Импульсный регулятор Советский патент 1980 года по МПК G05B11/16 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для автоматического регулирования различных параметров например тока злектропрй вода измельчителей различных материа лов , температуры и других электричёс ких и-незлектрических величин. Известен регулятор, предназначенный для стабилизации различных параметров технологического процесса, со держащий датчик с измерительной схемой, злектронный усилитель, релейное устройство и исполнительный механизм 1. Указанное устройство имеет недр статочные точность, быстродействие и надежность работы. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является импульсный регулятор, содержащий исйюлнительный орган защиоы от перегрузок, злемент сравнения,первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первыми выхо дами датчика тока, источника опорного напряжения и стабилизированного источника питания, а первый и второй выходы - через первый и второй интегрирующие злементы - с первыми входами первого к второго пороговых элейёнТбИ; ётоТроЙ выход стабилизйрованнг)ГО и :тбч11Ий1: ШтаШ подключён через третий интегрирующий элемент К йёрво у В5:6ду трётbsro itopoi элемента, черё рёйЖШцйониый гене-; ратор - ко торым входам, а непосредственно - k трет1ьим входам первого, второго и Третьего пороговых элементов/ второй выход датчика трка подсоединен через четвертый интегрирующий з.лемейт. к; первому вхЬДу Чётве ртог6 порогового элемента, второй вход которБго подключен ко второму выходу источника опорного напряжения, триггер, первый, второй, третий и чеггвертый вхоДМ-которого соединены с выхсадами соответствующих пороговЫ5{ элёМёйтЪВ7 г1е1рвый, второй и третий выходы - соответственно через первый, второй и третий коммутаторыесоответствующими входами исполнительного ЭЛек ТЕ)бдвйгател я 2 . импульсный регулятор имеет недостаточно.е быстродействие. Цель изобретения - повышение быстродействия регулятора. Эта цель достигается тем, что в известный импульсный регулятор введейы разделительные ключи, чётвер тый коммутатор, пятый и шестой интегрирующие элементы и пятый и шесто пороговые элементы, первый входы которых подключены соответственно через пятый и шестой интегрирующие к первому и второму выходам элемента сравнения, а вторые И третьи входы - к выходу релаксационного генератора и ко второму выходу стабилизированного источника Питания, выходы первого и пятого интегрирующих элементов подключены соответственно через первый и второй разделительные ключи к первому выход триггера, выходы второго и шестого интегрирующих элементов через, третий и Четвертый разделительные ключи ко второму выходу триггера, выходы третьего и четвертого интегрирующих элементов, пятый и шестой разделител ные ключи - к третьему выходу триггера, четвёртый йыхоД которого через седьмой ключ соединен со вторым выходом триггера, а через четвертый коммутатор- со входом исполнительного органа защиты от перегрузок На фиг.1 приведена функциональная схемарегулятора; на фиг.2 - принцип альная электрическая схема. Функциональная схема содержит дат чик 1 тока, источник 2 опорного напр жения, стабилизированный источник 3 питания, элемент 4 сравнения, поро говые элементы 5-10, интегрирующие элементы 11-16, релаксационный генератор 17, триггер 18, коммутаторы 19 - 22, исполнительный электродвига тель 23, исполнительный орган 24 защиты or перегрузки и разделительные ключи 25 - 31 . Принципиальная электрическая схем регулятора содержит датчик тока, обр зованный трансформатором 31 тока, выпрямительным мостом 32 с конденсатором 33. фильтра и потенциометром 34 источник опорного напряжения, образова;нный одной из вторичных обмоток 35 трансформатора 36, выпрямительным мостом 37, опорным диодом 38 и потен циометром 39, стабилизированный источник питания, составленный втЪрйчной обмоткой 40 трансформатора, диод ным мостом 41, конденсатором 42 фильтра, опорным диодом 43 и потенцио метром 44, пороговые элёмен-гы, образованные, например однопереходными транзисторами 45 - 50, потенциометрами 51 - 56 и помехозащитными конден,аторами 57 - 61, интегрирующие элементы, составленные последователь ными 62 -. 