Частотно-импульсный регулятор Советский патент 1986 года по МПК G05B11/26 

. I

Изобретение относится к теплоэнергетической и химической технике и может быть применено в установках, входным сигналом которых является серия модулированных по частоте элек- тpичecкйk импульсов.

. Цель изобретения - порьшение быстродействия и уменьшение перерегулирования и амплитуды автоколебаний регулятораi

На фиг.1 приведена функциональная схема регулятораJ на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие раббту регулятора; на фиг. 3 - структурные схемы регулятора: при различных режимах его работы.

Регулятор содержит усилитель 1 напряжения, интегратор 2, ключ 3, первый 4, второй 5, третий 6 и четвертый 7 релейные блоки, первый 8 и второй 9 источники опорного напряжения, первый 10, второй 11, третий 12, четвертый 1.3 и пятый 14 одиовиб- раторы, первый 15 и второй 16 усилители мощности, третий 17, четвертый 18, первый 19 и второй 20 элементы . ИЛИ, конденсатор 21, операционный усилитель 22 и резистор 23.

На чертежах приняты обозначения: - входное напряжение регулятору равное разности между заданным и действительным значениями регулируемого параметра; 1, выходное напряжение усилителя 1 напряжения; U, выходное напряжение интегратора 2; и,,, и выходные напряжений соответственного первого 4 и второго 5 ре - лёйных блоков; Uj , выходные напряжения соответственно третьего 17 и четвертого .18 элементов ИЛИ; il, , в - выходные напряжения соответственно первого 10 и .второго 11 одно- вибраторов; U,, - выходные напря- жения соответственно первого 15 и второго 16 усилителей мощности, являющиеся выходными сигналами регулятора f, - выходное напряжение первого элемента ИЛИ 19, ц- выходное напряжение третьего однрвибратора 12; - выходное напряжение второго элемента ИЛИ 20; Ц , U, -выходные напряжения соответственно третьего 6 и четвертого 7 релейных блоков; и , и, - выходные напряжения соответственно четвертого 13 и пятого 14 .одновибраторов; и - напряжение, характеризующее величину сигнала на выходе исполнительного механизма системы автоматического регулирования

5

380282

при использовании в его качестве устройства с постоянной сжоростью перемещения;Ч„(Р) -передаточная функция фиЛьтра модулятора; НЭ - не5 линейный элемент в виде квантователя приращений;W (р) - передаточн1ая функция формирователя прямоугольных импульсов длительностью У Д и а - величины зон нечувствительности.

0 Регулятор работает следующим образом.

На вход регулятора поступает входное напряжение , равное разности между заданным и действитель15 ным значениями регулируемого параметра. Напряжение Kg усиливается усилителем 1 напряжения, с выхода которого напряжение и KLlg,( поступает на вход интегратора, а также на входы

0 третьего 6 и четвертого 7 репейных блоков, которые служат для опред ения знака входного напряжения. Если, нап- ример, входное напряжение , имеет положительное значение, а усилитель 1 напряжения усиливает сигнал беа его интвертирования, на выходе тре тьего релейного блока 6 имеет- ся напряжение U положительной полярности, а напрягжение на вькодё четвертого релейного блока .8 равно нулю. Напряжение О, инвертируется, и интегрируется интегратором 2 и с его выхода напряжение U поступает на входы первого 4 и второго 5 релейных блоков имеющих зону нечувствительности. Величина зоны нечувствительности определяется источниками 8 и 9 опорного напряжения подключен- ными выходами к опорным входам соответствующих релейных блоков 4 и 5. При достижении напряжением Uj на выходе интегратора 2 значения зоны . нечувствительности д второго релейного блока 5 и ее превышения он срабатывает, фо1(мируя на своем выходе кусочно-постоянное напряжение положительной полярности U . Напряжение и поступает через четвертый элемент ИЛИ 18 (напряжение Uj на выходе четвертого элемента ИЛИ 18) на вход второго одновибратора 11 и через первый элемент ИЛИ 19 (напряжение и, на выходе первого элемента ИЛИ 19) на вход третьего одновибратора 12. По переднему фронту нап5 ряжения U происходит-запуск третьего одновибратора 12 а по переднему фронту напряжения U - запуск второго одновибратора 11. Напряже0

