем Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

Сд

0д

о

о

NP

i

Изобретение относится к самонастраивающимся системам автоматического регулирования и может быть использовано для оптимизации работы различных технологических систем, имеющих экстремальные статические характеристики при одном управлякяцем воздействии, в частности для управления электронно-лучевым вентилем (ЭЛВ).

Цель изобретения - повышение быстродействия.

На фиг. t приведена функциональная схема предлагаемой системы экстремального регулирования; на фиг. 2 - временные диаграммы ее работы на фиг. 3 - регулировочные характеристики ЭЛВ.

Как видно из кривых (фиг. 3) суммарные потери мощности в ЭЛВ, равные сумме потерь мощности на аноде и управляющем электроде, увеличиваются с увеличением анодного тока Jj;. Однако для каждого значения тока Jo( существует определенное значение напряжения управления Uu, при котором указанные потери минимальны. Экстремальный регулятор осуществляет выход в точку минимум потерь для любого значения тока анода.

Система содержит счетчик импульсов 1, цифроаналоговый преобразователь 2, регулируемьй источник питания 3, ключ 4, электронно-лучевой вентиль 5, датчик экстремума 6, запоминающее устройство 7, первый и второй компараторы 8 и 9, генератор импульсов 10, элемент И 11, первый элемент ИЛИ 12, формирователь одиночных импульсов 13, второй эле мент ИЛИ 14, блок 15 управляющих сигналов, третий элемент ШШ 16, блок 17 начальной установки счетчика импульсов и блок 18 сравнения.

Датчик экстремума 6 содержит датчик напряжения управляющего электрода вентиля 19, датчик напряжения на аноде вентиля 20, датчики тока управлякяцего электрода и анода вентиля 21 и 22, первый 23 и второй 24 блоки умножения, выходы которых соединены с входами устройства суммирования потерь мощности 25, вмкод котрого соединен с входом запоминающего устройства,

Запоминающее устройство 7 включает в себя ключи 26 и 27 и коцден022

саторы 28 и 29. Блок 17 начальной установки содержит вентили 30 записи. Счетчик t импульсов состоит из счетного триггера 31, триггеров 32 типа RS и схем И 33. Число разрядов счетчика импульсов выбирается исходя из обеспечения режима работы ЭЛВ в точке экстремума. Выходы Q,триггеров 32 управл дат ключами 34

цифроаналогового преобразователя 2. С помощью данных ключей резисторы 35, имеющие одинаковые веса, подключаются к эталонному напряжению Е. Система экстремального регулирования работает следующим образом.

При отсутствии:управляющего сигнала Ug (интервал O-t, , 4мг. 2) с блока 15 управляющих сигналов ключ

4 и электронный вентиль 5 закрыты, через элемент RIIH 16 на входы вентилей 30 записи поступает сигнал, разрешающий запись единицы во все триггеры 32, которые принимают одинаковые состояния. Единицы на выходах Q триггеров открывают ключи 34 цифроаналогового преобразователя 2,. которые подключают резисторы 35 эталонному источнику Е. На выходе преобразователя устанавливается максимальное напряжение UBN . Это напряжение поступает на вход регулируемого источника 3 питания, на выходе которого устанавливается максимально заданное напряжение

управления U вентилем. В момент t, сигнал управления с блока 15 отпирает ключ 4 и соответственно электронный вентиль 5, с помощью вентилей 30 записи запрещает запись

единицы на входы триггеров 32 счетчика 1 импульсов, запускает генератор 10 импульсов и формирует в момент tj на выходе формирователя 13 одиночнь01 импульс. Повышенное

начальное напряжение, прикладываемое к управляющему электроду вентиля, форсированно перезаряжает входную емкость вентиля, уменьшая тем самым длительность переднего фронта. Напряжение U, с датчика экстремума, пропорциональное суммарным потерям мощности в вентиле (точка 1,г. 3) поступает на входы компараторов в и 9, выполняющих роль

устройств сравнения и на вход

электронного ключа 26. Первый импульс Vf с генератора 10 кратковременно открывает ключ 26, и началь3

ное значение Up запоминается на конденсаторе 28. Ключи 26 и 27 работают в противофазе. При отсутствии импульса с генератора 10 ключ 26 закрыт, а ключ 27 открыт. Поэтому после окончания первого импульса напряжение с конденсатора 28 перезаписывается на конденсатор 29. На входы блока сравнения подаются. сигналы с датчиков 20 и 21 тока Uj и , пропорциональные соответственно точкам управления и анода ЭЛВ.

Известно, что точке экстремума, т.е. минимальным суммарным потерям мощности на аноде и ускоряющем электроде вентиля, соответствуют вполне определенные отношения токов Лу/Ja К. Если выбрать значения коэффициентов К, и Kj таким образом чтобы в точке экстремума выполнялось равенство U, U, то имеем Кг

При отклонении от точки

К

К 1

экстремума (работа на ветви параболы) равенство U Uj нарушается за счет перераспределения токов анода и управлянщего электрода и с блока сравнения 25 появляется разность напряжений А и) U, - U , величина которой увеличивается по мере удаления от точки экстремума. Эта разность напряжений используется для управления частотой генератора импульсов. Частота с выхода генератора меняется пропорционально сигналу рассогласования, поступающего с блока 18 сравнения: чем больше сигнал рассогласования, тем выше частота генератора импульсов. В начальный момент t после отпирания вентиля 5 (точка 1, фиг. 3) разность напряжений, поступающих с датчиков токов 19 и 22 на блок 18 сравнения велика, поэтому на выходе генератора 10 устанавливается соответственно большая частота. В области экстремума частота уменьшается, таким образом время на рысканье экстремума уменьшается. Но минимальная частота в области экстремума выбирается оптимальной для данной системы регулирования. В момент tj импульс с формирователя 13 через элемент ИЛИ 14 поступает на вход счетчика 1 импульсов и вызывает появление на выходе От счетного триггера 31 логической единицы, что