71 или параллельными 72, 73 RC-контурами, триггер с общим анодным резистором 74, состоящий ий тиристоров 75 - 78, резисторов 79 82и коммутирующих конденсаторов 83- 86,.разделительные ключи, образованные диодами 87 - 93, релаксационный генератор, выполненный на однопереходном транзисторе 94 с НС-контуром 95,96 в эмиттере и резистором 97 на выходе, к которому подсоединены резисторы 98-100, подключенные к базам транзисторов 45 49, исполнительный электродвигатель 101 с фазосдвигающим конденсатором 102, коммутаторы на симисторах 103 106 и исполнительный орган защиты от перегрузки, подключаемый к клемме 107. Работает регулятор следующим образом. Датчик 1 тока преобразует зрачение регулируемого токи в пропорциональное ему выпрямленное напряжение. Это напряжение сравнивается элементом 4 сравнения с напряжением источника 2 опорного напряжения, и их разность (сигнал рассогласования) складывается с напряжением одного выхода стабилизированного источника 3 питания и поступает через интегри- . рующие элементы 11, 12, 15 и 16 соответственно на пороговые элементы 5,6,9 и 10. Напряжение срабатыва- ния пороговых элементов 5, 6 выбрано таким, чтобы при нулевом рассогласовании они не срабатывали, а напряжение срабатывания пороговых устройств 9, 10 устанавливается несколько выше,с таким расчетом,чтобы при отклонениях тока регулирования в пределах 10-20% они не включались. При этом постоянные времени интегрирующих элементов 11, 12, подключаемых ко входам пороговых элементов 5, 6 выбирается примерно на порядок больше постоянных времени интегрирующих элементов 15, 16 пороговых элементов 9, 10. Выходы пороговых элементов 9, 10 соединены с двумя из четырех входов триггера 18, один выход которого подключен ко входу коммутатора 19 прямого включения исполнительного электродвигателя 23, а второй выход соединен с коммутатором 20 реверсивного включения электродвигателя. Питание пороговых элементов 5,6,7,9, и 10 осуществляется От стабилизированного источника 3 питания, а порогового элемента 8 - от источника 2 опорного напряжения. Для повьшения входного сопротивления пороговых элементов 5,,6,7,9 и 10 они соединены с выходом релаксационного генератора 17. При нулевом сигнале рассогласования срабатывает пороговый элемент 7, вход которого через интегрирующий элемент 13 соединен, непосредственно с ВЫХОДОМ .: стабилизированного источника 3 питания. При этом на вход триггера 18, соединенный с выходом порогового элемента 7, поступает включающий импульр и триггер открывает : коммутатор 21, осуществляющий динамическое торможение исполнительного электродвигателя 23. При отрицательном сигнале рассогласования, превышающем зону нечувствительности регулятора, через интервал времени, определяемый постоянной времени интегрирующего элемента 11, срабатывает пороговый элемент 5, вызывая переключение триггера 18. Теперь сигнал управления подается на коммутатор 19, который, открываясь, вызывает прямое вращение исполнитель ного электродвигателя 23. Поскольку выход триггера 18 соединен при помощи разделительного ключа 25 со вхо дом порогового элемента 5, соответствующее плечо триггера не ерабатывает, пока включен элемент 5 Через интервал времени, определяемый посто янной времени интегрирующего элемент 13, срабатывает пороговый элемент 7, вызывая переключение триггера 18 включение коммутатора 21 и динамичес кое торможение электродвигателя 23. Таким образом, до тех пор, пока имее ся сигнал рассогласования, исполнительный электродвигатель 23 периодически включается и выключается. При положительном сигнале рассогласовани начинают периодически переключаться пороговые элементы 6 и 7 и поочередн .