Релейный регулятор Советский патент 1991 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к системам управления динамическими объектами и может быть реализовано в релейных системах управления. Наибольшее применение изобретение может найти при необходимости получения управления с малыми перерегулированиями при отработке внешних возмущений в установившихся режимах. Кроме того, регулятор может быть использован для поддержания малых скоростей изменения ошибки управления в пределах зоны нечувствительности релейной системы управления.

Цель изобретения - увеличение точности управления.

На фиг. 1 представлена структурная схема релейного регулятора; на фиг. 2-4 - фазовые портреты системы управления; на

фиг. 5 пример построения запоминающего устройства, входящего в релейный регулятор; на фиг. 6 - пример построения коммутирующего элемента.

Устройство содержит релейный регулятор 1, входы задания сигналов ошибки 2 и скорости 3 ошибки, регулирующий элемент 4, звено 5 запаздывания на выключение, трехпозиционный релейный элемент (РЭ) 6, запоминающее устройство (ЗУ) 7 с входами Сброс, информационным (а), управляющими (б и в) и выходом (г), двухпозиционные РЭ. 8 и 9, апериодический фильтр 10, при этом регулирующий элемент 4 выполнен на трехпозиционном релейном элементе 11, охваченным цепью инерционной ООС 12 через сумматор, коммутирующий элемент 13, выходную шину 14, объект 15 управления.

О

о ел

ю о

О)

На фиг. 5 обозначены: интегратор 16, выполненный на операционном усилителе (ОУ), управляемые ключи 17 и 18, формирователь 19 одиночных импульсов, элемент ИЛИ 20, резисторы 21-23. На фиг. 6 обозначены: управляемый ключ 24, триггер 25, трехвходовой элемент ИЛИ-НЕ 26. На фиг. 2-4 обозначены: X - сигнал ошибки управления, Y - сигнал скорости ошибки управления, Li1, L21, Ц1, L.21-линии переключения, MI - положение изображающей точки на фазовой траектории, hx, hxi - граница зоны нечув- ствительности по сигналу ошибки управления, hy- граница фиксируемой скорости ошибки управления.

Релейный регулятор выполнен следующим образом (фиг. 1).

Входы формирующего элемента 4, грех- позиционного РЭ и информационный вход ЗУ 7 соединены с входом 2. Выход регулирующего элемента 4 через звено 5 соединен с выходной шиной 14. Выход ЗУ 7 соединен через коммутирующий элемент 13с вторым входом регулирующего элемента 4 (с вторым входом сумматора, через который РЭ 11 охвачен цепью инерционной ООС 12). Выход элемента 4 через звено 5 соединен с выходной шиной 14 устройства.

Вход 3 соединен с входами РЭ 8 и 9 через фильтр 10. Выходы РЭ 8 и 9 соединены с управляющими входами ЗУ 7 и с двумя входами коммутирующего элемента 13, С третьим входом этого ключа соединен выход РЭ 6 и вход Сброс ЗУ 7.

ЗУ 7, один из вариантов которого представлен на фиг. 5, выполнен следующим образом,

В качестве запоминающего элемента в схеме используется интегратор 16, выполненный на ОУ с конденсатором в цепи ООС. Вход интегратора через ключ 17 и резисторы 21 и 22 подключен к управляющим и информационным входам соответственно. Управляющие входы объединены через элемент ИЛИ 20 на входе формирователя 19, выход которого соединен с управляющим входом ключа 17. В цепи обнуления интегратора 16 включен ключ 18, управляющий вход которого является входом Сброс схемы.

Коммутирующий элемент 13 (фиг. 6) содержит ключ, управляющий вход которого соединен с выходом триггера 25. Управляющий вход триггера 25 (например, вход S) соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 26, объединяющим три управляющих входа. К входу обнуления R триггера 25 подключена цепь обнуления.

