Программный регулятор Советский патент 1980 года по МПК G05B19/39 G05B19/406 G05B23/02 

(54) ПРОГРАММНЫЙ РЕГУЛЯТОР Изобретение относится к автоматике, предааз начено для автоматического управления перемещением и скоростью различных исполнительных механизмов и может применяться, например, для автоматического регулирования разнообразных технологических процессов. Известна программная следящая система, содержащая счетчик импульсов, цифроаналоговый. преобразователь, усилители и исполнительный механизм с датчиком положения 11. Недостаток указанной программной системы управления зак.шочается в том, что при случайных сбоях счетчика под действием помех происходит разрушение информации, а это вызывает изменение положения исполнительного меха низма и может приводить к аварийным последствиям. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является система, содержащая первый элемент сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика положения, второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя и первым входом второго элемента сравнения, а выход через усилитель рассогласования - с первым входом поротового элемента, выход которого подключен ко второму входу второго элемента сравнения и через генератор импульсов - к первому входу первого переключателя, третий вход второго элемента сравнения соединен с задатчиком, а выход через нуль-optaH - со вторым входом первого переключателя, выходы которого через реверсивный счетчик импульсов подключены ко входам цифроаналогового преобразователя, а датчик положения механически соединен с исполнительным органом, вход которого соединен с выходом усилителя мощности 2. Недостаток данной системы состоит в наличии погрешности восстановления информации в счетчике, обусловленной перемещением исполнительного органа следящей системы в процессе восстайовления информации. Кроме того, в известной системе применяется лищь сравнительно грубый пороговый элемент, чувствительность которого обычно соответствует несколькими щагам квантования цифроаналогового преобразователя, так как в противном случае из-за ограниченной скорости отработки следяшей системы возможны ложные срабатывания порогового элемента и остановки програм мы, также приводящие к понижению точности работы программной следящей системы. Цель изобретения - повышение точности регулятора. Указанная цель достигается тем, что в регулятор введены ключ, последовательная RC-цепь, второй переключа ель, ограничитель и инвертор, вход которого соединен с первЬгм входом второго переключателя и выходом ключа, сзт мирующий. вход - со входом ключа, вход - с вы ходом усилителя рассогласованТия, а выход - со входом усилителя мощности, через ограничитель - со вторым входом порогового элемента и через последовательную RC-цепь - с выходом второго переключателя, второй вход которого соединен с шиной нулевого потенциала а зшравляющие входы второго переключателя и ключа подсоединены к выходу порогового элемента. На чертеже представлена функциональная схема программного регулятора. В регулятор входят исполнительный орган 1, датчик 2 положения усилитель 3 мощности, первый элемент 4 сравнения, усилитель 5 рассогласования, второй элемент 6 сравнений, нуль орган 7, первый переключатель 8, реверсивный счетчик 9 импульсов, цифроаналоговый преобразователь 10, генератор 11 импульсов, пороговый элемент 12, операционный усилитель 13, масщтабные резисторы 14 и 15, составляющие инвертор 16, ключ 17, резистор 18, конденсатор 19, составляющие последовательную RC-цепь 20, Ограничитель 21, переключатель 22, задатчик 23. В регуляторе функционируют напр жение сигнала Us задания, напряжение програм много сигнала Up (выходное напряжение цифроаналогового преобразователя), напряжение сигнала 1Мпэ с выхода порогового элемента, напряжение сигнала Уд с выхода датчика положения, напряжение сигнала Up с выхода усилителя рас согласования, напряжение сигнала Uo с выхода ограни теля, напряжение сигнала UH с выхода инвертора. Принцип действия системы заключается в следующем. В режиме формирования программы под действием разности напряжений сигнала задания Кз и программного сигнала Up (AU U3-Un) нуль-орган 7 устанавливает логический элемент 8 в состояние, при котором генератор 11 импульсов в зависимости от знака разности напряжений uU подключается на вход сложения (+) или вычитания (-) реверсивного счетчика 9 импуттсов (здесь предполагается, что напряжение сигнала Опэ с выхода порогового элемента 12 равно нулю). При этом код в реверсивном счетчике 9 импульсов, а, следовательно, и выходное напряжение Un цифроаналогового преобразователя 10 изменяется в сторону уменьшения величины рассогласова- ния между сигналами Us и UnТаким образом формируется напряжение программного сигнала Up, скорость изменения которого определяется частотой следования импульсов генератора П. Скорость отработки программного р€ гулятора существенно больше скорости изменения -напряжения программного сигнала Up, поэтому в любой момент времени напряжение сигнала Мд с выхода датчика 2. положения практически равно напряжению программного сигнала УП- В результате, в процессе отработки программного регулятора программного сигнала Un напряжение сигнала Up с выхода усилителя 5 рассогласования удерживается на уровне идвиж, определяемом характеристикой исполнительного органа 1 (зависимостью скорости его перемещения от управляющего напряжения) и коэффициентами усиления инвертора 16 и усилителя 3 мощности. Так как при отсутствии напряжения сигнала Uro ключ 17 подключает суммирующий вход, суммирующую точку инвертора к его инвертирующему .входу (инвертирующему входу операщюнного усилителя 13), то с выхода инвертора снимается напряжение сигнала UH .