Многоканальный импульсный регулятор Советский патент 1977 года по МПК G05B11/36 

выход которого :под ключен 1К .первому входу (первого элемента ИЛР1 и через первый элемент задержкн к второму входу первого элемента И, второй .выход подключен .к вторОМу .входу пятого эле1мента li н через второй элемент задержки К второму -входу второго элемента И. Выходы третьего и четве ртого элементов И соединены с входами второго триггера, первый выход KOTOiporo (подключен к второму входу шестого элемента И и через третий элемент задержки к второму входу третьего элемента И, вто-рой выход подключен к .первому вхаду второго элемента ИЛИ п через четвертый .элемент .задбр.жки к второМу входу четвертого элемента И. Вторые входы тервого и второго элементов Р1ЛИ соединены с выходами соот,в.етственно пятого и шестого элементО(В И.

На фиг. 1 показана схема регулятора; на ф«г. .2 изоб;ражены графики основ1ных 1релейно-им1пульсньгх законов регулирования, реализуемых регулятором.

Регулятор садерж.ит генератор 1 1развертывающего .сигнала, датчики пара.метра 2, нульоргаН 3, источник 4 эталонного сигнала, счеТчик 5, вентиль 6, генерато1р 7 тактовых «м(ПульСов, схе.мы сра1В.нення, инверторы 13, 14 и 15, схему Л 6 сравнения, инвертор 17, элементы И 18-2:1, триггеры 22 и 23, элементы за.дер1Ж ки 24-27, элементы И 28 и 29, эле.менты ИЛР1 30 и 31.

Алгоритм ра:боты -регулятора основан на |методе динамической ко.м;пен€ацин.

Алгоритм пре дусматривает П1реобразование а.М1Плитуд сигналов .датчиков в длительность времениого интервала путем Сравиения их абсолютных значений Xi, Xz, .. , х „ с развертывающим сигналом 5(г), из меняющимся от О до 5,макс или наоборот. В .моменты равенст1ва развертывающего сигнала значенияМ Сигналов датчиков -tj - S(l 0, xz - - 5(2) О, . . . , х„ - 5(/„ ) 0. Одновременно сравнивают эталонный сигнал заданной амплитуды А с развертывающем Сигналом Л -5,(/о) 0.

При ЛИнейиой 1развертываю.а1ей фу«Н1Кции S(t at интервалы вре.мени .динамической комгпенсащии сигналав прялю пр.0 порщиональf

ны Сигналам датчиков: // -, Го , а Го

а

разность меж|ду интервалом врем.ени tj и ренерным временным интервалом /о пря.мо пропорциональна отклонению у.

J ос

- {л-г-Л)

;- t,- to

& i а

(Преабра.зуя вводные сигналы х; и эталои.ный Сигнал А в длительности временных интервалов .и сравнивая их между , можно осуществить вы.рабошу уп|ра(Вляющ1И.х воздействий на исполнительные механизмы согласно следующему выражению, отображающему характеристику идеального |Двухпозиционно.го реле.

1/ I Р t U .при f : toДля реализации характеристики ;идеального трехпозиционного реле с зоной ч.увстВИтельности е необходимо ф01р|Миро1вать два реперных интервала t-, и , а для реалыного трехпозиционного реле с коэффициенто.м возврата или для петлевой хара1ктеристики с опережением необходимо формироать четыре реперных интервала, соответствующие границам срабатывания i- и t

И |-раница;м отпуска.ния ,

- (Л ± 8), --J- (Л ± б), а«

Производя сравнение Интервала /,- с вре..менными интервалами /±и и осуществляя одновременно логическое сравнение и исключение событий лри / t и т. п., получают регулирую.щие воздейств ия в соответствии с .одним из следующих законов:

-I- f/у а

К,.

- иу -&

у к -8 у Е

. t

-г и О

.

