Экстремальный регулятор для резонансного объекта Советский патент 1988 года по МПК G05B13/02 

4:

СО

ел

00

Изобретение относится к электрическим системам управления и может быть использовано в системах подстройки частоты резонансных объектов ультразвуковой техники и технологии, вибрационных машцн, RLC-контуров и др. Целью изобретения является повышение устойчивости регулятора при периодических изменениях регулируемой величины. Регулятор содержит резонансный объект 1, датчик 2 управляемой величины, выпрямитель 3, конденсатор 4, элементы сравнения 5,9, детектор 6 пропадания импульсов, разрядный ключ 7, Т-триггер 8, интегратор 10, исполнительный механизм 11, Регулятор работоспособен, и устойчив при периодических изменениях регулируемой величи ны за счет детектора пропадания импульсов, вьшолненного на основе тай- с мера, который исключает ложные ревер- сы при поиске глобального экстремума. 2 ил. (Л с

Фиг. 1

Изобретение относится к электрическим .системам управления и может быть испольэсвайо в системах подстройки частоты резонансных объектов, вибрационных ма1пин, RLC-контуров и др.

Целью изобретения является повышение устойчивости регулятор а при периодических изменениях регулируемой величины,

На фиг. изображена схема регулятора; на фиг,2 - эпюры напряжения, поясняющие работу экстремального регулятора.

Регулятор содержит резонансный объект 1, датчик управляемой величины 2, выпрямитель (диод) 3, запоминающий конденсатор А второй элемент сравнения 5, детектор пропадания им пульсов 6, разрядный ключ 7, Т -триг- гер 8, первый элемент сравнения 9, интегратор 10, исполнительный механизм 11.

На эпюрах напряжения изображены:

, - пульсации напряжения источник питания; U - напряжение на выходе, датчика 2 управляемой величины; U - напряжение на выходе вьтрямителя 3, Uj - напряжение на выходе конденсатора 4; U4 - напряжение на выходе второго элемента сравнения 5; Uy - напряжение на выходе детектора пропадания импульсов 6; Ug - напряжение на первом выходе Т-триггера 8; U - напряжение на выходе, первого элемент сравнения 9; Ug - напряжение на выходе интегратора 10.

Экстремальный, регулятор для резонансного объекта работает следующим образом. .

Пусть модуляция амплитуды сигнала и,- с выхода датчика 2 управляемой вел ичины обусловлена пульсациями напряжения и.,„, источника питания (см.

«ИТ

фиг.2).

На вход резонансного объекта 1 от исполнительного механизма 1 поступает регулирующее воздействие, приводящее к колебаниям управляемой величин объекта.

Пусть, например, система находитс в дорезонансной области и происходит плавное увеличение частоты регулирующего воздействия. Сигнал U, , пропорциональный амплитуде колебаний резонансного объекта, с датчика 2 управ- ляемой величины поступает на последовательно соединенный выпрямитель 3, на выходе которого наблюдается сигна

и (см. фиг.2). На конденсаторе 4 происходит запоминание уровня сигна-- ла Uj с выхода вьшрямителя 3,. и на выходе конденсатора 4 наблюдается сигнал Uj.

Второй.элемент сравнения 5 сравни вает сигналы, поступающие на его входы. Если текущий сигнал с выхода датчика 2 больще предыдущего по амплитуде, т.е. происходит позаряд конденсатора 4, то на выходе второго элемента сравнения 5 наблюдается импульс U, соответствующей 1, который поступаг ет на вход детектора пропадания импульсов б, который применен с целью устранения ложной настройки на локальные экстремумы, которые имеют место в интервалах времени от t до t,, от t, до t,j , от tj до t и вызваны пульсациями питающего напряжения U .

Детектор пропадания импуд ьсов 6 выдает на выходе импульс напряжения

и.