(Ri4, RI 5 - сопротивления масщтабныхрезисторов 14 и 15). При напряжение и„ -Up. Если диапазон линейности ограничителя 21 выбирается так, что при нормальной работе системь напряжение сигнала Уц с выхода инвертора не. превышает уровня ограничения, то напряжения на входах порогового элемента 12 взаимно компенсируются. Поэтому пороговый элемент 12 находится в выключенном состоянии, при котором напряжение сигнала с его выхода УПЭ 0. ключ 17 замкнут и переключатель 22 подключает конденсатор 19 последовательной RC-цепи 20 к щине нулевого потенциала, а на конденсаторе 19 устанавливается напряжение, равное - идвиж. В этом состоянии пороговый элемент 12 не оказывает йлияния на формирование программного сигнала Un и конденсатор 19 заряжен до напряжения идвиж- Формирование программы заканчивается, когда напряжение программного сигнала Un достигает заданного значения из, что приводит к переходу нуль-органа 7 в нулевое положение, в результате чего генератор 11 отключается от реверсивного счетчика 9 импульсов. В установившемся режиме достигается равенство напряжения сигналов каналов , т.е.исполнительный орган 1 занимает положение в соответствии с напряжением сигнала задания Us В этом режиме на выход усилителя 5 рассогласования действует остаточ ное напряжение сигнала UpocT. Определяемое смещением нуля усилителя 3 мощности, напря жением троганий двигателя (на чертеже не по зан) и смещением, нуля инвертора 16. Конденсатор 19 заряжается до напряжения, равног UpocT- Поскольку напряжение Upoci лежит в диапазоне линейности ограничителя 21, сигналы на входах порогового элемента 12 взаимно компенсируются (UH -Up) и пороговый зле мент 12, как и в режиме формирования программы, на оказывает влияния на состояние системы. При сбое счетчика система работает следую щим образом. Предположим, что сбой произощел в режи ме формирования программы, когда конденса тор 19 заряжен до напряжения. При сбое реверсивного счетчика 9 импульсов на выходе усилителя 5 рассогласования и инвертора 16 возникают напряжения, превыщающие уровень ограничения ограничителя 21. Это приводит к срабатыванию порогового элемента 12, что вызывает размыкание ключа 17 и переключение переключателя 22. В результате через резистор 18 и. конденсатор 19 последовательной R С-цепи 20 на выходе операционного усилителя 13 инвертора 16 устанавливается напря жение, равное напряжению, до которого был заряжен конденсатор 19. Благодаря наличию резистора 18 за весьма малое время срабатывания порогового элемента 12 напряжение на конденсаторе 19 практически не с успевает измениться. Поэтому на выходе операционного усилителя 13 после сбоя реверсивного счетчика 9 импульсов устанавливается то же самое напряжение идвиж- что и при нормальном режиме формирования программы. Это напряжение поддерживается в течение всего времени восстановления информации в реверсивном счетчике 9 (разряд конденсатора 19 за время восстановления информации пренебрегается), поэтому несмотря на сбой реверсивного счетчика 9 импульсов исполнительный орган 1 продолжает движение в нужном направлении и с надлежащей скоростью. В то же время под действием. напряжения сигнала УПЭ с выхода порогового элемента 12, которое превалирует над напряжениями сигналов Uj и UfT, нуль-орган 7 через первый переключатель 8 настраивает реверсивный счетчик 9 импульсов на сложение или вычитание импульсов ген ратора 11 так, чтобы напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 10 изменялось в направлении, при котором происходит отключение порогового элемента 12. Для ускорения процесса восстановления поротовый элемент 12 переключает генератор 11 импульсов на высокую частоту. При нулевом напряжении отпускания порогового элемента 12 процесс восстановления информации в реверсивном счетчике 9 импульсов .продолжается до тех пор, пока напряжение на выходе усилителя 5 рассогласования не достигает уровня, задаваемого операционным усилителем 13, т.е. уровня Удвиж прадшествовавщего сбою. При этом напряжение программного сигнала Un не только устанавливается близким к значению, предшествовавшему сбою, но благодаря надлежащему движению исполнительного органа 1 в процессе восстановления информации достигает истинного значения, т.е. того уровня, который достигается при отсутствии сбоя. Аналогичным образом происходит восстановление информации в реверсивном счетчике 9 импульфв,и в том cnjniae, если сбой происходит в установивщемся режиме, когда ид. Различие состоит лищь в том, что здесь в процессе восстановления информации операционный усилитель 13 поддерживает На входе исполнительного органа 1 остаточное напряжение UpocT, удерживающее исполнительный орган 1 в заторможенном состоянии. Соответственно Под действием напряжения сигнала ирэ с выхода порогового элемента 12 выходное напряжение цифроаналогового преобразователя 10 изменяется до тех пор, пока напряжение сигнала с выхода усилителя 5 рассогласования достигает величины Upoci. после чего . -пороговый элемент 12 отпускает и система переходит в нормальный режим работы. Таким образом, благодаря введенным в систему элементам и связям достигается полное восстановление информации как в установивщемся режиме, так и в процессе формирования программы. При этом в процессе восстан ВЛения исполнительный орган в зависимости от режима работы системы сохраняет неподвижное состояние или продолжает движение в нужном направлении и с надлежащей скоростью, благодаря чему сбои счетчика не оказывают влияния на объект управления. Использование изобретения позволяет сниить на порядок погрещность восстановления нформации. В результате обеспечивается более ачественное управление объектов, устраняется озможность аварийных ситуаций и снижаются ребования и помехозащищенности системы правления, что позволяет упростить ее контрукцию и умейьщить стоимость. Формула изобретения Программный регулятор, содержащий первый лемент сравнения, первый вход которого соедиен с выходом датчика положения, второй вход