Программный регулятор Советский патент 1991 года по МПК G05D23/19 

1

{21)4636425/24

(22)12.01.89

(46) 07.06.91. Бюл. Nfe 21

(71)Специальное конструкторско-техноло- гическое бюро Львовского производственного объединения Ювелирпром

(72)В. В. Забульский и А. Н. Костырко (53)621.503.55(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР №1136121, кл. G 05 D 23/19. 1985.

Иордан Г. Г. и др. Микропроцессорные контроллеры в системах автоматического регулирования. - Приборы и системы управ- .ления, 1981, Мг 2, с. 50-54. (54) ПРОГРАММНЫЙ РЕГУЛЯТОР

(57)Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования по заданной во време- ни программе параметров различных технологических процессов, например, для регулирования температуры, давления и др.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей программного регулятора. Цель достигается тем, что в программный регулятор введены графический экран 5, оптическая система 6, много- элементный матричный фотоприемник 7, блок 10 выборки строк, таймер 13, видеоусилитель 9, пороговый элемент 12, ключ 11 и счетчик 8 видеоимпульсов. Причем многоэлементный матричный фотоприемник 7 связан через оптическую систему 6 с графическим экраном 5 так, что изображение гра- фического экрана проецируется на светочувствительные входы многоэлементного матричного фотоприемника. Благодаря простоте задания управляющей программы возможно быстрое ее изменение в процессе регулирования. Применение регулятора обеспечивает высокую степень точности регулирования контролируемого параметра. 2 ил.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для автоматического регулирования по заданной во времени программе параметров различных технологических параметров, например для регулирования температуры, давления и др.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей программного регулятора.

На фиг. 1 приведена структурная схема программного регулятора; на фиг. 2 - алгоритм функционирования регулятора.

Регулятор содержит блок 1 гальванической развязки, аналого-цифровой преобразователь 2, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4 формирования управляющего воздействия, графический экран 5, оптическую проецирующую систему 6, многоэлементный матричный фотоприемник 7, счетчик 8 видеоимпульсов, видеоусилитель 9, блок 10 выборки строк, ключ 11, пороговый элемент 12 и таймер 13.

Программный регулятор работает следующим образом.

Изображение требуемой зависимости параметров от времени наносится в виде темной полосы на графическом экране. При нанесении программы можно затемнить и всю часть экрана справа от линии раздела. По оси ординат откладывается время, а по оси абсцисс - значение параметров, что позволяет например, в качестве экрана использовать движущуюся диаграммную ленту с нанесенной на нее временной характеристикой параметра.

Графическое изображение временной зависимости параметра на экране 5 проецируется на светочувствительную область многоэлементного матричного фотоприемника 7 таким образом, что ось абсцисс и ось параметра проецируются на строки светочувствительной области. В качестве блока 7 устройства могут быть использованы и фотоприемники со строчно-кадровым переносом, и фотоприемники с инжекцией заряда, и матрицы фотодиодов с координатной выборкой. Принципиально лишь то, что они преобразуют графическое изображение требуемой временной зависимости регулируемого параметра в последовательность сигналов задания. Существенным является количество элементов матрицы, чем оно больше, тем точнее программное задание параметра. Используемые фотоприемники содержат выходной регистр. По сигналу таймера 13 блок 10 создает потенциал накопления на облучаемых электродах фотоприемника 7. В течение некоторого времени происходит процесс накопления зарядов насветочувствительных элементах.

Накопленный заряд в каждом элементе пропорционален его освещенности, в результате образуется распределение зарядов, точно повторяющее распределение освещенности на графическом экране. По окончании накопления блок 10 перемещает зарядовые сигналы первой строки через выходной регистр фотоприемника 7 на его выход . Процесс перемещения строк в

0 выходной регистр блока 7 осуществляется следующим образом. Например, при трехфазной системе переноса каждый элемент матрицы образован тремя электродами, и свою очередь, электроды всех элемен гов со5 единены шинами, образуя трехфазную электродную систему. Когда под электродами второй фазы накопятся заряды высокий потенциап с нее снимается и подается ня соседнюю третью фазу. Заряды перетекут в

0 пустые потенциальные третьей фазы, причем перенос зарядов произойдет одновременно во всех элементах строки. Далее высокий потенциал с третьей фазы переключается на первую фазу и все заряды од5 повременно перенесутся вниз еще на один шаг, затем с первой фазы - на вторую и г.д. Аналогично происходит перемещение строк и в секции хранения а га.е горизонтальное перемещение зарядовых пакетов стро0 ки в выходное устройство

Процесс перемещения строк в выходной регистр в других типах фотоприемников может происходить другим путем. Появляющиеся на выходе фотоприемника 7 видео5 импульсы усиливаются видеоусилителем 9 и подсчитываются счетчиком 8 видеоимпульсов. Одновременно усиленные видеоимпульсы поступают на вход порогового элемента 12, Как только амплитуда очерец0 него видеоимпульса станет меньше некоторого заданного уровня, чго будет соответствовать кромке темного участка на графическом экране 5, срабатывает ключ 11, управляемый пороговым элементом 12.

5 Подсчет импульсов прекращается.

