Корректирующее устройство системы автоматического управления (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G05B11/01 

20

Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в системах автоматического управления (САУ) в качестве корректирующего устройства. .5

Цепью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения диапазона регулирования постоянных времени.

На фиг.1 приведен блок-схема уст- О ройства по первому варианту; на + и фиг.2 - то же, по второму варианту.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 операционные усилители, первый 3 и второй 4 источники питания, 5 первый 5, второй 6, третий 7, четвертый 8 и пятый 9 пассивные двухполюсники. На чертежах показаны не- инвартирующий 10 и инвертирующий 11 входы первого операционного усилителя , входные Клеммы 12 устройства, общая клемма 13 второго 6 и третьего 7 пассивных двухполюсников, неинвертирующий 14 и инвертирующий 15 входы второго 2 операционного усилителя, выходная клемма 16 устройства, двигатель 17 постоянного тока, редуктор 18, потенциометр 19 со средней точкой, третий 20 источник питания.

Корректирующее устройство работает следующим образом.

Приложенное ко входу устройства напряжение U создает входной ток 35 1, протекающий по первому пассивному двухполюснику 5 с импедансом Z, (здесь и ниже принято, что нижние индексы токов и соответствукидих им- педансов совпадают). Благодаря до- 40 вольно большому коэффициенту усиления операционных усилителей их входные токи и разности потенциалов между узлами 11 и 10, а также 15 и 14 можно считать равньми нулю.

При этом выполняются следующие отношения:

25

позволяет найти токами

соотношение между

1.3

1.

b-z. VZ,

(3)

Выходное 1гапряжение U определяется суммой напряжений:

-Uii.,+ ivi5- Uib-..

,

-

isn t

(4)

Для корректирующего устройства по первому варианту (фиг.1):

и

.-IsZ.

i6,()

Подстановкой (4) получаем

(5)

(1), (3) и (5) в

и.

-i,z

- I.

Z, +Z,.

(6)

- т 2j-2Ё.

17+7 Л Ц

Из (6) и (1) находим выражение передаточной функции корректирующего устройства по первому варианту:

30

W(S)

Ы§1 и, (S)

- -. -- ( Z.

+ z 3-I2a.. Z3 + z

(7)

которое характеризует работу устройства в установившихся и переходных режимах при любых входных сигналах.

Передаточная функция прототипа имеет вид:

W(S)

Z Z,

(8)

Ja

I 1

t

5

и

1i,lS 1V i

Напряжение U ,, означает разность потенциалов между узлами 13 и 14 (по этому же принципу ниже обозначены и другие напряжения).

Последнее выражение с учетом, что

I, + 1„

Сравнивая выражения (7) и (8), 45 можно увидеть, что передаточная функция (7) предлагаемого устройства имеет более сложный характер, что расширяет функциональные возможности :1т ( корректирующих устройств.

V, . .

50 Каждому варианту исполнения пассивных двухполюсников соответствует свой вид конкретной передаточной функции. Для простейших разновидностей, когда каждый пассивный двухполюс55 ник выполнен в виде резистора или конденсатора, имеют место 32 варианта j различающиеся по выражениям коэффициентов дробнорационального вы(2)

позволяет найти токами

соотношение между

1.

b-z. VZ,

(3)

Выходное 1гапряжение U определяется суммой напряжений:

-Uii.,+ ivi5- Uib-..

,

-

isn t

(4)

Для корректирующего устройства по первому варианту (фиг.1):

(5)

(1), (3) и (5) в

и.

-i,z

- I.

Z, +Z,.

(6)

- т 2j-2Ё.

17+7 Л Ц

Из (6) и (1) находим выражение передаточной функции корректирующего устройства по первому варианту:

W(S)

Ы§1 и, (S)

- -. -- ( Z.

+ z 3-I2a.. Z3 + z

(7)

которое характеризует работу устройства в установившихся и переходных режимах при любых входных сигналах.

Передаточная функция прототипа имеет вид:

W(S)

Z Z,

(8)

ражения передаточной функции. Так, если в качестве пассивного двухполюсника 6 включить конденсатор, а остальные элементы - резисторы, то передаточная функция (7) корректирующего устройства .соответствует пропорционально-интегральному (ПИ) звену.