и у -S

При управляемых значениях границ срабатывания и отпускания нолучают в соответствии с даннЫМ алгор.итмом любую из се.мейства релейных .характеристик, изображенных па фиг. 2, в том числе и петлевую характеристику с опережением, а также импульсно-релейные хараастеристики без перестройки структуры утрашляющего устройства. Для реализации петлевой характеристики с опережением достаточно задать величину границы отпускания больше величины границы срабатывания. Однако в системе с опережающей петлевой характеристикой имеется вырожденный режим для .рассогласований, находящихся в зопе .между граеицами срабатьша.ния И отпускания. Для обеспечения обработки рассогласования до величины Д алгоритм предусматривает импульсный реЖИм работы в этой зоне и реализацию релейно-импульоното закона, о;писы1ваемого соотношением,

.и при у б

± At/ при 8 |г/| б

( О Ф11 У е.

Алгоритм работы устройства обеспечивает та.кже (реализацию релейНО-Импульсной характеристики (фиг. 2е), (предусматриваювдей выработку релейного управляющего сигнала при отклонениях, превышающих зону нечувств ительност.и, и импульсных регулирующих воздействий .прямо иропорционально отклонению при отклонениях, нахадящихся в зоне нечуаствительностн. Это .позволяет существенно повысить точность регулираваиия.

В исходном СОСТОЯНИЙ .развертьюающйй С:Игнал S(t) с выхода генератора 1 заведомо больше возмолшых значений сигналов датчиков 2. Сигналы с выхадОВ нуль-органа 3 и схемы сравнения 16 отсутствуют: на их ,выхОдах действует логический ноль. Вентиль 6 3aiK:pbiT и .ИМ|пульсы с ГенератОра 7 не проходят .на счетчиК 5. На выходах схем сратанения 8-12 действует логический «оль, а на выходах ин1верто;рав 13, 14, 15 - логическая единица. На третьих вхадах элементов И 18-21 действует логический ноль, но на нервых (Входах элементов И 19 и 21, а также на вторых входах элементов И 18 и 20 действует сигнал «единица. На выходах элементов И 18-21, работающих -на совладение логических нулей, сигналы отсутст вуют. На выходах триггеров 22, 23, 1элементо1в И 28, 29 и элементов ИЛИ 30, 31 бло1ка 32 формирования регулирующих воздействий сигналы также отсутствуют.

В процессе изменения разве1рты1вающе(го сигнала по закону S(t) с - at в моменты равенства его значениям сигналов датчиков срабатывают соответствующие схемы сравнения 16. Нри этом на ее выходе устанавливается логическая единица, а на выходе (подключенного ,к ней инверго,ра 17 - логическ1ий ноль. В этот момент в ,каналах с положительным рассогласованием происходит совпадение логических нулей, снимаемых с аыхада блока формирования границ но шине -rs и с выхода инвертора 17, ,па входа,х элемента И 18. На выходе элемента И 18 появляется сигнал, который переводит триггер 22 в рабочее состояние и формирует регулирующее воздействие на исполнительный механизм по шине В. Одаовременно срабатывает элемент И 20, выход которого под1ключен к -входу «сброс триггера 23. Сигнал с элемента И 20 удерживает триггер 23 в исходном состоянии или переводит его в исходное состояние, если он ранее находился IB 1рабочем состоянии.

При дальнейшем из.менении раз.вертывающего напряжения в момент равенства его эталонному сигналу источника 4 срабатывает нуль-орган 3, (Который открывает вентиль 6, счетчик 5 начинает занолняться тактовыми им1пульсамн частоты /о. В момент заполнения счетчнка определенны.м количеством импульсов , N + , , его «од совпадает с кодом, установленным на входе соответствующей схемы сравнения . В процессе заполнения очетчика срабатывают схемы сравнения 8-12 и формируют реперные временные интервалы /+ , t-L,, t°, , , которые задают во времени границы срабатывания и отпускания, общие для всех каналов многоканального регулятора. Значения границ сра батыван ия н отпускания, а следовательно, и длительности ре.перных временнь1х ннгсрвалов задаются в виде «одовы-х .комбинаций на входах схем сО В|падения кодов и регулируются (Посредством ЦВМ.

