Регулятор Советский патент 1980 года по МПК G05B11/01 

Предлагаемое устройст-во относится к области автоматики и может быть йспольг зовано в качестве регулятора полойсания в ПОЗИЦИОННЫХ системах автоматического регулирования (ПСАР) с подчиненным регулированием координат. Известен регулятор положения, выполненный на базе операционного усилителя с пропорциональным законом регулирования l Однако указанный регулятор позволяет отрабатывать заданные перемещения с .удовлетворительным качеством тольк:о для малых перемацений. Известен регулятор положения, содержащий ГШ блок, квадратичный преобразователь, задатчик и датчик обратной связи. Такой регулятор позволяет обеспечить удовлетворительную динамику, как в зоне малых, так и средних перемещений 2}. Однако при отработке больших перемещений указанный регулятор допускает боль шое перерегулирование контролируемой ксординяты. Цель изобретения - расщирение области применеш1я.и повышение быстродейст Это достигается тем, что в регулятор введен блок рассогласований, сумматор, три вычислителя модуля, блок дифференцирования, три источника опорных напряжений, шесть управляемых ключей, четыре нуль-органа, причем первые входы трех нуль-органой соединены с источниками опорных напряжений. Выход задатчика соединен с первыми входами блока рассогласований, сумматора и через первый управляемый ключ со входом npi-блока. Выход датчика обратной связи соединен со вторыми входами сумматора, ПИ-блока, блока дифференцирования и через второй управляемый ключ - со Вторым входом блока рассогласования, выход которого через последовательно, соединенные первый вычислитель модуля, функциональный прео&разователь, третий управляемый ключ соеДинен со вторьгм входом первого нуль-ор - гана. Выход блока дифференцирования соединен со входом второго вычислителя модуля; выход которого соединен со вторым входом второго нуль-органа и через четвертый управляемый ключ - с первым входом третьего нуль-органа, второй вход которого через параллельно включенные пятый и шестой управляемые ключи соеди нен со вторым входом первого нуль-органа. Выход сумматора через третий вычислитель модуля соединен со вторым входом четвёртого нуль-органа, выход которого соединен со входом шестого управляемого ключа, выход третьего нуль-органа соединен со входами первого и третьегнэ управляемых ключей и со входом ПИ-блока. Выход второго нуль-органа сое динен со входами второго и четвертого управляемых ключей. Выход первого нульоргана соединен со входом пятого управляемого ключа. Это достигается также тем, что блок рассогласования содержит операционный усилитель, вход которого через первый и второй конденсаторы подключен к первому и второму входам блока, а выход - непосредственно к выходу блока и через третий конденсатор ко входу операционного усилителя, Структурная схема регулятора гриведе на на чертеже. Регулятор содержит про- порционально- нтегралшый (ПИ) блок 1, обеспечивающий на своем выходе напряже ние Uj, управляемые ключи 2-5, замкнутые при отсутствии входного сигнала,управляе54ые ключи .6 и 7, разомкнугые 1ФИ отсутствии входного сигнала, задатчик 8 с выходным напряжением U-j i нуль органы 9-12, обеспечивающие управление ключами 2-7, источники опорных напряже ний 13-15, задающие опорные напряжени -соответственно для нуль-органов 9-11, вычислители модуля 16-18 блок рассогласований 19, сумматор 2О, блок диффе. ренцирования 21, обратной связи 22 с выходным напряжением U g и функциональный преобразователь 23, реализукяций зависимость V«CV4, где V,X соответственно выходной и входной счша лы функционального преобразователя, С коэффициент. Пропорционально-интегральный блок 1 состоит из операционного уси лителя 24, конденсатора 25, управляемого ключа 26, сопротивлений 27-29, Блок . рассогласований 19 состоит из оперяциOHHOJx) yc ylитeля 30 и конденсаторов 31 33. Сигнал на выходе блока 19 - SQ . Статическое состояние устройстн,- характеризуется тем, что 1) 02 Cohg-fc-, , Uj CCiist сигналы на выходпх 71 94 нуль-органов 9, 10 и 12 равны нулю, на выходе нуль-органа 11 имеется сигнал. Следовательно, все управляемые ключи, за исключением 7, находятся-в исходном состоянии. Ключ 7 находится в замкнутом состоянии. При отработке перемещений, обуславливающих треугольный график скорости, устройство работает следующим образом. Для рассматриваемого режима работы выходное напряжение функционального преобразователя 23, пропорциональное величине СО о меньше или равно напряжению источника 14, пропорциональному величине ии , поэтому выходное напряжение нуль-органа 10 равно нулю, ключ 4 замкнут и блокирует ключ 7. При изменении скачком напряже;гйя задания U на величинуд и -1 последняя повторяется на выходе блока рассогласований 19. Кроме того напряжение U-ji поступая через ключ 2 на вход ПИ-блока 1, вызывает увеличение напряжения Uj, под действием которого двигатель начинает раз1 оняться. Напряжение, пропорнионалыюе скорости двигателя CU-i обеспечивается на выходе блока дифференцирования 21. Как только указанное напряжение превзойдет по модулю напряжение источника 13, нуль-орган 9 срабатывает, вызывая размыкание ключа 3 и замыкание ключа 6. Ключ 3 отключает сигнал и от блока рассогласований 19, благодаря чему обеспечивается запоминание сигнала Д U на его выходе. Ключ 6 обеспечивает прохождение на вход нуль-органа 1.2 сигнала, пропорционального скорости двигателя, поступакяцего с выхода блока вычисления модуля 16, Следовательно, на входы нуль-органа 12 подано два сигнала: сигнал с выхода блока вычисления модуля 16 и сигнал с выхода функционального преобрйзователя 23, поступакяций через ключи 5 и 4. Сигнал на выходе блока вычисления модуля 16 в процессе разгона двиг-птеля увеличивается пропорционально скорости двигателя, и после того, как он превзойдет по моду- лю выходной сигнал функционального преоб™ разователя 23, нуль-орган 12 срабатывает, обеспечивая замыкание ключа 1-G и размыкание ключей 2 и 5. Размыкание ключа 5 обеспечивает снятие вг-лходного сигнала функционального преобразователя 23 со входа нуль-органа 12, благодаря чему на выходе нуль-органп 12 (обеспечивается выходной сигнал до тех пор, пока на втором его входе сигнал отличен от нуля. Замыкание ключ) 2(,i сиоск-чивлот