Устройство по второму варианту (фиг.2) имеет передаточную функцию

(9)

Ы31 i. и, (S) Z,

(Z + Z, )

(Z,

TgS

где Т - постоянная времени интегрирования, определяемая параметрами интегрирующего двгателя постоянного тока 17, коэффициентом передачи редуктора 18 и величиной напржения третьего источника питания 20.

Анализ выражения (9) показывает, что устройство по второму варианту обладает новым по сравнению с первым вариантом,свойством-возможностью полностъю независимой настройки коэффи циента усиления путем изменения пассивного двухполюсника 6 и постоянной , времени интегрирования путем изменения пассивного двухполюсника 9.

Изобретение обеспечивает увеличение диапазона регулирования постоянных времени, упрощение настройки параметров корректирующих устройств и расширение их функциональных возможностей.

(9)

Формула изобретени

1. Корректирующее устройство системы автоматического управления содержащее операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен через пассивный двухполюсник с входной клеммой устройства и одной клеммой второго пассивного двухполюсника, неинвертирующий вход соединен с второй входной клеммой устройства и шиной Земля источника питания, соединенного с соответствующими клеммами операционного усилителя, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей

с

25

и, 20 я ,

за счет увеличения диапазона регулирования постоянных времени, в него дополнительно введены третий, четвертый и пятьй пассивные двухполюсники, 5 второй операционный усилитель, соединенный с йторым источником питания клемма Земля которого соединен с неинвертирующим входом второго операционного усилителя непосредственно

О и через третий пассивный двухполюсник с второй клеммой второго пассивного двухполюсника, которая через четвертый пассивный двухполюсник соединена с инвертирующим входом второ- ) 15 го операционнога усилителя, выход которого через пятьй пассивный двухполюсник соединен с его инвертирующим входом и непосредственно с выходом устройства.

2. Корректирующее устройство системы автоматического управления, содержащее операционный усилитель, инвертирующий вход которого соединен через пассивный двухполюсник с входной клеммой устройства и одной клеммой второго пассивного двухполюсника, неинвертирующий вход соединен с второй входной клеммой устройства и щиной Земля источника питания, соединённого с соответствующими клеммами операционного усилителя, выход которого является выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с л- тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения диапазона регулирования постоянных времени, в него дополнительно введены третий, четвертый и пятый пассивные двухполюсники, второй операциов40 ный усилитель, второй и третий источники питания, двигатель постоянного тока с редуктором, механически связанным с подвижным контактом потенциометра со .средней точкой, кото45 рый соединен с клеммами третьего источника питания, клеммы Земля второго и третьего источников питания соединены с клеммой якоря двигателя постоянного тока и неинвертирующим

50 входом второго операционного усилителя непосредственно и через третий пассивный двухполюсник - с второй клеммой второго пассивного двухполюсника, которая через четвертый пассив55 ный двухполюсник соединена с иеинвер- тирующим входом второго операционного усилителя, выход которого соединен с второй клеммой якоря двигателя по30

35

512280696

стоянного тока непосредственно и че- контакт потенциометра со средней точ- реэ пятый пассивный двухполюсник - с кой соединен с выходом устрой- его инвертирующим входом, подвижный ства.

J5 J/

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для использования в системах автоматического управления (САУ) в качестве корректирующего устройства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения диапазона регулирования постоянных времени. Устройство может быть реализовано в двух вариантах. По первому варианту оно содержит два операционных усилителя, два источника питания и пять пассивных двухполюсников. По второму варианту она дополнительно содержит двигатель постоянного тока, редуктор, потенциометр и третий источник питания. Сущность изобретеиия заключается в возмбжнбс- ти независимой настройки коэффици- ента усиления и постоянной времени интегрирования. Кроме того, существенно расширяются диапазон регулирования постоянных времени. 2 с.п. , 2 ил. (Л to ю 00 О) со

Редактор К.Волощук

Составитель Г.Нефедова

Техред И.Попович Корректор А.Зимокосов

Заказ 2286/48Тираж 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, РауШская наб., д. 4/5

.Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4