Многоканальное регулирующее устройство Советский патент 1987 года по МПК G05B1/01 

РГзоОретение относится к сельско- хозяйственной технике и может быть использовано при управлении технологическими объектами с несколькими регулируемыми параметрами, завися- щими от одного регулирующего воздействия, формируемого одним регулирующим органом.

Целью изобретения является повышение надежности устройства,

lia чертеже представлена принципиальная схема устройства; на фиг,2- диаграммы напряжений и токов, иллюстрирующие работу усилителя мощности; на фиг.З - 5 возможные статические характеристики устройства. Устройство содержит блоки I измерения рассогласования, датчики 2, задат- чик 3, усилитель 4 мощности, источник 5 напряжения питания, логический блок 6, диоды 7-9, резисторы 10 и 11, конденсаторы 12 и 13, диоды 14- 17, тиристор 18, диод 19, стабилитрон 20, диод 21, конденсатор 22, резисторы 23 - 25, детекторы 26 и 27 общую гаину 28.

Кроме того, на фиг,2 - 5 приняты обозначения Uj - выходное напряжение источника 5 напряжения питания; и, - . напряжение на катоде диода 17; Ug - напряжение на катоде стабилитрона 20 . - ток через конденсатор 22; U..,,-yQDpi

выходное напряжение устройства; I...

входной ток устройства; I - опорный

TOKi устройства, ток обратной связи устройства.

Многоканальное регулирующее устройство принципиально может содержат любое количество каналов регулирова- ния, В каждом из каналов регулирования оно содержит последовательно соединенные датчик 2 регулируемого параметра и блок 1 измерения рассогласования между заданным и текущим зна чением регулируемого параметра.

Предлагаемое устройство функционально способно осзпдествлять одновременное регулирование таких разнородных регулируемых параметров, как например, минимальный и максимальный уровень воды, давление пара, потребляемые токи и мощности, расход воды, освещенность, температура воздуха воды, пара и т,д,, технологи- ческой установки. Заданное значение любого регулируемого параметра задается с помощью общего для всех каналов легулирования задатчика 3, Вы0

5

5

Q

0

35

Q

Q „

ходы всех блоков 1 измерения рассогласования через логический блок 6, выполняющий функции согласующего преобразователя, подключены к информационному входу усилителя 4 мощности, формирующего управляющее воздействие для регулирующего органа объекта регулирования (т,е. технологической установки), Вход питания усилителя 4 мощности подключен к выходу источника 5 напряжения питания, в качестве которого может быть использована-, например, промьштлемная сеть переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 220 Вт, В качестве усилителя 4 мощности может быть использован управляемый тиристорный преобразователь, конструктивно состоящий из блока тиристоров и блока управления тиристорами.

Каждый из блоков I измерения рассогласования (фиг,1) содержит .первый и второй- резисторы 10 и П, второй и первый конденсаторы 12 и 13, первый и второй детекторы 26 и 27 и общую шину 28,

В качестве детектора 26-(27) в простейщем случае может быть использован диод 15(J4), Направление проводимости детектора 26(27) задается соответствующим включением диода 15(14) и выбирается исходя из вида регулируемого параметра и требований к функционированию блоков 1 измерения рассогласования.

Конденсатор 12 и диоды 14 и 15 составляют цепь обратной связи блока 1 измерения рассогласования, В зависимости от того, какой вид статической характеристики вход-выход установлен по данному каналу регулирования, диоДы 14 и 15 шунтируют конденсатор 13 в направлении от первого вывода первого резистора 10, являющегося быходом блока 1 измерения рассогласования, к его общей щине 28 или в противоположном направлении. Если по каналу регулирования необходима, релейная с гистерезисом статическая характеристика, требуется положительная обратная связь, при.этом направление проводимости диодов 14 и 15 устанавливается в соответствии с направлением к общей шине 28, Для примера такое подключение диодов 14 и 15 показано при конструктивном выполнении первого сверху блока I измерения рассогласования (фиг,1).

Если же по каналу регулирования необходима линейная без гистерезиса статическая характеристика, обратная связь по этому каналу должна быть отрицательной, при этом направление проводимости диодов 14 и 15 устанавливается в соответствии с направлением от общей шины 28. Для примера такое подключение диодов 14 и 15 показано при конструктивном выполнении второго сверху блока 1 измерения рассогласования ,

В качестве логического блока 6 в данном случае может быть применен элемент ИЛИ, содержащий диоды 7-9 (фиг.1).