560024

приводит к срабатыванию первого триггера счетчика. Логический нуль с выхода Q первого триггера подается на ключ 34, который отключает 5 от источника Е резистор 35 первого триггера. Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя уменьшается , что приводит к уменьшению напряжения на выходе источника до 10 значения U и соответственно к уменьшению потерь мощности и напряжения Up на входах компараторов 8 и 9. Компараторы вьтолнены таким образом, что при положительной разности нап15 : ряжений на входах а и fc ( Д Up Ua - 0) компаратор 8 на выходе вьщает единицу, р. компаратор 9 - нуль, при отрица ельной разности ( Д Up 0) наоборот. Если разЮ ность будет равна нулю, с выходов компараторов на элемент ИЛИ 12 поступает нуль. Начиная с момента t , Л Up О, единица с выхода компаратора В разрешит прохождение импульса с генератора 10 и на вход счетчика. С приходом второго импульса с генератора 10 (момент t) ключ 26 снова кратковременно замыкается, а ключ 27 размыкается, напряжение 30 Ujy на конденсаторе 28 принимает новое значение напряжения с датчика 1 экстремума, равное Upj . Состояние Компаратора 8 не изменяется, так как разность Д Uo остается пот ложительной. Поэтому второй импульс с генератора 10, поступая через элементы И 11 и ИЛИ 14 на вход счетчика 1, изменяет состояние триггера второго разряда, напряжение на выходе блоков 2 и 3 уменьшается, далее процессы повторяются. После каждого переключения очередного триггера счетчика напряжение управления вентилем 5 уменьшается. При , этом уменьшается и величина kU(, стремясь к нулевому значению. В момент t , когда АUp О и напряжение источника 3 достигает значения Urn,, потери мощности будут минимальными Р Р« (точка 2, фиг. 3),

компаратор b переходит в другое состояние, запрещая через элемент И 11 прохояфсение импульсов на вход счет.чика. В системе регулирования насту. пает установившийся режим, характеризующийся минимальными потерями на вентиле для тока .

При сбросе нагрузки (J Ja момент t,) потери мощности на вентяле снижаются (точка 3, фиг. 3), напряжение на входе компараторов уменьшается до величины Up , что вновь приводит к появлению положительной разности Д Up. Импульсы с ге.нератора 10, поступая в счетчик, приводят к уменьшению напряжения на выходе регулируемого источника 3 питания до тех пор, пока суммарные потери мощности не достигнут

минимального значения Р для тока Joj. (точка 4) .

При набросе нагрузки (Лд Jog момент t) потери мощности увеличиваются (точки 5 и 6), разность ДUp становится отрицательной, так как напряжение на запоминающем конденсаторе 29 становится меньше напряжения Upr пропорционального возникшим потерям мощности. Срабатывает компаратор 9 и его положительный перепад напряжения Uj, через элемент 16 и блок 17 записывает единицу во все триггеры счетчика. Напряжение управления электронным венгллем скачком увеличивается формирую переходный процесс. С гфиходом тактового импульса (момейт t) происходит запись напряжения и на конденсатор 28 и сброс счетчика, напряжения Uy и уменьшаются . Так как напряжение йа конденсаторе 29 меньше Up,, то величина UU по-прежнему остается отрицательной

В момент tg вновь происходит запись на конденсатор 29, сброс регистра и дальнейшее уменьшение напряжения Uy. В момент tg после окончания

тактового импульса происходит перезапись напряжения на конденсатор 29, разность напряжения становится положительной, компараторы 8 и 9 меняют свое состояние. Далее устройство регулирования начинает работать как и при включенш вентиля, но по другой диаграмме перемещения напряжения управления (по кривой 6 и 7, фиг. 3). Частота формироваS теля 13 одиночных импульсов выбирается значительно меньше минимальной частоты генератора 10 импульсов . Формирователь 13 служит для начального запуска системы экстремального регулирования и для последующего опроса ее состояния, что повышает надежность устройства. Например, при 1ютере информации в запоминакяцем устройстве 7 очередной

S одиночный импульс позволяет системе вновь выйти на режим и достичь точки экстремума. Увеличение частоты генератора импульсов благодаря выполнению его управляемю на отрез0 Кб регулировочной характеристики удаленной от области экстремума, позволяет уменьшить время выхода системы в оптимальный режим регулирования, повышая тем самьв быстродействие .

2

Fy%

J5 I ji , 1 §§i§ I 11 I It Mil til t I I I - Уш is.

VA

i

Upi

tfmt

(i

Ut

Upl

СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВШ ВЕНТИЛЕМ по авт. св. IP 938257, отличающаяся тем, что, с целью повышения (.ютродействия, в нее введен блок сравнения, а генератор импульсов выполнен управляе в lм по частоте импульсов, причем первый и второй входы блока сравнения соеда1нены соответственно с вторым и третыш выходами датчика экстремума, а выход блока сравнения соединен с управляющим входом генератора ютульсов.

v

tb ГЧ. «

d

Mn I i iliii I Iiii I

« .

TIP

1

itt.t I, i. ii t Фиг.З