Релейно-импульсный регулятор Советский патент 1991 года по МПК G05B11/14 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение при построении регуляторов систем автоматического управления инерционными объектами, реализующих релейные законы управления.

Целью изобретения является увеличение диапазона преобразования входных сигналов.

На фиг. 1 приведена структурная схема регулятора; на фиг. 2 - схема дискриминатора знака сигнала; на фиг. 3 - электрическая схема корректив рующего звена; на фиг. 4 - статические характеристики корректирующего гзвена; на фиг. 5 - математическая модель системы автоматического управления, выполненная на базе релейно-им- пульсного модулятора; на фиг. 6 фазовый портрет движения, изображающий точки моделируемой системы автоматического управления.

Регулятор содержит корректирующее звено 1, первый 2 и второй 3 блоки на базе операционных усилителей, первый 4 и второй 5 разнополярные источники питания, дискриминатор 6 знака сигнала, коммутатор 7, ключи 8 и 9 автономных каналов коммутатора, формирователь 10 релейно-импульсных сигналов, сумматор 11, трехпозиционный релейный элемент 12, инерционное звено 13, двуполярный источник 14 питания.

Дискриминатор to знака сигнала содержит двухпозиционные релейные элементы (РЭ) 15 и 16.

с&

4Ь 4

О

00

ф

316440

Корректирующее звено 1 содержит операционные усилители (OY) 17 и 18 с RC-цепями коррекции (блоки 2 и 3 на базе операционных усилителей). ,

Релейно-импульсный регулятор работает следующим образом.

При нулевом входном сигнале (от источника напряжения) выходные напряжения OY 17 и OY 18 близки к нулевому JQ

уровню, так как оба операционных уси

лителя находятся в режиме насыщения. При увеличении входного напряжения OY 18 переходит в линейный режим работы (статическая характеристика бло ка 2 приведена на фиг. 4а). При отрицательном входном напряжении на линейную характеристику работы переходит OY 17, обеспечивая статическую характеристику (фиг. 4б).

Резисторами в цепях отрицательных обратных связей формируется крутизна статических характеристик.

При выходном сигнале, превышающем нулевой уровень срабатывает двухпози ционный РЭ 16 дискриминатора 15, на его выходе + появляется нулевой синал, переключающий ключ 8 коммутатора 7 в проводящее состояние. Сигнал с выхода блока 2 поступает на сумма- тор 11. Если сигнал , то РЭ 12 срабатывает и на вход инерционного звена 13 начинает поступать сигнал постоянного уровня.

Выходной сигнал а звена 13 компен сирует сигнал х до тех пор, пока , При уменьшении сигнала S до

значения A j где & - гистерези РЭ 12, последний выключается, сигнал а уменьшается по абсолютной величине до тех пор, пока не выполнится условие S h и т.д. Таким образом формируется импульсная последовательнос релейных команд на выходе РЭ 12.

Если в результате уменьшения входного сигнала х выходной сигнал блока 2 становится близким к нулю, ключ 8 коммутатора 7 переходит в разомкнутое

состояние,

i

При дальнейшем уменьшении сигнала х выходной сигнал блока 3 уменьшается до такого значения, при котором срабатывает (переходит в нулевое сое рояние) РЭ 15, включающий ключ 9 коммутатора 7, и на входе формирователя начинает действовать сигнал х 0, к торый вызывает срабатывание РЭ 12 по

,

JQ

0

J5 ложительного

уровня - h. Далее процесс повторяется аналогично описанному.

В зависимости от требуемого линейного диапазон- выбираются напряжения +Е, и -Е, каждое из которых превышает по абсолютной величине значение Е.

Постоянная времени RC-фильтра (фиг. 3) выбирается исходя из того, чтобы при изменении сигнала х от h до -h (или наоборот) OY 17 и OY 18 успели перейти из режима насыщения в линейный режим

Для подтверждения достижимости по- эффекта рассмотрим математическую модель системы автоматического управления (фиг. 5). Приняты следующие значения параметров модели, а также виды дифференциальных зависимостей .