Пусть в некоторый момент изображающая точка М пересекла границу зоны нечувствительности Li (T.MI). Начиная с этого момента и до попадания изображающей точки на линию выключения (т.Ма) происходит отработка скорости ошибки управления исполнительными органами системы управления, На участке скорость изменяется только за счет демпфирования (трения). На участке Мз-М4 за счет того, что изображающая точка оказалась вне зоны нечувстви0 тельности, определяемой границами hx и hy (по сигналу X), происходит гашение скорости исполнительными органами, и в дальнейшем изображающая точка оказывается в состоянии покоя (T.MS),

5Рассмотренный процесс относится к

режиму отработки начальных условий и качественно присущ практически всем устойчивым релейным системам. При этом

0 отличия процессов могут быть обусловлены только положением линий переключения на фазовом портрете.

Пусть, например, по окончании переходного процесса в момент нахождения

5 изображающей точки в положении Мб на систему управления подействовало возмущение, способствующее увеличению скорости Y. Тогда, под действием возмущения изображающая точка достигает установлен0 ного предела пу (т.My). В этот момент фиксируется сигнал позиционного отклонения S, равный

с у 7

О /л Ј-,

где Z - демпфирующий сигнал, например,

5 пропорциональный сигналу Y, либо сформированный иным образом, но обеспечивающий устойчивость управления.

Предполагается, что при -hx X hx S X. Линия включения Li (значение сигна0 ла срабатывания РЭ, определяющего значение hx) устанавливается в положение, соответствующее зафиксированному значению X, т.е. Li занимает положение Li1, a L.2 занимает положение . Изображающая

5 точка попадает за границу зоны нечувствительности, и исполнительными органами системы управления обеспечивается перевод т.М в положение Me. Далее процесс повторяется и возникает режим установившихся

0 автоколебаний.

При исчезновении возмущения, например, в т.Мд, если изображающая точка попа- дает на границу Li, линия устанавливается в исходное состояние (Li).

5 Если изображающая точка в щэоцессе движения не попадает на границу Li, то граница Lr остается в положении hx При длительном воздействии возмущения стабилизация производится в области точки hx .

Если, например, в процессе отработки появившегося возмущения изображающая

точка вновь пересекает границу hy, то линия включения переходит из положения LV (фиг. 3) в положение Li2 и т.д. Далее процесс повторяется аналогичным образом.

Рассмотрим функционирование релейного регулятора (фиг. 1), используя фазовые портреты, представленные на фиг. 2-4.

Пусть, например, сигнал X изменяется со скоростью Y, которая больше по абсо- лютной величине зоны нечувствительности одного из РЭ 8 или 9. При достижении сигналом X порога срабатывания h РЭ 11 последний включается, и на его выходе появляется релейный сигнал, который прой- дя через звено 5, поступает на выходную шину 14 и воздействует на объект управления, обеспечивая изменение его скорости на участке Mi-M2r фазовой траектории, Демпфирование скорости Y обеспечивается за счет действия ООС (выходной сигнал цепи ООС 12, изменяющий сигнал S).

При попадании сигнала S в зону нечувствительности РЭ 11, что соответствует т.Ма, последний выключается, а на объект управления начинает действовать только демпфирующая сила (например, сила трения, или сила внутренней диссипации энергии, участок ). Далее на участке процесс аналогичен процессу на уча- стке Mi-M2.

Если сигнал Yr отфильтрованный фильтром 10 сигнал Y, в дальнейшем будем считать, что YT Y, так как фильтр 10 обеспечивает подавление сигналов высокоча- стотной помехи и его постоянная времени значительно меньше постоянной времени объекта 15 управления становится по абсолютной величине меньше hy (порог срабатывания РЭ 8 и РЭ 9),замыкается комму- тирующий элемент 13. Условие замыкания коммутирующего элемента 13 (фиг. 6) - отсутствие сигналов на его логических входах (срабатывает элемент ИЛИ-НЕ 26 и включает триггер 25). Замыканием ком- мутирующего элемента 13 обеспечивается подключение выхода ЗУ 7 к входу элемента 4.