Усилитель 4 мощности (фиг,1) содержит первьм диод 16, присоединен- ный катодом к информационному входу усилителя мощности, четвертый диод 17, тиристор 18, третий диод 19, стабилитрон 20, второй диод 21, конденсатор 22, второй, третий и первый резисторы 23, 24 и 25 и общую шину 28, Анод четвертого диода 17 и анод тиристора являются входом питания и выходом усилителя 4 мощности. В нем к управляющему электроду тиристора 18 подключен катод второго диода 21, анод которого соединен с анодом первого диода 16 и катодом третьего диода 19, а через конденсатор 22 - с катодом стабилитрона 20. Катод четвертого диода 17 через второй (нагрузочный) резистор 23 соединен с анодом тиристора 18, а через третий (балластный) резистор 24 - с катодом стабилитрона 20, параллельно которому подключен первьй, (разрядный) резистор 25.

Роль нагрузочного резистора 23 может выполнять и непосредственно регулирующий орган объекта регулирования, например источник света, электронагреватель и т.п. (не показаны).

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства в работу напряжение питания с выхода источника 5 напряжения питания подается на вход питания усилителя 4 мощности. На первые входы блоков 1 измерения рассогласования подаются выходные напряжения U датчиков 2 реЮ

15

20

25

30

35

40

45

50

ходных напряжений задатчика 3 и дат чиков 2 регулируемых параметров U и , , а также сопро тивления резист ров 10 и 11 в каждом конкретном канале подобраны таким образом, что если величина регулируемого по этом каналу параметра лежит в зоне допус тимых значений, то с учетом знаков, характеризующих полярность напряжений, удовлетворяется неравенство

Ik R.

+ k R.

О,

(1)

а если величина регулируемого параметра попадает в зону запрещенных значений, то

Ш R.,

+ in RI,

О,

(2)

где Ufgjj /R,o I,-вх выходной ток, про порциональный значению регулируемого параметра, измеряемого i-м .датчиком 2 регулируемого параметра;

и«, /R,, IOH опорный ток, про порциональный значению сигнала задания, формируемого задатчиком 3,

U,-gj, - напряжение, формируемое на выходе i-oro датчика 2 регулируемого параметра;

и„„ - напряжение, формируемое на выходе задатчика 3;

R,o и R,, - сопротивление резисторов 10 и 11.

Допустим, что все регулируемые параметры находятся в допустимых пре делах. Тогда по условию (1) сумма опорного и входного токов 1„„ , 1,9,, I поступающих на обкладку конденсатора 13 каждого блока j измерения рассогласования, больше нуля, и конденсаторы 13 всех блоков 1 заряжены этими токами по отношению к общей шине 28 положительно.

В результате однополупериодного выпрямления выходного переменного синусоидального напряжения Ug источника 5 напряжения питания диодом 17 между его катодом и общей шиной 28 формируется напряжение U в виде положительных полуволн синусоиды, а между катодом стабилитрона 20 и общей шиной 28 - напряжение U , диаграмма изменения во времени которого

вследствие нелинейности вольт-ампергулируемьгх параметров. На вторые вхо- ной характеристики стабилитрона 20 ды блоков 1 измерения рассогласования подается выходное напряжение ,„ задатчика 3. Полярность и величины выимеет форму, близкую к прямоугольной Под действием этого напряжения в моменты его скачкообразного изменения

ходных напряжений задатчика 3 и датчиков 2 регулируемых параметров U и , , а также сопро тивления резисторов 10 и 11 в каждом конкретном канале подобраны таким образом, что если величина регулируемого по этому каналу параметра лежит в зоне допустимых значений, то с учетом знаков, характеризующих полярность напряжений, удовлетворяется неравенство

+ k R.

О,

(1)

15

а если величина регулируемого параметра попадает в зону запрещенных значений, то

+ in RI,

О,

(2)

0

5

0

5

0

5

0

где Ufgjj /R,o I,-вх выходной ток, пропорциональный значению регулируемого параметра, измеряемого i-м .датчиком 2 регулируемого параметра;

и«, /R,, IOH опорный ток, пропорциональный значению сигнала задания, формируемого задатчиком 3,

U,-gj, - напряжение, формируемое на выходе i-oro датчика 2 регулируемого параметра;

и„„ - напряжение, формируемое на выходе задатчика 3;

R,o и R,, - сопротивление резисторов 10 и 11.

