Многоканальный регулятор Советский патент 1990 года по МПК G05B11/14 

Изобретение относится к технике изготовления строительных материалов и может быть использовано для стабилизации параметров поточно-конвейерной пинии по производству керамической рлитки.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора.

На фиг.1 изображена структурная схема регулятора; на фиг02 - схема по рогового блока; на фиг„3 - схема блока обегающих устройств; на фиг,4 - схема блока разделения во времени процессов измерения и регулирования; на фиг.5 - схема регулирующего устройства; на фиг.6 - схема блока элементов ИЛИ; на фиг.7 - схема запоминающего регистра; на - схема корректирующего устройства; на фиг09 - схема накопителя аналоговых величин; на фиго 10 - динамические характеристики процесса регулирования прототипа и предлагаемого регуляторап

Многоканальный регулятор содержит измерители 1 рассогласования, блок 2 обегающих устройств, блок 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования, регулирующее устройство 4, корректирующие устройства 5, коммутатрры 6-8, блоки 9 элементов ИЛИ, задатчики 10, задатчики 11, пороговый блок 12, запоминающие регистры 13, накопители 14 аналоговых величин, исполнительные устройства 15, тактовый1генератор 16, блок 17 переключения, общую шину 18, делитель 19 напряжения, резисторы 20-32, операционные усилители 33 и 34, диоды 35 и 36, стабилитроны 37 и 38, транзисторы 39 и 40, источники 41 и 42 питания, контакты 43 и 44, резисторы 45-49, конденсатор 50, тран- зистоты 51 и 52, элемент ИЛИ 53, счетчик 54, дешифратор 55, токовые ключи 56, реле 57, распределительные - устройства 58, элементы И 59 и 60, микросхему М001А71 61 и 62, конденсатор 63, инвертор 64, токовый ключ 65, реле 66, контакты 67, источники питания 68 и 69, вход 70 регулирующего блока, резисторы 71-76., операционные усилители 77-79, диоды 80 и 81, транзисторы 82 и 83, триггеры 84, токовый ключ 85, реле 86, источник 87 питания, контакты 88 и 89 реле, переменное сопротивление 90, резисторы 913, конденсатор 92, переключатель 93,

5

0

0

5

0

5

0

5

усилитель 94 мощности, реохорд 95 обратной связи, электродвигатель 96, элементы ИЛИ 97 и 98, источники 99 ( и 100 опорного напряжения, источник 101 постоянного напряжения, источник 102 переменного напряжения. На фиг о 10 показаны диаграмма 103, иллюстрирующая работу прототипа и диаграмма 104, иллюстрирующая работу предлагаемого регулятора.

Регулятор работает следующим образом,,

На первые входы измерителей 1 рассогласования поступают сигналы регулируемых параметров выходов датчиков 10, на вторые - сигналы с выходов задатчиков 110 С выходов измерителей 1 рассогласования сигналы рассогласования поступают на входы блока 2 обегающих устройств и через первый коммутатор 6 на информационный вход порогового блока 12. Блок 2 обегающих устройств осуществляет коммутацию сигналов с выхода измерителей 1 рассогласования и корректирующих устройств 5 таким образом, что в каждый момент времени на вход блока 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования поступают только два сигнала: сигнал с выхода одного измерителя 1 рассогласования и одного корректирующего устройства 5, а выходной сигнал регулирующего устройства 4 поступает только на одно исполнительное устройство 15.

Подключение этих сигналов последовательно для всех каналов осуществляется контактами 43 и 44 реле 57 блока 2 обегающих устройств. Через контакты 43 подключаются сигналы с выхода измерителя 1 рассогласования, через контакты 44 - сигналы корректирующих устройств 50

Для управления контактами 43 и 44 формируются импульсы при заряде конденсатора 50 через резисторы 45 и 46 до напряжения, задаваемого делителем напряжения на резисторах 47 и 49. При достижении потенциала на конденсаторе 50 напряжения на делителе происходит пробой составного тиристора на транзисторах 51 и 52, конденсатор 50 разряжается и с выхода элемента ИЛИ 53 поступает импульс на вход счетчика 54 импульсов Резонатор 48 задает режим транзистора 52, Период следования импульсов определяется постоянной времени RC-цепи (резисторы 45

и 46 и конденсатор 50) и может устанавливаться в зависимости от требований технологического процесса,, На выходе счетчика 54 импульсов устанавливается код, соответствующий числу поступивших на его вход импульсов

Двоичный код с выхода счетчика 54 импульсов поступает на вход дешифратора 55, Последовательно возбужденные выходы дешифратора 55 через ключи 56 подключают к источнику 68 питания обмотки реле 57, каждое из которых имеет по два нормально разомкнутых контакта 43 и 443

Сигналы, коммутируемые с помощью контактов 43 и 44, поступают на блок разделения во времени процессов измерения и регулирования,; который осуществляет задержку в передаче этих сигналов на вход регулирующего устройства 4 с целью исключить искажающее влияние неустановившихся переходных процессов в измерительных цепях на формирование регулирующего воздействия.