Сигналы поступают одн-овременно на все блоки 32 формирования регулирующо-гх воздействий по шинам -:-е, -е. О, О, +б, -5, где они сравниваются в импульсной форуме на Входах элементов И 18-21 с соответствующими сигналами, поступающими со схем сравнения 16. Если интервал со схемы сравнения 16 меньше интервала границы срабатывания, ti /+ , то в момент црихода сигнала «О с инвертора 17 на третьем входе элемента И 18 действует сигнал «О, поступающий с блока формирования границ по шине +&, элзмент И 18 вырабатывает импульс, iKOторый переводит триггер 22 в рабочее состояние, и на выходе в данно.м канале появляется сигнал управления.

Если сигнал датчижа находится (В зоне нечувствительностн и //

tто в момент

.прихода сигнала «О по шине -i-б действует

сигнал «1 и илшульс управления не формируется. На входе элемента И 19 в момент прихода сигнала «О ло шине +б действует сигнал «О со схемы сравнения 16, что приводит к формированию импульса сброса триггера в исходное состояние. Одновременно срабатывает элемент И 20, который формирует имцульс сброса на триггер 23.

Если интервал со схемы сравнения ,16 больше реперного интервала границы срабатывания, / , то в момент нрихода сигнала «О по шине на выходе схемы сравнения 16 действует сигнал «О. Элемент И 21 Bbipai6aTbiBaeT им1пульс, который переводит триггер 23 в рабочее состояние. В канале форМИруется положительное управляющее

0 воздействие. Одновременно срабатывает элемент И 19, который формирует импульс сброса на триггер 22. Нри этом в регуляторе полностью исключается возможность одновременного появления положительного и отрицательного управляющего воздействия на исполнительные механизмы, так как на пе|рвый вход одного из триггеров (ноступает сигнал «запуск, одновременно на второй вход дру-. гого npiHnrepa поступает сигнал «сброс.

Таким образом, за цикл развертки осуществляется нреобразованне сигналов датчиков во временной интервал во .всех каналах и форагирование управляющих воздействий посредством анализа лоследсвательатости событий с нОМощь о логических схем в соответствии с описанны.м алгорнт.мом.

В момент равенства развертывающего напряжения нулю генератор 1 вырабатывает импульс, который осуществляет счет0чика 5 в исходное состояние. Далее напряжение генератора 1 скачком изменяется до своего н |йбольшего Значгния п все элементы схемы возвращаются в исходное состояние, кроме тр-йгг-ероз 22, 23, которые могут менять 5 свое состояние только пу иэмененз-ш сигнаЛО.В рассогласований. Начинается НОБЫЙ цикл и т. д., лроцесс продолжается аналогнчио.

Рассмотренный основной конту р регулятора позволяет при варьировании границами срабатывания формировать без перестройки устройства любую из семейства релейных хаpaiKTreipmcTHK, изображбН1Ных на графиках а, б, в, ж, 3, к фиг. 2.

Схемное нестроение регулятора позволяет CHHXipOHHo управлять лараметрамИ каналов регуЛИ1рЪва1ННя как вручную, так « автоматически от цифровых инфор,мациовно-1выгчислнтельных систем, причем как при изменении режима работы объекта, так и нвпосре дст1ве.нно во «ремя переходных процессов. При этом обеспеч1И;вается строгая идентичность характеристик каналов регулирования и высокая точность за|да1ния их пара;метров, что (позволяет использовать регулятор в системах прецизи-, онного регулирования.

Дополнительные элементы И 28, 29, входы кото-рых подключены к шинам О, О блока формирования границ, к выходам схемы сравнения 8 и .вторым выходам соответствующих триггеров 22, 23, формируют в цикле развертки импульсные сигналы, дропорцио-нальные отклонениям. На входах элементов 18-21 сравнивается интервал, соответствующий сигналу заданной амплитуды Л, с интервалом, формируемым схемой сравнения 16. При отклонениях, превышающих зоиу нечувствительности, ррабатьпвают триггеры 22, 23, и на выходе элементов И 28, 29 импульсы исчезают. С выхода элементов ИЛИ 30, 31 получают релейный сигнал при от1клонениях, превышающих зону печув1СТ1вительности, и импульсы, пропорциональные отклонениям, при отклонениях, величина которых не превышает зону нечувствительности (ем. фиг. 2 г, д, е). Введение импульсного регулирования в зоне нечувствительности позволяет повысить статическую точность регулирования.