5

0

5

0

ниё U с выхода второго одновибра- тора 11 поступает на вход второго усилителя 16 мощности. С выхода второго усилителя 16 мощности напряжение и поступает на выход регу- пятора к исполнительному устройству системы автоматического регулирования. Длительность импульса f (Ug) на выходе второго одновибратора 11 и соответственно напряжения U на выходе регулятора определяется динамическими характеристиками системы автоматического регулирования и осо;л бенностйми применяемых исполнительных

устройств. Длительность импульса напря- элементов отключены от выхода усилижения U,,j на выходе третьего одновибра- ора 12 устанавливается минимально возможной, исходя из условия полного разря

. да конденсатора интегратора 2 за время действия импульса, так как импульс jO напряжения U поступает через второй элемент ИЛИ 20 (напряжение на выходе второго элемента ИЛИ 20) на управляющий вход ключа 3, вызывая его

. замыкание и соответственно закорачи- 25 вание конденсатора 21 интегратора 2.

При сохранении положительного значения входного напряясения (J на входе регулятора описанный процесс повторяется и на вькоде регулятора Формиру-,.

. етея последовательность модулировая- ных по частоте импульсов напряжения U,o поступающих на исполнительней механизм системы. В момент перехода

теля 1 напряжения, структурно схема регулятора полностью соответствует структуре обычного интегрального частотно-импульсн о модулятора, представленной на фиг. 3 а.

Характеристика НЭ обладает прямым гистерезисом (фиг. За), причем величина гистерезиса д равна величи нам кванта-Д характеристики НЭ; В предлагаемом регуляторе благодаря обнулению интегратора 2 каждый раз 1при переходе входного Напряжения через нулевое значение и одновремен- ному формированию импульса управления обеспечивается формирование переменного отрицательного гистерезиса в характеристике НЭ, причем его вели чина Д имеет произвольный характер в пределах от О до в зависимости от начальных условий (фиг.З б). Наличие отрицательного гистерезиса поз воляет повысить быстродействие регулятора и уменьшить амплитуду автоколебаний на выходе системы.

входным напряжением U через нулевое

значени е при отработке управляющего или возмущающего воздействия, например положительного на отрицательное, происходит срабатывание четвёртого релейного блока 7 и на выходе последнего возникает кусочно-постоянное напряжение U , Лоступаюшее на вход пятого одновибратора 14 и вызывающий его запуск. Длительность импульса напряжения U,, на выходе пятого одйо- вибратора 14 устанавливается равной длительности импульса напряжения U на выходе третьего одновибратора 12.

Благодаря поступлению импульса йапряжения и„ с выхода, пятого одно- вибратора 14 на входы третьего 17 и второго 20 элементов ИЛИ, при этом обеспечивается обнуление интегра тора 2 и формирование управляющего импульса первым одновибратором 10, что приводит-к реверсированию исполни- тельного устройства. При сохранении отрицательного значения входного напряжения Ug дальнейший процесс регу2380284

лирования обеспечивается до следующего момента перехода входного напряжения Ug, через нулевое значение при срабатывании первого релейного блока 4 каждый раз, когда напряжение U, на выходе интегратора 2 достигает значения, превышающего зону нечувствительности первого релейного блока 4, Дальнейший процесс повторяется аналогично описанному. Изменение сигналов на выходе отдельных блоков регулятора в процессе регулирования представлено на фиг.2. Если входы третьего 6 и четвертого 7 релейных

10

элементов отключены от выхода усилиO

5

.

5

0

:

5

теля 1 напряжения, структурно схема регулятора полностью соответствует структуре обычного интегрального частотно-импульсн о модулятора, представленной на фиг. 3 а.