Блок 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования содержит микросхемы М001АП 61 и 62. выполняющие совместно с конденсатором 63 роль одновибратора, инвертор 64, токовый ключ 65, через который включается обмотка реле 66„ При поступлении каждого импульса с выхода элемента ИЛИ 53 блока 2 обегающих устройств на вход микросхемы М001АГ 61 блока 3 разделения во времени процессов измерения и регулирования осуществляется задержка во включении реле .66 и соответственно контактов 67 относительно момента подключения измерителя 1 рассогласования и корректирующего устройства 5.

В регулирующем устройстве 4 осуществляется суммирование двух входных сигналов на операционном усилителе 77, в котором с помощью резисторов 71-74 устанавливается необходимый коэффициент усиления в режиме работы. Релейная характеристика выходного сигнала, необходимая для управления исполнительными устройствами 15 постоянной скорости, формируется компаратором, выполненным на операционных ускорителях 78 и 79, не охваченных обратными связями, и диодах 80 и 81. Зона нечувствительности управляющего сигнала определяется величиной опорного напряжения ±иуьт на выходах ис0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

точников 99 и 100 опорного напрчтешя. Усиление но мощности сигнала упртв- ления осуществляется транзисторами 82 и 83 с резисторами 75 и 76 в коллекторной цепи.

Выходной сигнал операционного усилителя 77 срар нвае1гя с опорным + уст(-U уст) Выходной сигнал регулирующего устройства 4 представляет собой двухразрядный двоичный код, который в зависимости от соотношения входных сигналов, т„е, от величины выходного сигнала операционного усилителя 77, может принимать три значения: 00, если -U уст +UyCr; 0,1, если

UtZ + иУСт 10 если ug 4 UJCT

С регулирующего устройства 4 вы-1 ходкой сигнал поступает на первые входы всех распределительных устройств 58, но проходит только через то распределительное устройство 58, на вход которого поступает разрешающий сигнал с дешифратора 55, Распределительное устройство содержит элементы И 59 и 60.

Таким образом, выходкой сигнал ре- гугг рующего устройства 4 ерез распределительное устройство 58 попадает на первый вход блока 9 элементов ИЛИ, состоящего из двух элементов ИЛИ 97 и Voo С выхода блока 9 элементов И ПИ сигнал поступает на вход запоминающих регистров 13, где осущест чляется его запись и хранение

Запоминающий регистр 13 каждого кэ- нала состоит из двух триггеров 84, каждый из которых осуществляет запоминание соответствующего состояния выходного сигнала регулирующего устройства 4. Выходной сигнал триггера 84 через токовый ключ 85 подает напряжение на обмотку реле 860 Выходной сигнал регистра 13 через контакты 88 поступает на вход накопителя 14 аналоговых величин и воздействует на него (в зависимости от записанной в регистре информации) тремя различными способами, при этом выходной сигнал накопителя 14 аналоговых величин либо возрастает (в регистре - 01), либо убывает (в регистре 10), либо , остается без изменения (в регистре 00).

За счет наличия в схеме запоминающих регистров 13 регулирующее воздействие на исполнительное устройство 15 продолжается в моменты, когда на выходах блока 9 элемента ИЛИ какого-либо

канала не подаются сигналы управления ни с регулирующего устройства 4, ни с аналого-опозиционного преобразователя 12.

Накопитель 14 аналоговых величин состоит из усилителя 94 мощности и электродвигателя 96. Напряжение, снимаемое с реохорда 95 обратной связи, определяет положение регулирующего органа и поступает на корректирующее устройство 5 соответствующего канала, с помощью которого происходит формирование пропорционально-интегрального закона регулирования.