Допустим, что все регулируемые параметры находятся в допустимых пределах. Тогда по условию (1) сумма опорного и входного токов 1„„ , 1,9,, I., поступающих на обкладку конденсатора 13 каждого блока j измерения рассогласования, больше нуля, и конденсаторы 13 всех блоков 1 заряжены этими токами по отношению к общей шине 28 положительно.

В результате однополупериодного выпрямления выходного переменного синусоидального напряжения Ug источника 5 напряжения питания диодом 17 между его катодом и общей шиной 28 формируется напряжение U в виде положительных полуволн синусоиды, а между катодом стабилитрона 20 и общей шиной 28 - напряжение U , диаграмма изменения во времени которого

ной характеристики стабилитрона 20

имеет форму, близкую к прямоугольной. Под действием этого напряжения в моменты его скачкообразного изменения

через конденсатор 22 проходят импульсы тока i,,,, (фиг. 3) . Отрииательнь1е по направлению импульсы тока (от обшей шины 28. к катоду стабилитрона 20) замыкаются через диод 19, а положительные (в направлении, от катода стабилитрона 20 к общей шине 28) проходят или через диод.16, если потенциал его катода.ниже .потенциала катода диода 21 или через диод 21, если потенциал его катода вьше потен циала катода диода 16.

В связи с тем, что потенциал катода диода 21 в любом случае близок к потенциалу общей шины 28, т.е. равен нулю, а потенциал катода диода 16 равен потенциалу обкладки одного из конденсаторов 13, имеющего наименьший потенциал по отношению к общей гаине 28, то можно сказать, что импульсы тока будут проходить через диод 21, если конденсаторы 13 всех блоков 1 измерения рассогласования заряжены положительно, и через диод 16, если хотя бы один из конденсаторов 13 заряжен отрицательно.

Так как по изложенному условию конденсаторы 13 всех блоков 1 измерения рассогласования заряжены положительно, импульсы тока проходят через диод 21 и далее через управляющий переход тиристора 18 на общую шину 28, Эти импульсы, следующие в начале каждого положительного полупериода напряжений U 5 и v переводят тиристор 18 на этот полупериод в открытое состояние. Поэтому падение-напряжения между анодом и катодом тиристора 18 при прохождении через него 7ока под действием напряжения Vfi по цепи: нагрузочный резистор 22 - анод - катод тиристора 18 - общая шина 28, равно нулю. Сле- довательно, равно нулю и напряжение на выходе усилителя 4 мощности и ток через конденсаторы 12 и диоды 14 и 15 всех блоков 1 измерения рассогласования не течет,

Предположим далеее, что под действием возму1 ения один или несколько из.регулируемых параметров начнут изменяться, приближаясь к зоне запрещенных значений. При этом, как сле дует из условий (1), начнет уменьlev

за

шаться сумма токов 1,, и .1 счет уменьшения напряжения и,-, , а следовательно, и входного тока .Ijgy , Как только регулируемый параметр достнгнет зоны запрещен}1ых значений, сумма входного и опорного токов согласно неравенству (2) станет меньше нуля, потенциал обкладки конденсатора 13 соответствующего блока 1 измерения рассогласования также станет

га

меньше нуля, и импульсы тока i пройдут через диод 16 на обкладку конденсатора 13, тиристор 18 закроется, падение напряжения на нем, а следовательно, и на выходе регулирующего устройства станет равным на-, пряжению и .

Так как на обкладку конденсатора 13 через диод 16 и один из диодов ло-.i- гического блока 6 поступает не непрерывный ток, а импульсный, еньшает- ся влияние этого тока на заряд конденсатора 13, а следовательно, повышается точность сра внения входного и опорного токов, в то же время он является достаточно мощным сигналом для управления тиристором 18.

Появление напряжения на выходе регулирующего устройства (срабатывание) происходит в момент изменения знака суммы токов, когда

30

О

(3)

и.

и

0Ж-оР(4)

где Ug, .р. - входное напряжение, при котором происходит срабатывание регулирующего устройства.

Отсюда вытекает, что сравнение входного напряжения U,g с опорным Uj, в каждом блоке 1 измерения рассогласования осуществляется не абсолютное, а относительное, чтопозво-. ляет оперировать с различными по уровню напряжения и тока входньми сигналами. Соотношение, в котором сравниваются опорное и входное напряжения, задается независимо по каждому каналу выбором соответствующих по величине сопротивлений резисторов 10 и И .