включаться коммутаторы 20, 21, осуществляя импульсное реверсивное вклю чение электродвигателя 23. В зависимости от величины сигнала рассогласования меняется время паузы, уменьшаясь с увеличением сигнала, что ускоряет процесс отработки возмущающего воздействия и обеспечивает повы шение качества регулирования. С цель оде большего повьпиения быстродействи регулятора в него введены пороговае элементы 9,10 и интегрирующиеэлементы 15, 16. хотя их напряжение срабатывания выше, чем у пороговых э элементов 11 и 12, при отклонениязс тока регулирования более чем на 1020% от установки начинают срабатыват пороговые элементы 9 и 10, так как постоянные времени интегрирующих эле ментов 15 и 16 примерно на порядок меньше постоянных времени интегрирующих элементов 11 и 12. Таким образо при отработке больших рассогласований значительно уменьшается пауза, т.е. увеличивается быстродействие регулятора. В случае аварийной перегрузки срабатывает пороговый элемент 8, вызывая переключение триггера 18 в чет вертое положение,открытие коммутатЬр 22 и включение исполнительного орган 24 защиты от перегрузки - Четвертый. выход триггера 18 через разделительн ключ 31 связан со вторым выходом триггера, что обеспечивает включение коммутатора 20 и исполнительного , электродвигателя 23. Так как этот же выход триггера 18 соединен со входом порогового элемента 7 через разделительный ключ 29, блокируя его срабатывание, переключение триггера 18 происходит лишь при снижении тока регулирования ниже уставки срабатывания, т.е. при срабатывании порогового элемента 5. Для этого момента вращение исполнительного электродвигателя 23 осуществляется непрерывно, т.е. с максимальной скоростью. При помощи трансформатора тока 31 , выпрямительного моста 32 и конденсатора 33 фильтра регулируемый ток преобразуется в выпрямленное (напряжение, которое сравнивается с напряжением, снимаемым с потенциометра 39 источника опорного напря жения. Алгебраическая сумма измеряемого и опорного напряжения при помощи реэйбг Ьрев 1Ь8и 109, об ра ЗУ ющих делитель напряжения, складывается с напряжением стабилизированного источника питания, снимаемым с потенциометра 44. Это напряжение устанавливается такой величины, чтобы порог срабатывания транзисторов 45 и 46 был выше этого напряжения на зону нечувствительности регулятора. К потенциометру 44 и резистору 108 подключены RC-контуры 62, 63 и 66,67, а к этому потенциометру и резистору 109 подключены RC-контуры 64, 65 и 70, 71. Параллельный RC-контур 72, 73 непосредственно подключен к стабилизироваНноМу опорным диодом 43 источнику питания. . . . При включении регулятора в сеть . через конденсатор 73, эмиттер, базу транзистора 47 и резисторы 99 и 97 проходит зарядный импульс конденсатора 73, под действием которого отпирается отключающий тиристор 76 триггера. Конденсатор 73 через разделительный диод 89 подключается к открытому тиристору 76 и поддерживается в заряженном состоянии до тех пор, пока тиристор 76 открыт. Если стабилизируемый ток ниже заданной величины, суммарное напряжение на потенциометре 44 и резисторе 108. превышает напряжение отпирания транзистора 45. Под действием этого напряжения через резистор 62 заряжается конденсатор 63, и, как только напряжение на нем превышает порог срабатывания транзистора 45, конденсатор 63 разряжается через транзистор 45 на резисторы 98 и 97, отпирается тиристор 75, который через резистор 79 открывает симистор 103. Электродвигатель 101 начинает вращаться в сторону, вызывающую увеличение регулируемого тока. Одновременно за счет общего резистора 74 и коммутирующих коненсаторов 83 и 84 закрывается тиристор 76 .Пока открыт тиристор 75, коненсатор 63 через диод 8-8 разряжается на не-го. По истечении времени, определяемоо постоянной времени RC-контура 72, 3, конденсатор 73 разрядится.до .... л.,-Д t i 1 - . . - .: - . . (Яапряж1ения отпирания транзистора 47. Последний отпираетйя, вызывая отйрлтйе тиристора 76, ас помощью общего «резистора 74 и конденсаторов 83 и 84 - закрытие тиристора 75 и симистора 103, при этом электродвигатель 10 останавливается. Процесс периодическоЬо включения электродвигателя 101 пав;тор яется до тех пор, пока ретулиру . емый ток не достигает заданной величйна, т.