Если в некоторый момент времени (например, т М) вследствие возникновения внешнего возмущения сигнал Y становится больше значения порога срабатывания РЭ 8 (9), на управляющий вход б (или в) ЗУ 7 поступает сигнал, под действием которого в ЗУ 7 запоминается сигнал X.После ввода в ЗУ 7 сигнала X на его выходе формируется сигнал

U X-hприХ Оили

U X + hприХ 0.

т.е. ЗУ 7 исключает начальный уровень h срабатывания РЭ 11 и заменяет его запомненным сигналом X.

В результате обеспечивается смещение линий переключения LI и в положение hx(Li и L.21), Формирующий элемент в этом случае обеспечивает процесс стабилизации изображающей точки вблизи положения hx .

Если сигнал X попадает в область включения РЭ 6, последний обнуляет ЗУ 7, и пороги РЭ 11 устанавливаются в исходное положение (т.е. U 0).

Если в процессе изменения сигнала X в пределах зоны нечувствительности РЭ 6 сигнал Y вновь включает РЭ 8 или 9, в ЗУ записывается новое значение X и далее процесс повторяется.

Рассмотрим функционирование ЗУ 7.

При появлении релейного сигнала на входах б или в на выходе формирователя 19 появляется импульс ti/. На время импульса интегратор 16 переходит в режим апериодического звена, на вход которого поступают сигнал X и сигнал h от входов б или в, в противофазе. По окончании импульса т+ на выходе интегратора 16 оказывается сформированным сигнал U.

Точность управления достигается за счет уменьшения перерегулирования А(фиг, 3), возникающего при отработке скоростной о-иибки управления.

Отработка сигнала скорости производится внутри зоны нечувствительности, т.е. по сигналу ошибки управления устраняется перерегулирование, являющееся следствием внешнего возмущения. Для оставшегося перерегулирования Дт, вызванного отработкой остаточной скорости YOCT, всегда

.

Помехоустойчивость обеспечивается тем, что сигнал скорости ошибки управления используется не для формирования регулирующего сигнала, а только для фор- мирования логических признаков переключения закона управления. В этом случае скоростной сигнал может быть отфильтрован необходимым образом, без внесения запаздывания в сигнал ошибки управления.

Формула изобретения

Релейный регулятор, содержащий регулирующий элемент, апериодический фильтр, TI РХПОЗИЦИОННЫЙ релейный элемент, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности управления, дополнительно введены запоминающее устройство, коммутирующий элемент, звено запаздывания на выключение, первый и второй двухпозици- онные релейные элементы, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутирующего элемента, третий управляющий вход которого соединен с входом Сброс запоминающего устройства и выходом трехпо- зиционного релейного элемента, вход которого соединен с информационным входом запоминающего .устройства и с первым входом регулирующего элемента, который является входом .задания сигнала ошибки регулятора, выход запоминающего устройства соединен с информационным входом коммутирующего элемента, выход коммути0

рующего элемента соединен с вторым входом регулирующего элемента, выход которого через звено запаздывания на выключение соединен с выходной шиной регулятора, а входы первого и второго двух- позиционных релейных элементов соединены с выходом апериодического фильтра, вход которого подключен к входу задания сигнала скорости ошибки регулятора.

Изобретение относится к релейным системам автоматического управления динамическими объектами. Целью изобретения является увеличение точности управления, Сущность изобретения состоит в изменении зоны нечувствительности релейной системы управления, если скорость изменения сигнала ошибки управления выходит за заданные пределы. При этом смещаемая граница зоны нечувствительности устанавливается в положение, соответствующее ошибке управления в момент попадания ее скорости за заданные пределы. Устройство содержит регулирующий элемент, запоминающее устройство, трехпозиционный и двухпозиционный релейные элементы, обеспечивающие передачу информации запоминающего устройства на вход формирующего элемента. Запоминающее устройство обеспечивает изменение зоны нечувствительности регулятора и фиксацию ее з течение времени действия возмущения, 6 ил.

I 4 т

1 р(тарЧ)

01/тУ

55

Уост

МЭ

4

Ив

AI

Фиг. 2

На.

Уост

Их

I

;

Фиг.З

0U2.5

/J-/

13-2

Ј.

Исходное

26

/

Фиг. 6