шунтирование емкости в цепи обратной связи усилителя 24, Размыкание ключа 2. снимает напряжение задания U н со входа ПИ-блока 1, благодаря чему под действием напряжения Uj напряжение U j скачком изменяет свой знак. Изменение знака нч.пряжения Uj обеспечивает режим торможения двигателя. Скорость двигателя уменьшается, вызывая уменьшение выходного сигнала блока вычисления модуля 16. Как только выходной сигнал блокавычисления модуля 16 станет по модулю меньше напряжения источника 13, выходной сигналнуль-органа 9 становится равным нулю, вызывая замыкание ключа 3 и размыкание кл.юча 6. Замыкание ключа 3 вызывает уменьшение выходного напряжения блоха рассогласований. 19 до величины, близкой к нулЮо Раэ /Лткание ключа 6 обеспечивает нулевой сигнал на выходе нульоргана 12, вызывая замыкание ключей 5 и 2 и размыкание ключа 26, т.е. регулятор положения возврашается в исходное состояние. При отработке перемещений, обуславли-25 ка ваьдцих трапецеидальный график скорости устройство работает следующим образом. В зтом г лучае выходное напряжение функиионального преобразователя 23 по модулю больше напряхтений исто-:ника 14, .что обеспечивает срабатывание нуль-орга на 10 и размыкагше ключа 4, В свою очередь напряжение на выходе блока вычисления модуля 18 по модулю больше напряжения источника 15, что вызывает срабатывание нуль органа 11 и замыкание ключа 7. При изменении, скачком нап ряженка задания (J- устройство работает аналогично, как и в случае треугольного графика скорости с той лишь разницей, что момент начала торможения (момент срабатывания нуль-органа 12) определяется не величиной выходного сигнала блока вычисления модуля 16, а моментом размг гкания ключа 7. Ключ 7 разомкнется, как только напряжение на выходе бло-. ка вычисления модуля 18, пропорциональное ошибке слежения, по модулю станет меньше напряжения источника .1 5, Устройство легко реализуется с помощью средств аналоговой вычислительной техники. Например, cyrv.MaTOp, нуль-орган, блок вычисления модуля, дифференцирующий блок, функционвльный преобразователь целесообразно выполнять ня Пазе операци- онных решающих усилителей, л управляемые ключи - на базе полевых транзисторов. Блок днфференинр ллания 21 может

быть исключен из схемы, если в качестве входного сигнала блокавычисления модуля 16 использовать выходной сигнал датчика скорости двигателя.

Формула изобретения

1о Рег лятор, содержащий ПИ-блок, функциональный преобразователь, задатчик и датчик обратной связи, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повыш ения быстродействия, регулятор содержит блок рассогласований, сумматор, три вычислителя модуля, блок дифференцирования, три источника опорных напряжений, шесть управляемых ключей, четыре нуль-органа, причем первые входы трех нуль-органов соединены с источниками опорных напряжений. Выход задатчика соединен с первыми входами блока рассогласований, сумматора И через первый управляемый ключ в первым входом ПИ-блока, выход датчиобратной связи соединен с вторыми входами сумматора, ПИ-блока, блока дифференцирования и через второй управляемый ключ-со вторым входом блока рассогласования, выход которого через после довательно соединенные первый вычислитель модуля, функциональный преобразова- таль, третий управляемый ключ соединен со вторым входом первого нуль-органа, Еыход блока дифференцирования соединен со входом второго вычислителя модул, выход которого соединен со вторьгм входом второго нуль-органа и через четвертый управляемый ключ -с первым-входом третьего нуль-органа, второй вход которого через параллельно включенные пятый и шестой управляемые ключи соединен-со вторьтм входом первого нуль-органа, выход сумматора через третий вычислитель модуля соединен со вторым входом четвёртого нуль-органа, выход которого соединен со входом шестого управляемого ключа, выход третьего нуль-органа соединен со входами первого и третьего управляемых ключей и со входом ПИ-блока, выход второго нуль-органа соединен со входами второго и четвертого управляемых ключей, Выход первого нуль-органа соединен со входом пятого управляемого ключа. 2. Регулятор по п. 1, отлича- ю щ и и с я тем, что блок рассогласо- вания содержит операционный усилитель, вход которого через первый и второй конденсаторьг подключен к первому и второ-

му входам блока, а выход - непосредственно к выходу блока и через Третий койДбисатор - ко входу операмяонного усилителя.

Источники информации, прййятьте во внимание при экспертизе

1.Лебедев Е. Д. и др. Управление вентильными электроприводами постоянного тока , Энергия 1970, с. 83-86.

2.Лебедев Б. Д. и др. Уч фавление вентильиыМи электроприводами постоянного тока , Энергия 1970, с. 89-92 (прототип).