Частотно-импульсный регулятор Советский патент 1988 года по МПК G05B11/30 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах управления нагревательными печами, в системах регулирования ско- рости валков прокатных станов и т.д.

Целью изобретения является упрощение регулятора.

На фиг.1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг.2 - эпюры выходных напряже гий основных блоков регулятора; на фиг, 3 - структурная схема регулятора.

Регулятор содержит усилитель напряжения 1, интегратор 2, первый, второй, третий и четвертый релейные блоки с несимметричной характеристикой 3-- 6, йервый, второй, третий, четвертый и пятый одновибраторы 7-11, первый и второй усилители мощности 12 и 13, элемент ИЛИ 14, RS-триггер 15, ключевой элемент.16, первый и .второй ключи 17 и 18; первый и второй источники напряжения 19,20, резисторы 21,22, первый и второй элементы И 23, 24, релейные элементы 25,26, общую шину 27, нелинейный блок 28 5 формирователь прямоуголылтх импульсов 29, Ugj - входное напря- жение регулятора, равное разностхг между заданным к действительным значениям регулируемого параметра, U - выходное напряжение усилителя напря

дения 1, Ug выходное напряжение интегратора 2, U и 114 - выходные напряжения соответственно несимметричных релейных блоков 3 и 4,

соответственно одновибраторов 7 - 9, Ug выходные напряжения соответственно

- выходные напряжения 7 и и,

релейных блокс в 5 и 6, и U выходные . напряжения соответственно одновибраторов 10 и 11, - выходное напряжение RS-триггера 15, U;(5 и U;,4 - выходные напряжения соответственно элементов И 23 и 24, U - порог срабатывания нелинейного блока 28 и первого и второго релейных блоков 3 и 4, с - ширина петли характеристики нелинейного блока 28.

Регулятор работает следующим образом.

На вход регулятора поступает сиг-. нал Пц 5 равный разности медцу заданным и действительным значениями регулируемого параметра. Напряжение усиливается усилителем напряжения 1,

с

5

и, пос0

5

0

5

0

5

0

5

с выхода которого напряжение тупает на вход интегратора 2 и на входы релейных блоков 5 и 6. Релейные блоки 5 и 6 служат для определения знака сигнала рассогласования. Если, например, сигнал рассогласования Ujx имеет положительное значение, а усилитель напряжеьшя 1 осуществляет усиление этого сигнала без его инвертирования, то на выходе релейного блока 5 формируется постоянное напряжение положительной полярности, а на выходе релейного блока 6 напряжение равно 0. Сигнгш U, интегрируется и инвертируется интегратором 2,

С выхода интегратора 2 сигнал U,j поступает на входы релейных блоков 3 и 4, Величина зоны нечувствительности релейных блоков 3 и 4 определяется величиной напряжения на их управляющих входах и может изменяться в зависимости от состояния кл{Ьчей 17 и 18, Ключи 17 и 18 в приведенном примере реализации используются в исполнении, при котором размыкают цепь ,при подаче управляющего сигнала. Примем за исходное состояние регулятора такое, при котором сигнал рассогласования Uov положительной

рл

полярности и сигнал.ы и,з и отсутствуют на управляющих входах ключей 17 и 18, При этом отсутствует также сигнал . из прямом выходе RS-триггера 15. Таким образом, в исходном состоянии величина зоны нечувствительности релейных блоков 3 и 4 определяется величиной сигнала на выходе источников напряжения 19 и 20 и равна U .

При достижении сигналом U на выходе интегратора 2 величины, превы- .шающей зону нечувствительности соответствующего релейного блока (в рассматриваемом случае блока 4), последний срабатывает, и на его выходе возникает сигнал U, поступающий на соответствующие входы одновибраторов 8 и 9. В примере реализации одно- вибраторы 7-9 используются в исполнении, при котором имеют по два независимых входа, Одновибратор 9 формирует короткий импульс, вызывающий срабатывание ключевого элемента 16 и обнуление интегратора 2, а одновибра- тор 8 формирует импульс управления заданной,длительности , поступающий в вице напряжения U на вход усили- U

теля мощности 13, с выхода которого сигнал поступает на одну из управляющих обмоток исполнительного устройства (на фиг.1 не показано). При сох- ранении полярности сигнала рассогласования и gjf дальнейший процесс повторяется, и на выходе регулятора формируется последовательность модулированных по частоте импульсов уп- равления.