Таким образом, устанавливается соответствие между графическим заданием параметра на экране Ь и цифровым его значением в счетчике 8. Блок 4 формирова0 ния управления воздействия считывает это значение из счетчика 8 и фиксирует о оперативной памяти Аналого-цифровой преобра- зователь 2 преобразует аналоговую величину параметра, поступающую через

5 блок 1 гальванической развязки с датчика параметра, в цифровое значение. Блок формирования управляющих воздействий сравнивает действительное значение параметра, выдаваемое чнзлого-цифровым преобразователем 2, с зьданнмм значониом

параметра, фиксируемым счетчиком видеоимпульсов, их разница образует цифровой сигнал рассогласования. Регулирование по нужному закону (позиционному, П-, ПИ-, ПД-, ПИД- регулирования и др.) осуществляется блоком 4. При этом параметры ре- гулирования,например,для

ПИД-закона-коэффициент пропорциональности, постоянные интегрирования и дифференцирования, хранятся в памяти блока 4 формирования управляющих воздействий. Их правильный подбор позволяет увязывать динамические характеристики регулятора и объекта.

Фотоприемник 7 осуществляет процесс квантования заданной функции как по уровню регулируемого параметра, так и во времени из-за конечного числа элементов матрицы. При этом число строк N определяет частоту выборки строк f таймером 13 в зависимости от длительности регулируемого процесса Т

f--

Устройство достаточно эффективно работает при регулировании процессов малой длительности, так как ММФ могут осуществлять считывание строк с очень высокой частотой. Ограничение сверху на частоту считывания обусловлено только временем вычисления регулирующего воздействия Для инерционных процессов возникают сложности, обусловленные конечностью числа строк (явления переполнения потенциальных ям можно избежать, ограничивая время накопления), из-за скачкообразного изменения параметра задания. Управляющее воздействие, выдаваемое блоком 4, подается через шину на цифроаналоговый преобразователь 3, где поеобраэуется в аналоговую форму и затем через блок 1 гальванической развязки подается на исполнительный орган.

При выборке первой строки, т.е. начального значения параметра, остальная часть изображения программы игнорируется. Для получения заданного значения параметра в последующий момент времени производятся повторное накопление и выборка второй строки, Этот процесс выборки повторяется с периодом, задаваемым таймером. Каждый раз по истечении интервала времени, равного указанному периоду, блок 10 по сигналу таймера 13 формирует напряжение накопления. Кроме того, таймер 13 выдаст номер строки для выборки, тождественный номеру интервала. В первый интервал времени выбирается первая строка, во второй - вторая и т.д. В качестве многоэлементных матричных фотоприемников в

предлагаемом устройстве могут быть применены как приборы с зарядовой связью, так и приборы с инжекцией заряда.

В предлагаемом устройстве требуется

вывод только одной определенной строки. Применения приборов с зарядовой связью можно добиться подачей сигнала разрешения на выходной затвор только при нахождении требуемой строки в выходном

0 регистре. В приборах с инжекцией зарядов эта задача решается тоже просто, так как в них имеются строчные шины.

Конструктивные решения графического экрана 5 и оптической системы б должны

5 обеспечивать неискажающую передачу изображения программы на светочувствительную область фотоприемника 7, а также достаточную для умеренного срабатывания порогового элемента 12.

0Точность задания программы в предлагаемом устройстве зависит от количества элементов светочувствительной области фотоприемника, так как при преобразовании графического изображения в распределе5 ние зарядов фотоприемника происходит дискретизация этого изображения,

В предлагаемом устройстве точность программного задания при необходимости можно увеличить, считывая две поступаю0 щие строки и производя аппроксимацию временной зависимости между моментами выборки этих строк Например в начальный момент считываются первая и вторая строки. Блок 4 находит разность значений,делит

5 ее на п равных шагов, и через каждый интервал времени, в п раз меньший интервала между выборками значений строк из фотоприемника изменяет величину параметра задания на шаг. Затем выбираются вторая и

0 третья строка, а далее процесс повторяется. В предлагаемом устройстве не налагаются ограничения на форму временной зависимости параметра Оператор может нанести на экране любую криволинейную

5 непрерывную зависимость регулируемого параметра от времени, которая с достаточной точностью воспроизводится программным регулятором. При необходимости указанную зависимость можно легко изме0 нить.

Кроме того, отключив на некоторое время накопление, можно, не прекращая техно- логичесий процесс, изменить последующий характер временной зависимости.

5

Формула изобретения Программный регулятор, содержащий блок гальванической развязки, аналого- цифровой преобразователь, блок формирования управляющих воздействий,

цифроаналоговый преобразователь, причем аналоговый вход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым информационным выходом блока гальванической развязки, на первый вход которого поступает сигнал о состоянии объекта, а цифровой выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока формирования управляющих воздействий, выход которого соединен с цифровым входом цифроаналогового преобразователя, аналоговый выход которого соединен с вторым входом блока гальванической развязки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены графический экран, оптическая проецирующая система, многоэлементный матричный фотоприемник, блок выборки строк, таймер, видеоусили /

тель, пороговый элемент, ключ и счетчик видеоимпульсов, причем многоэлементный матричный фотоприемник оптически связан через оптическую проецирующую систему с

графическим экраном, выход многоэлементного матричного фотоприемника соединен с входом видеоусилителя, а его управляющий вход - с выходом блока выборки строк, выход видеоусилителя соединен с входом

порогового элемента и информационным входом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом порогового элемента, а выход - с входом счетчика видеоимпульсов, выход которого соединен с вторым информационным входом блока формирования управляющих воздействий, первый выход таймера соединен с входом блока выборки строк а второй выход - с входом синхронизации блока формирования управляющих воздействий.