Характеристика НЭ обладает прямым гистерезисом (фиг. За), причем величина гистерезиса д равна величи- нам кванта-Д характеристики НЭ; В предлагаемом регуляторе благодаря обнулению интегратора 2 каждый раз 1при переходе входного Напряжения через нулевое значение и одновремен- ному формированию импульса управления обеспечивается формирование переменного отрицательного гистерезиса в характеристике НЭ, причем его величина Д имеет произвольный характер в пределах от О до в зависимости от начальных условий (фиг.З б). Наличие отрицательного гистерезиса позволяет повысить быстродействие регулятора и уменьшить амплитуду автоколебаний на выходе системы.

Теоретические расчеты и экспериментальные исследования модели частотно-импульсного регулятора на АВМ показали, что применение предложенной структуры регулятора позволяет при одинаковых характеристиках линейной части системы повысить ее быстродействие, уменьшить перерегулирование и амплитуду автоколебаний на выходе системы при ее работе .в автоколебательном режиме.

Формула изобретения

Частотно-импульсный регулятор, со- держаидай последовательно соединенные первьй одновибратор и первый усили- мощности, последовательно соединенные второй одновибратор и второй усилитель мощности j а также первый и второй

релейные блоки, соединенные опорными входами с выходами соотве-тственно первого и второго источников опорного напряжения, а выходами - с первым и с вторым входами первого элемента ИЛИ, подключенного выходом к входу третьего одновибратора, усилителе напряжения, соединенный выходом с информационным входом интегратора, через третий релейный блок - с входом четвертого одновибратора, а через четвертый релейный блок с входом пятого одновибратора, отличающий с я тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения перерегулирования и амплитуды автоколебаний регулятора, в нем дополнительно установлены второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, причем первый вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом neTBepforo одновибратора и с пер- вым входом четвертого элемента ИЛИ, второй вход - с выходом пятого одно- вибратора и с первым входом третьего элемента ИЛИ, третий вход - с выходом третьего одновибратора, а выход - с управляющим входом интегратора, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом первого релейного блока, а выход - с входом первого одновибратора, второй вход четвертого элемента ИЛИ соединен с выходом второгорелейного блока,авыход-с входом второгоодновибратора,выход интегратора соединенс информационными входами первогои второго релейных блоков.

Изобретение относится к области теплоэне15гетической и химической техники и может найти широкое применение в установках, входным сигналом которых является серия модулированных по частоте электрических, импульсов. В регуляторе решаются задачи повьппения быстродействия и уменьшения перерегулирования и амплитуды автоколебаний. Эти задачи решаются следующим образом. Входной сигнал регулятора через усилитель напряжения поступает на входы интегратора и третьего и четвертого релейных блоков. Выходные сигналы третьего и четвертого релейных блоков через четвертый и пятый одновибраторы поступают на первый и второй входы второго элемента ИЛИ, йа третий вход которого поступает выходной сигнал третьего одновибратора. Выходной сигнал второго элемента ИЛИ поступает на управляв ющий вход интегратора. Выходной сиг - нал интегратора поступает на информационные входы первого и второго релейных блоков. Выходной сигнал пер вого релейного, блока поступает на первые входы первого и третьего элемента ИЛИ. Выходной сигнал второго релейного блока поступает на второй вход первого и первый вход четвертого элементов ИЛИ. Выходной сигнал первого элемента ИЛИ поступает на вход третьего одновибратора. ВьЬсод. ной сигнал четвертого одновибратора поступает на второй вход четвертого элемента ИЛИ, выходной сигнал которого через второй одновибратор поступает на вход второго усилителя мощности. Выходной сигнал пятого одновибратора поступает на второй вход третьего элемента ИЛИ, выходной сигнал которого через первый одновибратор поступает на вход первого усилителя мощности. 3 ил. . (О с: IsD 00 00 о ю 00

.J

а

Чвк

%

У/7л.

Редактор М.Дыпын

Составитель Ю.Гладков

Техред О, Fop ТВ аи Корректор М.Пожо

Заказ 3289/47 Тираж 836Подписное

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

НЭ

г,, и,,и,о

{1 e ff

да

,3