Независимо по каждому каналу.регулирования задается и вид статической характеристики вход - выход.

Если по техническим или технологическим требованиям необходима по какому-либо из каналов регулирования релейная без гистерезиса статическая характеристика (фиг.З), то кон енсаэтом слу на выходе

7

тор 12 и диоды 4 и 15 в соответствующем блоке 1 измерения рассогласования не устанавливаются, В чае появление напряжения регулирующего устройства (срабатывание) , вызванное уменьшением тока входного сигнала до величины тока срабатывания Т- . , не повлияет в этом блоке 1 измерения рассогласования на соотношение положительного и отрицательного по направлениям токов одним из которых является входной, а другим опорный ток, и, следовательно, не повлияет на заряд конденсатора 13. Поэтому снижение напряжения на выходе регулируюв;его устройства до нуля (возврат в исходное состоя- ние произойдет при увеличении тока входного сигнала до тока возврата Ig,, g , практически не отличающегося от входного тока, при котором происходило срабатывание регулирующего устройства, что и соответствует релейной без гистерезиса статической характеристике.

Требуемая релейная с гистерезисом статическая характеристика (фиг.4) по какому-либо из каналов регулирования может быть получена при положительной обратной связи, если диоды 14 и 15 подсоединить так, как показано на схеме первого сверху блока 1 измерения рассогласования (фиг.2). Тогда при уменьшении входного тока

до

в.up

, сопровождающемся уменьшением заряда конденсатора 13 до нуля, и появлении напряжения на выходе регулирующего устройства через конденсатор 12 и диод I4 на обкладку конденсатора 13 начнет поступать отрицательный по направлению ток обратной связи 1 , который еще более уменьшит заряд конденсатора 13. Поэтому возврат устройства регулирования в исходное состояние, происходящий (как было показано выше), при изменении знака заряда конденсатора 13, осуществится в данном случае только тогда, когда входной ток возрастёт до тока возврата, большего чем ток срабатьшания, на величину тока обратной связи. Т.е. измерение выходного сигнала с изменением входного по данному каналу регулирования будет происходить по релейной с гистерезисом статической характеристике. Ширина петли гистерезиса, зависящая от величины тока обратной свя

Ш

J5

20

25

886498

зи, может быть задана устанонкой н блоке 1 измерени,- рассогласования конденсатора 12 соответствующей емкости.

Если по каналу регулирования осу- п(ествляется отрицательная обратная связь, при этом диоды 14 и 15 в блоке 1 измерения рассогласования подключены так, как показано на схеме второго сверху блока 1 измерения рассогласования (фиг,2) то при уменьшении тока входного сигнала до величины тока срабатывания и уменьшении вследствие этого положительного заряда конденсатора 13 до нуля на выходе регулирующего устройства появится напряжение, через конденсатор 12 и диод 15 на обкладку конденсатора 13 начнет поступать положительный по направлению ток обратной связи. Конденсатор 13 этим током зарядится положительно, на выходе регулирующего устройства напряжение упадет до нуля, ток обратной связи также уменьшится до нуля и далее процесс будет повторяться в описанной последовательности.

Так как при входном токе, равном входному току срабатывания, разность входного тока и опорного, за счет которой осуществляется разрядка конденсатора 13, весьма мала, повторный заряд конденсатора 13 током обратной связи в период времени, когда на выходе регулирующего устройства напряжение , будет осуществляться за очень короткое время, по сравнению с временем разряда, когда, напряжение на выходе регулирующего устройства равно нулю.

Таким образом, средневзвешенное значение напряжения на выходе регулирующего устройства будет близко к нулю. Но при постепенном дальнейшем уменьшении входного тока разряд конденсатора 13 будет происходить быстрее, а заряд медленнее, следовательно, напряжение на выходе регулирующего устройства, равное .U , будет существовать более длительное время и его средневзвешенное значение будет увеличиваться.