да

в случае, если импульсы V с выхо- второго элемента сравнения 5 от сутствуют в течение времени задержки Tj большем чем временный интервал между локальными экстремумами, который обуславливается частотой

25 да

30 пульсаций U

Пит

Так, после прохожде5

0

5

5 да

ния первого локального экстремума на интервале времени от t до t импульсы U4 с выхода второго элемента сравнения 5 отсутствуют. Детектор пропадания импульсов 6 настроен на больший интервал времени и поэтому сигнал с его выхода отсутствует. В момент времени t, происходит новый подзаряд конденсатора, когда амплитуда сигнала и, вновь начинает расти. Импульс U с выхода второго элемента сравнения 5 регистрируется детектором пропадания импульсов 6,.импульс Uj на его выходе отсутствует, процесс увеличения частоты колебаний продолжается до достижения резонансной частоты. При выходе системы на резонансную частоту (точка А на фиг.26) на конденсаторе 4 происходит запоминание значения глобального экстремума,. После чего текущее значение сигнала Uj .с датчика 2 управляемой величины будет меньще сигнала с конденсатора 4, Поэтому импульсы с выхода второго элемента сравнения 5 отсутствуют; Отсутствие импульсов 1/4 в течение времени больщем периода пульсации и„„ свидетельствует о том, что система уходит за резонансную частоту.

Отсутствие импульсов U4. с выхода второго элемента сравнения 5 регистрируется детектором пропадания импульсов 6, на его выходе устанавливается уровень 1 Uj, Передним фронтом этого сигнала Т триггер 8 инвертирует свое состояние. Одновременно сигнал Uj поступает на вход разрядного клю ча 7, который разряжает конденсатор 4, подготавливая его к новому циклу работы. С приходом первой положительной полуволны сигнала U,, на конденсатор 4 происходит срабатьшание второго элемента сравнения 5, который выдает импульс U4 на вход детектора пропадания импульсов 6, после чего на выходе последнего вновь устанавливается уровень О - Uf. Детектор 6 готов к: новому циклу работы.

Переключение Т-триггера вызьшает . переключение первого элемента сравнения 9, на выходе которого напряже ние и меняет свою полярность. В результате напряжение Ug на выходе ин- тегратора 10 уменьшается линейно, что ведет к уменьшению частоты регулирующего воздействия - реверсу, которое обеспечивается исполнительным механизмом П. Система опять начинает движение к резонансу. Процессы движения к резонансу с уменьшением частоты аналогичны описанному выше.

Возникает автоколебательный режим, в котором амплитуда управляемой величины колеблется относительно ее максимального значения, глобального экстремума, что соответствует поддержанию экстремума с некоторой погрешностью на рыскание в его окрестности,

Таким образом, использование устройства позволяет повысить устойчивость настройки частоты в установках и устранить погрешность, вызванную изменением параметров колебательной системы в процессе работы, или внешними возмущениями, например пульсациями источника питания.

|Q5 0

5 Q

5

0

5

Функции детектора пропадания импульсов 6 вьшолняеТ узел на основе таймер а.

Т-триггер вьтолнен на основе IK- триггера и управляется по входу синхронизации, с приходом каждого импульса с детектора пропадания импульсов 6 инвертирует свое состояние. Первый элемент сравнения 9 представляет из себя аналоговый компаратор.

Формула изобретения

Экстремальный регулятор для резонансного объекта, содержащий Т-триг- гер, прямой и инверсный выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого элемента сравнения, выход которого через последовательно соединенные интегратор, исполнительный механизм и резо- нансньш объект соединен с входом датчика управляемой величины, подключенного первым выходом к входу выпрямителя, выход которого соединен с первым выводом запоминающего конденсатора и с первым вьшодом разрядного ключа, второй вьшод которого соединен с вторым вьшодом запоминающего конденсатора, с вторым выходом датчика управляемой величины и с шиной нулевого потенциала, отличающи й- с я тем, что, с целью повьш1ения устойчивости ре гулятрра при периодических изменениях регулируемой величины, в.него введены второй элемент сравнения и детектор пропадания импульсов, подключенный выходом к входу синхронизации Т-триггера и к управляй ющему входу разрядного ключа, вход детектора пропадания импульсов подг . ключен к выходу второго элемента сравнения, первый и второй входы которого подключены соответственно к первому выходу датчика управляемой величины и к первому выводу запоминающего конденсатора.

t/num,

°Дорезонамснар

Ж

i

kv

1

Зарезо амснаа о лосто

Фиг.2