е. ндпряжейие напотёХДиометре 44 и резисторе 108 не снизится ниже порога отпирания транзистора 45 Время включенного состояния исполь нительного электродвигателя (импульса) может быть изменено резистором 72 и в процессе работы регулятора не меняется. Время паузы при отработке возмущений зависит от их величины, снижаясь с ростом амплитуды возмущения . При .номинаЛьном контр(5лйр:$ёмой токе включен тиристор 76, и исполнительный электродвигатель нёпод1вйи ;ен. Для повышения быстродействия при отработке значительных возмущений предназначен транзистор 48 с RC-контуром 66, 67, Постоянная времени этого RC-контура примерно на порядок меньше постоянной времени RC-; контура 62,63, а порог срабатывания транзистора 48 устанавливается на 10-20% Bbttiie порога срабатывания тран зистора fs. Поэтому, когда значение стабилизируемого тока ниже заданного значения больше чем на 10-20%, начинает периодически отпираться транзистор 48, вызывая открытие тиристора 75 и симистора 103. Двигатель периодически вращается, но длитель йоС;ть паузы между его включениями при этом в несколько раз меньше, т,е отработка возмущения осуществляется с бо;ль.шей скоростью, . Когда значение регул йруёмоге)ТШа превышает заданное, суммарное напряжение на потенциометре 44 и резистор 109 превышает порог срабатывания тра зистора 46, последний начйГнает пооче редно с транзистором 47 отпираться, вызывая кратковременное открытие тиристора 77 и симистора 104, и электродв1игатель 101 вращается в обратную сторону (в сторону уменьшения стабилизируемого тока), Периодическое вкл чение исполнительного электродвигателя происходит до тех пор, пока регулируемый г.ок не снизится до заданной величины. Как и при недогрузке, паузы между включениями электрод иг а тел я зав и си то т с тепе ни перегрузки, логарифмически уменьшаясь при её увеличении,. Для изменения (уменьшения) времени паузы при перегрузке, превЕипающёй норму на 10-20%, предназначен транзистор 49 с 70, 71 RC-контуромв эмиттера .Как и при значительной недогрузке, в этом случае резко :уменьшается зремя паузы и ускоряется отработка возмущения, вызывающего ерегрузку. Потенциометром 39 задается требуемое значение тока регулироания (уставка тока) , а с прмощью потенциометра 44 - зона нечувствительности регулятора. В случае, если регулируемый ток значительно превышает опустимое значение (достигнет величины тока перегрузки), через резистор 68 заряжается конденсатор 69 до напряжения отпирания транзистора 50. Последний отпирается, вызывая открытие тиристора 78. и включение симистора 106, который вызывает включение исполнительного органа защиты от,перегрузки, например полностью прекращающего подачу перерабатываемого продукта в измельчитель. Через диод 93 тиристор 78 вызывает отпирание симис-. тора 104, koтopый включает в сторону еньшения подачи продукта в измельчитель электродвигатель 101. Исполнительный орган защиты от перегрузки срабатывает при пуске электродвигателя измельчителя, аварийных, снижениях напряжения питания и в других аварийных режимах работы измельчителя,Перегрузка, при которой срабатывает симистор 106, задается с помощью потенциометра 34. Для исключения периодического срабатывани.я симистора 106 при разрядке конденсатора 73 на резистор 72 и отпирания транзистора 47 и тиристора 76 служит разделительный диод 92, подключенный, к аноду тиристора 78. Для того, чтобы периодическое отпирание тиристора 77 при отпираний транзистора 46 не вызывало запирание тиристора 78, служит диод 110, включенный последовательно с тиристором 77, . , I .При снижении стабилизируемого тока нижеминимальнбго заданного значения срабатывают транзистор 45 и тиристор .75, вызывая отключение тиристора 78, симисторов 104 и 106. Выключается исподнйтейьный орган защиты от перегрузки, а симистор 103 периодически включает электродвигатель 101 в сторону увеличения регулируемого тока. Для повышения точности работы и чувствительности регулятора в него введен релаксационный генератор на однопереходном транзисторе 94, Генерируеглае последн1л 1 .