Например, если входной ток уменьшится настолько, что разность этого тока и опорного тока дпстигнет по абсолютному значению половины тока обратной связи, разряд конденсатора 13 в период времени, когда напряжение на

30

35

40

45

50

55

912

выходе регулирующего устройства равно нулю, будет осуществляться за такое же время, как и заряд, когда напряжение на выходе регулирующего устройства равно и,, . Средневзвешенное значение напряжения на выходе регулирующего устройства будет равно при этом 0,5 V, Очевидно, что, если разность опорного и входного токов по абсолютному значению достигнет величины тока обратной связи, то после уменьшения заряда конденсатора 3 до нуля и появления напряжения на выходе регулирующего устройства, величина тока обратной связи будет недостаточной для сообщения конденсатору 13 положительного заряда и поэтому напряжение на выходе регулирующего устройства будет равно U до тех пор, пока входной ток при соответствующем изменении регулируемого параметра не увеличится. Следовательно, зависимость между напряжением на выходе регулирующего устройства будет линейной с ограничением в соответствии с графиком на фиг,5;

Указанные отличительные особенности предлагаемого устройства позволяют повысить надежность устройства и, кроме того, расщирить область применимости устройства путем придания ему свойств, позволяющих задать независимо по каждому каналу требуемую статическую характеристику вход - выход при различных по уровню напряжения и тока входны с сигна-.. лах. ,

Таким образом, предлагаемое многоканальное регулирующее устройство по сравнению с известным легко может быть приспособлено для регулирования преобразованных в сигналы т ока или напряжения параметров объекта в том числе и тогда, когда сигналы, по уров ню и характеру изменения разбросаны в щироком диапазоне значений. Устройство обладает повышенной надежностью за счет того, что оно состоит из небольшого числа сравнительно простых конструктивных элементов и.источников напряжения, не требует нормализации входных сигналов,

Формула изобретения

1. Многоканальное регулирующее устройство, содержащее блоки измере

9

10

ния рассогласования, подключенные первыми входами к выходам соответствующих датчиков, вторыми входами - к выходу задатчика, третьими входами - к выходу усилителя мощности, соединенного входом питания с выходом источника напряжения питания, о т-л и- чающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства, в нем дополнительно установлен логический блок, соединенньй входами с выходами соответствующих блоков измерения рассогласования, а выходом с информационным входом усилителя мощности.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блок измерения рассогласования содержит первый резистор, соединенный первым выводом с первой обкладкой первого конденса- тора и с первым t выводами второго резистора и первого детектора, подключенного вторым выводом к первой обкладке второго конденсатора и к первому выводу второго детектора, соединенного вто- рым выводом с второй обкладкой первого конденсатора и с общей шиной, причем вторые выводы первого и второго резисторов, вторая обкладка второго конденсатора и первьй вьшод первого резистора являются первым, йто- рым, третьим входами и выходом блока измерения рассогласования.

,

0

0

5

3. Устройство поп.{,отлича- ю щ е е с я тем, что усилитель мощности содержит первый диод, соединенный анодом с первой обкладкой конденсатора, с анодом второго диода и с катодом третьего диода, подключенного анодоЫ к первому выводу первого резистора, к аноду стабилитрона, к общей шине и к катоду тиристора, соединенного управляющим элетродом с катодом второго диода, а анодом - с первым выводом второго резистора подключенного вторым выводом к като- ду четвертого диода и к первому выводу третьего резистора, соединенного вторым выводом с вторым вьшодом первого резистора и с катодом стабилитрона, причем катод первого диода, анод четвертого диода и анод тиристора являются соответственно информационным входом, входом питания и выходом усилителя мощности.

ILL

Изобретение относится к сельскохозяйственной технике и может быть использовано при управлении технологическими объектами с несколькими регулируемыми параметрами, зависящими от одного регулирующего воздействия, формируемого одним регулирующим органом. Целью изобретения является повышение точности устройства. Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве регулируемые параметры сравниваются в блоках измерения рассогласования по числу регулируемых параметров с одним сигналом задания. Сигналы рассогласования с выхода каждого блока измерения рассогласования через логический согласующий блок поступают на усилители мощности, а его выходной сигнал в качестве сигнала обратной связи поступает на третьи входы блоков измерения рассогласования. Регулируемые параметры и сигнал задания согласуются между собой по величинам и сигналам в блоках измерения рассогласования, 2 з.п, ф-лы, 5 ил. о (О (Л ГС .00 00 О5 ; со

«.

/Л /Л

Статические характеристики 1.Релейные Iloc-

, Вых

1бх

а) I on об I

фиг.З К Релейные с гистерезисом iloc O)

а)

Редактор А, Шандор

В)1оп-0 f) }1«,0

/1да,/ //аС///««/ //«//W //«/

риг.5

Составитель Ю. Гладков Техред а.Кадар .Корректор И. Эрдейи

Заказ 7805/45 Тираж 885 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

5ь,л

ISL

18л

S)