Звено 13 имеет передаточную функпию w Ј-77

1

71Кроме того,,

-и; у;

ku

(1)

(2) (3)

1 X

1-х

н н

при при при

-хи «с х х

х Ьхн;

4 -X

И )

(4)

М

S В

х - а.

скользящем режиме

(5)

0.

(6)

Рассмотрим положение линий переключения на фазовом портрете (Iх У3 при х 0.

При нулевых начальных условиях по х линия включения L( имеет вид Lt: х h.

Выражение для Ъ„ может быть получено при подстановке в (6) уравнений (2) и (3), и имея в виду, что на линии выключения U 0 и S

h

У - - s а

откуда

1

ЬЈ У

Линия L сыщении звена

- 5 (x-h).

j формируется при 13. В этом случае

Следовательно, а цас К Е f, но а

х-п

Следовательно

х Е, +п.

JIHHHH L4 формируется при насыщений звена 1. В этом случае х 0; х s Е„ Следовательно, из (5)

h Е-а, но, так как а x-h,

то х Е.

Из анализа полученных результатов следует, что по известному техническому решению х4-хэ п, а перерегулирование равно

ЛУ y

(т.е.

КА X.

вызываемое

)

}

т.е. при увеличении h увеличивается Ду.

При выборе Е Е,+h перерегулирование, Ду, насыщением звена 1, устраняется, т.е. увеличение диапазона преобразования входных сигналов ведет к уменьшению перерегулирования в релейной системе автоматического управления.

Формула изобретения

Релейно-импульсный регулятор, со- , держащий корректирующее звено, вход которого является входом регулятора, двуполярный источник питания и формирователь релейно-импульсных сигналов,

10

выполненный в виде трехпозиционмого релейного элемента, выход которого, являющийся выходом регулятора, через инерционное звено соединен с инвертирующим входом сумматора, выход сумматора подключен к входу трехпозицион- ного релейного элемента, а двуполярный источник питания подключен по шинам питания к формирователю релейно- импульсных сигналов, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона преобразования входных сигналов, в него введены два разно15 полярных источника питания, значения напряжения которых по абсолютной величине больше максимального значения напряжения двуполярного источника питания, коммутатор и дискриминатор зна- 1ка сигнала, а корректирующее звено состоит из двух блоков, каждый из которых выполнен на базе операционного усилителя и имеет передаточную функцию, соответствующую передаточной

25 функции корректирующего звена шины питания каждого операционного усилителя подключены к выходу соответствующего разнополярного источника питания и шине нулевого потенциала, при этом входы блоков, выполненных на базе операционных усилителей, объединены, а выходы подключены к информационным входам коммутатора и через дискриминатор знака сигнала - к его управляющим входам, выход коммутатора соединен с неинвертирующим входом сумматора формирователя релейно-импульсных сигналов.

20

30

35

Г

V

HI

о

th

КГ

t

I

UI

v

А+«А

v

9

т- 1+ I

m i

OX

Кл

is

«NJ

и

ГГ

и

Cs

чО

со о г

-ачО

%

Ч«Х

Ч

&

Изобретение относится к системам автоматического управления и может найти применение при построении регуляторов систем автоматического управления инерционными объектами, реализующих релейные законы управления. Целью изобретения является увеличение диапазона преобразования входных сигналов. Изобретение заключается в организации линейной зоны згвена предварительного преобразования входного сигнала в два раза большей, чем линейная зона инерционного звена в обратной связи формирователя релейно- импульсных сигналов. При этом в случае использования регулятора в системе автоматического управления переключение, связанное с попаданием в зону нечувствительности релейного элемента, будет происходить ранее, чем в известном регуляторе. Это ведет к уменьшению перерегулирования в системе автоматического управления. 6 ил.