При работе регулятора в релейно-нмпульсном режиме с предварением задают величину границы от1пу1скаиия больше величины границы сра|батыван1ия и подключают конту р обратной связи с выходов т|ри.ггеров 22, 23 через элементы задержки 24-27 к входам элементов И 18-2-1.

В исходном состоянии с элементов задержки на входы элемантов И 18, 21 приходят логические нули, а на входы элементов И 19, 20 - логиче1ские единицы.

При работе основного контура, как и в ранее описанном случае, формируется управляющий сигнал. В момент перехода, например, триггера 22 в новое состояние на выходе элемента задержки 24 появляется сипнал - логическая единица, а через время задержки на входе элемента И 19 логический нуль. Если сигнал рассогласования меньше границы отпускания, то элемент И 19. срабатывает и возвращает триггер 22 в исходное состояние. Сигнал с первого выхода триггера 22 поступает па схему задержки 24 и через время

задержки т на входе элемента И 18 поя1вляется логический нуль. Если сигнал датчика 2 больше границы срабатывания, то триггер 22 снова срабатывает и т. д. Процесс выработки управляющих сигналов с заданным периодом повторения продолжается до тех пор, пока сигнал рассогласования не войдет в зону нечувствительности 8.

При больших сигналах рассогласований,

превышающих величину границы отпускания,

с выхода имеют постоянное регулирующее

воздействие. Характеристика релейно-импульсного звана изоб1ражепа па фиг. 2, л.

Применение изобретения дает значительиый эффект при автоматизации объектов с большим числом регулируемых координат, а также объектов, требую.щих применения нескольких законов управления и изменения алгоритмов управления во время технологического процесса при изменении режимов работы. Кроме того, он может использоваться в ком1плекте аналоговых вычислительных машин и аналого-цифровых ком1пле.ктов в качестве типового блока, воспроизводящего -семейСтво релейных и релейно-импульсных характеристик, с помощью которого может производиться моделирование нелинейных многосвязных систем известными методами. В данном случае существенно уменьшается объем операционной аппаратуры аналоговой машины, необходимой для воопроизведения нелинейных характеристик.

Формула изобретен и я

1. Многоканальный им1пульсный регулятор, содержащий датчик параметра, еуль-орган, .входы которого подключены к источнику эталонного сигнала и генератору развертывающего сигнала, а выход через вентиль, второй вход которого 1Сое|Динен с генератором тактовых импульсов, подсоединен к счетчику, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения регулятора, он содержит блоки формирования регулирующих воздействий, три инвертора и пять схем сравнения, выход первой из которых непосредственно и через первый инвертор, выход второй и четвертой неносредственно, а выход третьей

и пятой через второй и третий инверторы соединены с соответствующими входами блоков формирования регулирующих воздействий, а параллельные входы схем сравнения подключены к соответствующим выходам счетчика.

2. Многоканальный импульсный регулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок формирования регулирующих воздействий содержит два триггера, шесть элементов И, четыре элемента задержки, два элемента ИЛИ, инвертор и схему .сравпевия, выход которой подключен через инвертор к первым входам первого, третьего И пятого элементов И и непосредственно к первым входам второго, четвертого и щестого элементов И, выходы первого

и второго элементов И соединены с входами

первого триггера, .первый выход .которого подключен к первому входу (первого элемента ИЛИ и первый элемент задержки к второму входу первого элемента И, второй выход .подключен к второму входу (пятото элемента И и через второй элемент задержки к второму входу BToipOiro элемента И, выходы третьего и четвертого элементов И соединены с входами второго Т1риггера, лервый выход кошрого лоаключен к второму 1входу шестого элемента И и че1рез третий элемент задержки к второму входу третьего элемента И, второй выход подключен к первому входу второго элемента ИЛИ « через четвертый элемент задержки к второму входу четвертого элемента И, вто,рые входы первого и второго эламелтов ИЛИ соединены с 1выхо(дами соответственно .пятого и шестого элементов И.