С выхода накопителя 14 аналоговых величин сигнал поступает на исполнительное устройство 15„

Корректирующее устройство 5 чаще всего представляет собой опериодичес- кое звено первого порядка и состоит из переключателя 93, переменного сопротивления 90, конденсатора 92 и резисторов 91. С помощью переменного сопротивления 90 устанавливается не- обходимый коэффициент пропорциональности. Переключателем 93 выбирается один из резисторов 91 и тем самым устанавливается необходимая постоянная времени интегрирования

В качестве корректирующего устрой- ства может быть использовано любое линейное или нелинейное динамическое звено, например дифференцирующее, интегрирующее и т.До, преобразующее любую доступную измерению или определению промежуточную координату системы регулирования (т.е. объекта регулятора) .

« Сигналы с выхода корректирующих устройств 5 поступают на блок 2 обегающих устройств и через контакты 44 на вход регулирующего устройства 4„ Таким образом, осуществляется обратная связь с выхода накопителя 14 аналоговой величины на вход регулирующего устройства 5 о

Для того, чтобы не происходило большого перерегулирования параметра за период отключения регулирующего устройства 4 от канала регулирования, использованы коммутаторы 6 и 7 и пороговый блок 12, имеющий для каждого канала определенную зону нечувствительности С помощью коммутаторов 6 и 7 пороговый блок 12 подключается поочередно к выходам измерителей 7 рассогласования с частотой на порядок выше частоты переключения блока 2 обега

П 5

п 5 0

д д

„ „ 5

ющих устройств, т.„е« в период, когда какой-либо канал отключен от регулирующего устройства 4 с помощью порогового блока 12 и коммутаторов 6 и 7, в нем примерно десять раз контролируется величина рассогласования на выходе измерителей 1 рассогласования и, если она превышает зону нечувствительности порогового блока 12 по данному каналу, то через блок 9 элементов ИЛИ сигнал поступает на запоминание резисторы 13 и переключает соответственно его регистры

Пороговый блок 12 (см0фиг02) состоит из двух компараторов, построенных соответственно на операционных усилителях 33 и 34 с диодами 35 и 36 на выходе,, Оба операционных усилителя через ограничительные резисторы 29 и 30 нагружены на двухисходные стабилитроны 37 и 38, нормирующие амплитуду выходного сигнала компаратора.

Сигнал опорного напряжения Uen, определяющего величину устанавливаемой зоны нечувствительности, подается через коммутатор 8 с напряжения делителя 190 Так как зона нечувствительности порогового блока 12 может быть р азной для отдельных каналов, то опорное напряжение создается с помощью делителя 19 напряжения, расположенного внутри порогового блока 12 (см„ фиг о 2)„ Выходной сигнал порогового блока 12 представляет собой аналогично выходному сигналу регулирующего устройства 4 двухразрядный двоичный код, который в зависимости от величины рассогласования может принимать три значения: 00, если U +U усг; 01, если U5 +UycT; 10, гели и2 с -UyCr; где Us - величины рассогласования; +U уст ;-U VCT установки компараторов, определяющие зону нечувствительности порогового блока 120

Таким образом, в то время, когда канал отключен от регулирующего устройства 4 и на втором входе блока 9 элементов ИЛИ устанавливается логический нуль, запоминающие регистры 13 управляются через первый вход бло- - ка 9 элементов ИЛИ сигналами, поступающими через коммутатор 7 выходным сигналом порогового блока 12„ Возможен случай, когда канал регулирования подключен одновременно и к регулирующему устройству 4, и к пороговому блоку 12„ Так как зона нечувствительности порогового блока 12 значительно больше зо-

ны нечувствительности регулирующего устройства 4, то фактически никакого влияния пороговый блок 12 на работу регулирующего устройства 4 не окажет„

В то же время, когда канал отключен от регулирующего устройства 4, в нем будет в моменты соединения с пороговым блоком 12 происходить регулирование позиционного характера. Частота переключения коммутаторов 6-8 определяется частотой тактового генератора 16.

Указанные отличительные особенности позволяют повысить точность и быст родействие предлагаемого многоканального регулятора0

На фиг. 10 показаны bf,-h J- зона нечувствительности регулирующего уст

латаемого регулятора примерно в два раза выше точности и быстродействия прототипа.