импульсы, с частотой, значительно превышающей частоту переключений тиристоров триггера, подают в цепь без транзисторов 45-49, Это позволяет резко уменьшить ток утечки транзисторов в зоне напряжения их переключения и, тем самым, обеспечивает стабилизацию порогов срабатывания при увеличении постоянной времени НС-контуров, установленных в цепи эмиттеров этих транзисторов. Для повышения точности работы регулятора, в паузах между импульсами осуществляется динамическое торможение ,исполнительного электродвигателя 101. Динамическое торможение электродвигателя происходит при отпирании тиристора 76, вызывающего откр тие симистора 105. При этом через об мотки электродвигателя 101, разделительные диоды 111 и 112, ограничител ный резистор 113 и симистор 105, работающий в режиме тиристора, проходит пульсирующий выпрямительный ток , вызывающий торможение электродвигателя 101. Потенциометры 51-56 служат для корректировки порогов срабатывания транзисторов. Конденсаторы 57-61 пре назначены для защиты схемы регулятор от помех. Импульсный режим работы ре гулятора обеспечивает устойчивое регулирование даже при значительном за паздывании, кото1 ое:может иметь место в системе питатель-измельчитель. Изменение скважности импульсов в широких пределах, обеспечиваемое регулятором, позволяет применять исполни тельные электродвига ели с редуктора ми, имеющими различное передаточное Ьтношение. Предлагаемое изобретение позволяе повысить быстродействие регулятора. Формула изобретения Импульсный регулятор, содержащий исполнительный орган, элемент сравнения, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первыми выходами датчика тока, источника опорного напряжения и стабилизированного источника питания, а первый и второй выходы - через первый и второй интегрирующие элементы - с первыми входами первого и второго пороговых элементов, второй выход стабилизированного источника напря-. жения подключен через третий интегрирующий элемент к первому входу третьего порогового элемента, через релаксационный генератор - ко вторым входам первого, второго и третьего, а не посредственно - к третьим входам пороговых элементов, второй выход, дат10

737918 чика тока подключен через четвертый интегрируйщий элемент к первому входу четвёртого порогового элемента, второй вход которого подключен ко EfTopOMy выходу истбчййкй Ьпорного напряжения, триггер, перв1 1й, второй, третий и четвертый входы которого соединены с 1выходами соответствующих пороговых элементов, а первый, второй и третий выходы - соответственно через первый, второй и третий комму:таторы - с соответствующими входами I исполнительного элект|5одвигателя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшеЙия быстродействия регулятора, он содержит ключи, четвертый коммутатор, пятый и шестой интегрирующие элементы и пятый и шестой .пороговые элементы, первые входы которых подключены соответственно через пятый и шестой интегрирующие элементы к первому и второму выходам элемента сравнения, а вторые и третьи входы - к выходу релаксационного гене ратв&а и ко т торому выходу стабилизированного источника напряжения, выходы первого и пятого интегрируюЩих элементов .подключены соответственно через первый и второй разделительные Ключи к первому выходу триггера, выходы второго и шестого интегрирующих элементов через третий и четвертый разделительные ключи - ко, второму выходу триггера выходы -. третьего и четвертого интегрируюй йх элементов, через пятый и шестой ключи-к третьему выходу триггера, четвертый выход которого через седьмой ключ .соединен со вторым выходом тригepa, а через четвертый коммутатор - ро вхйдом йспёлн итёльного органа за- щиты от перегрузок. Источники информации, принятые -во внимание при экспертизе 1.Попков С. Л. Автоматическое ре лирование и управление процессами переработки зерна. М.,Колос , 1972, с. 160-167, рис. 83. 2,Москаленко А. И. Новое в автоматизации зерноперерабатывающих предприятий. М. , Колос, 1974, С.И2117, рис. 38.

oi a Q