При изменении полярности сигнала рассогласования Ug происходит уменьшение до О сигнала Ug на выходе релейного блока 5 и возникнове-

ние сигнала Ug на выходе блока 6,Происходит запуск одновибратора 11.Сигнал и (( на его выходе вызывает срабатывание одновибратора 7, на выходе которого формируется управляю- щий импульс длительностью V , поступающий через усилитель мощности 12 на вторую управляющую обмотку исполнительного устройства. Одновременно сигнал и ;|( с выхода одновибратора 11 через элемент ИЛИ 14 вызывает переключение RS-триггера 15, на прямом выходе которого формируется сигнал , который при наличии-сигнала и на первом входе элемента И 2Д вызывает формирование сигнала и, на его выходе, этот сигнал вызывает переключение ключа 17, что приводит к изменению порога срабатывания релейного блока 3. При этом устанавливается его порог срабатывания, равный 0. Благодаря тому,что интегратор 2 регулятора ие обнуляется в момент изменения полярности сигнала рассогласования и устанавливает ся новый порог срабатывания соответствующего релейного элемента, равный О, последующее срабатывание регулятора с формированием, импульса управления на его выходе происходит при изменении сигнала рассогласования на входе в регулятор на величину,пропорциональную величине сигнала на вы ходе интегратора 2 в момент изменения знака Ug . Тем самым обеспечива- ется фиксированный отрицательный гистерезис в характеристике нелинейного блока 28 частотно-импульсного регулятора, Описанный алгоритм работы предложенного частотно-импульсно- го регулятора позволяет расс.матри- вать его с.труктурную схему в виде последовательного соединения интегратора 2 с передаточной функцией

W

и(р) -р-.

нелинейного блока 28

вида квантователь приращений с отрицательным гистерезисом и формирователя прямоугольных импульсов 29 с передаточной функцией W (р)

и

1 - е , где у - длительность управляюищх импульсов (фиг.З). Последний квант характеристики нелинейного блока 28 обладает петлей переменной ширины С, определяемой начальными условиями процесса. В остальных петлях гистерезис фиксирован и, равен величине Д , т.е. величине зоны нечувствительности релейных блоков 3 и 4, определяемой при подключеш-1и к их управляющим входам источников напряжения 19 и 20, После первого срабатывания- регулятора при измененном пороге срабатывания релейных элементов происходит восстановление регулятора в исходное состояние благодаря переключению триггера 15. Дальнейщий процесс повторяется, при работе соответствующих блоков до установления в системе автоматического регулирования усторгчи- вого автоколебательного режима.

Таким образом, в динамическом отношении предложенная конструкция регулятора полностью идентична регу- ляфору-прототнпу, однако реализуется при большей простоте конструкции, что позволяет повысить надежность работы регулятора.

Формула изобре.тения

Частотно-импульсный регулятор,содержащий последовательно соединенные первый релейный блок с несимметричной характеристикой, первый одновиб- ратор и, первый усилитель мощности, последовательно соединенные второй релейный блок с несимметричной характеристикой, второй одновибратор и - второй усилитель мощности, третий одновибратор, соединенный первым и вто рым входами с выходами соответственно первого и второго релейных блоков с несимметричной характеристикой, а выходом - с R-входом RR-триггера и входом обнуления интегратора, усилитель напряжения, подключенный выходо через интегратор к входам первого и второго релейных блоков с несиммеФ- ричной характеристикой, через третий

51

релейный блок с несимметричной харак теристикой - к входу четвертого одно вибратора, а через четвертый релейный блок с несимметричной характерно тикой - к входу пятого одновибрато- ра, и элемент ИЛИ, соединенный первым входом с выходом четвертого од- новибратора и с вторым входом второго одновибратора, вторым входом - с В лходом пятого .одновибратора и с вторым входом первого одновибратора, а выходом - с S-входом RS-триггера, первый и второй источники напряжения подключенные соответственно через

4А4709 6

первый н второй ключи к входам задания порога срабатывания первого и второго несимметричных релейных бло- ков, отличпющийся тем, что, с целью упрощения регулятора, в нем установлены первый и второй элементы И, подключенные первыми входами к выходам, соответственно 10 третьего и четвертого релейных блоков с несимметричной характеристикой, вторыми входами - к выходу RS- триггера, а выходами - к управляю5 щим входам соответственно второго и 15 первого ключей.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах управления нагревательными печами, в системах регулирования скорости валков прокатных станов и т.д. Целью изобретения является упрощение регулятора. Цоставлен- ная цель достигается -за счет того, что при изменении полярности сигнала рассогласования на входе в регулятор происходит формирование импульса управления на его выходе при одновре менном изменении порога срабатывания первого или второго несимметричных релейных элементов, причем устанавливается порог срабатывания, равньй О. Цри этом интегратор регулятора не обнуляется. Следующий управляющий импульс на выходе регулятора формируется в момент изменения знака напряжения на выходе интегратора. При этом восстанавливается исходный порог, срабатывания соответствующего нелинейного элемента и обнуляется интегратор. Тем самым обеспечивается фиксированный отрицательный- гистерезис в характеристике нелинейного элемента. 3 шт. а (Л

Фие.-f

fJe,

U9

ВНИИПИ Заказ 6505/45 Тираж 866

Произв.-похмгр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фие.г

Фиг.З

Подписное