Применение предлагаемого многоканального регулятора позволяет при незначительном усложнении схемы значительно повысить качество регулирования параметров объекта, за счет чего сократить брак продукции, повысить ее качество, уменьшить расход энергии,,

Формула изобретения

Многоканальный регулятор, содержащий блок обегающих устройств, подключенный единичным выходом через блок разделения во времени процессов

Изобретение относится к технике изготовления строительных материалов и может быть использовано для стабилизации параметров поточно-конвейерной линии по производству керамической плитки и других технологических процессов, содержащих малоинерционные объекты и требующих одновременного регулирования большого количества параметров. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия регулятора. Поставленная цель достигается за счет того, что в регуляторе, кроме обегающего устройства, имеется также коммутатор, обегающий каналы регулирования с частотой на порядок выше частоты основного обегающего устройства. С помощью коммутатора и порогового блока происходит двухпозиционное регулирование параметра объекта в паузах между его подключениями к основному регулирующему устройству. Регулятор содержит измерители рассогласования 1, блок обегающих устройств 2, блок разделения во времени процессов измерения и контроля 3, регулирующее устройство 4, корректирующие устройства 5, коммутаторы 6,7, тактовый генератор 16, блок элементов ИЛИ 9, датчики 10, задатчики 11, пороговый блок 12, запоминающие регистры 13, накопители аналоговых величин 14, исполнительные устройства 15. 10 ил.

ройства; tp - время соединения канала 20 измерения и регулирования к входу с регулирующим устройством; t p - яре- регулирующего устройства, соединенно- мя соединения канала с аналого-поэи- го выходом с единичным входом блока

ционным регулятором; кривая 103 - из- обегающих устройств, в каждом канале менение регулируемого параметра врегулирования установлены накопитель

канале с помощью устройства-прототипа;25 аналоговых величин, соединенный вхокривая 104 - изменение регулируемого параметра в канале с помощью предлагаемого устройства

На фиг.10 видно, что в точке А регулируемый параметр под действием регулирующего устройства 4 прототипа, начав уменьшаться, к моменту окончания воздействия регулирующего устройства 4 (точка В) не успевает войти в зону нечувствительности регулирующего устройства, и поэтому в запоминающем регистре фиксируется сигнал на открытие исполнительного устройства 15, что в прототипе приведет к постоянному увеличению параметра, т0е„ к началу следующего такта работы регулирующего устройства 4 с данным каналом параметр отклонится далеко от заданного значения (точка D)J За счет такого отклонения параметр может опять не успеть войти в зону нечувствительности регулирующего устройства 4 (точка К), что приведет к большому отклонению параметра в отрицательную сторону,,

В предлагаемом регуляторе в точке С на отклонение параметра действует пятый такт работы порогового блока 12, за счет чего исполнительное

устройство 15 начнет закрываться, ре- 55 ментов ИЛИ соответствующих каналов

гулируемый параметр уменьшается, а в точке Е на параметр будет воздействовать уже регулирующее устройство 4, т.е точность и быстродействие предрегулирования, соединенных вторыми входами с соответствующими выходами групп выходов блока обегающих устройств, а выходами - с входами соот

0

дом с выходом запоминающего регистра, а первым и вторым выходами - с входами исполнительного и корректирующего устройства, и датчик и за- датчик, подключенные выходами к пер-с вому и к второму входам измерителя рассогласования, выходы измерителей рассогласования всех каналов регулирования соединены с соответствующими входами первой группы входов блока обегающих устройств, входы второй группы входов которого соединены с выходами корректирующих устройств каналов регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия регулятора, в нем дополнительно установлены два коммутатора, тактовый генератор и пороговый блок, а в каждый

С канал регулирования введен блок элементов ИЛИ, причем выходы измерителей рассогласования всех каналов регулирования соединены с информационными входами первого коммутатора,подQ ключенного выходом к информационному входу порогового блока, соединенного выходом с информационным входом второго коммутатора, подключенного выходами к первым входам блоков эле5

0

регулирования, соединенных вторыми входами с соответствующими выходами групп выходов блока обегающих устройств, а выходами - с входами соот11

вествугощих запоминающих устройств, выход тактового генератора соединен

1564586

с ро

От б

L zifiJ

12

с управляющими входами первого и второго коммутаторов и порогового блока.

16

От 16

Фиг.г

Фиг.з

От устройство Ь

Фиг. 4

«N

L.

от 17

.больше

Меньше

j.1 -«:

х

Фиг.6

От регистров 13

ттт

К устройству К устройству 155

От накопи те/гя 14

o

От устройства 58

Ј

t

Jfc ct

о го

t

M

СП 0

J

Ul

00

(Ti i

К накопителю М

К$локу%

-ft

-а

Ф«.Г0