Устройство для автоматическогоупРАВлЕНия Об'ЕКТАМи C TPAHC-пОРТНыМ зАпАздыВАНиЕМ Советский патент 1981 года по МПК G05B11/01 

ПИП через первый ключ связан со втоphzfvi входом блока интегрирования З . Основной недостаток этого устройства заключается в том, что оно может работать только с исполнительными механизмами пропорционального действия (позиционерами), в то время как в раз личных отраслях промышленности широко используются интегрирующие исполнительные механизмы (электродвигатели постоянной скорости) , для которых требуются регулирующие устройства с импульсным выходным сигналом, т.е. уст ройство обладает узкими функциональными возможностями. Другой недостаток устройства - отсутствие регулируемой зоны нечувстви тельности, которая может оказаться весьма полезной при наличии помех в регулируемом параметре. Кроме того, устройство не отвечает такому важному требованию, предъявля емому к современным регулирующим уст ройствам, как возможность совместной работы с управляющей вычислительной машиной (УВМ) наодин исполнительный механизм. Цель иэобЕ етения - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройстве установлены третий блок суммирования, первый и второй масштабирукидие блоки и трехпозицион ный релейный блок, первый вход которо го соединен с выходом второго блока суммирования, второй вход - с выходом первого масштабирукяцего блока,а выход через второй масштабирукяций блок - со входом первого масштабирукнцего блока и третьим входом блока интегрирования второй вход которого соединен с выходом первого ключа через третий блок сут мирования, второй вход третьего блока суммирования соединен с выходом второго блока суммирования. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства;на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства. Устройство содержит блок 1 сравнения, первый блок 2 дифференцирования ,первый блок 3 выделения модуля, первый пороговый элемент 4, первый ключ 5, второй блок б выделения модуля, второй пороговый элемент 7, второй ключ 8, переключатель 9, первый блок 10 суммирования, блок 11 интегрирования, второй блок 12 суммирования, дел тель 13 напряжения, инвертор 14, второй и третий блоки 15 и 16 дифференцирования, трехпозиционный релейный блок 17, первый и второй масштабирующие блоки 18 и 19, третий блок 20 сум мирования, операционные усилители 2131, потенциометры 32-38, переменные резисторы 39 и 40, диоды 41-44, конденсаторы 45-48. На фиг. 2 условно обозначены выходной сигнал и; i-ого блока устройства, зона нечувствительности Ь. трехпозиционного релейного блока 17, постоянная времени интегрирования L и блока 11 интегрирования по второму ходу, постоянная времени дифференцирования tg. блока 2 дифференцирования, коэффициент передачиctn устройства, длительность выходных импульсов tn, постоянная времени сГ второго блока 16 дифференцирования, коэффициент передачи К., дифференцирующего блока 16, опорное напряжение Upf,, сигнал задания Хп|, регулируемый параметр Х, управляющий сигнал У. Устройство работает следующим образом. На вход блока 1 сравнения поступают сигналы задания Xj и регулируемого параметра х, а на его выходе формируется сигнал рассогласования U Хг - х, который затем дифференцируется первым.блоком 2 дифференоdцирования Ui2 д. :тг- , где Сд постоянная времени дифференцирования блока 2. На первом блоке 10 суммирования осуществляется сложение сигналов рассогласования U и его первой производной Urj : J. Блок 6 выделения модуля, блок 16 дифференцирования и пороговый элемент 7 формируют первую, а блок 3 выделения модуля и пороговый элемент 4 (формируют вторую функции переключения, соответственно равные: )1 , u, (l5rl-),, где Т - постоянная врюмени дифференцирования третьего блока 16 дифференцирования (параметр настройки первой функции переключения, определяющий наклон линии переключения); (Я - сигнал смещения, подаваемый на первый пороговый элемент 4 (параметр настройки второй функции переключения). Выгодные сигналы промежуточных блоков определяются выражениями: v lSfliV-NiV- Sr-i Если первая функция переключения Ug положительна (Т-- - ), то второй ключ 8 замкнут, а переключатель э

находится в положении, при котором на вход второго блока 15 дифференцирования с первого делителя 13 напряжения подается сигнал U,,, Л , где 9 коэффициент передачи делителя 13 напряжения. Суммарный сигнал на втором и третьем входах блока 12 суммирования оказывается равным U i (-)), а сигнал на его первом входе, обусловленный интегрированием блоком 11 интегрирования выходного сигнала второго блока 15 дифференцирования, равен

u.-fS

Выходной сигнал второго блока 12 суммирования

п % 4 20

поступает на вход трехпозиционного релейного блока 17 через входное динамическое звено, образованное бло- 25 ком 12 суммирования и последовательно включенными в цепь его отрицательной Обратной связи блоком суммирования 20 и блоком 11 интегрирования, передаточная функция которого имеет вид 30

fp,bLP, 6xl.r .

гдеСд - постоянная времени интЬгрирования блока 11 интегрирования по второму входу.

Трехпозиционный релейный блок 17 охвачен положительной обратной связью через последовательно соединенные втора й 19 и первый 18 масштабирующие блоки, которые определяют ширину петли гистерезиса трехпозиционного релейного блока 17

г 1оо-к -к„,

где с - ширина петли гистерезиса трехпозиционного релейного блока 17 (% от входного сигнала).

Сигнал отрицательной обратной связ трехпозиционного релейного блока 17 снимается со второго масштабирующего блока 19 и подается на апериодическое звено, образованное последовательно включенными блоком 11 интегрирования и вторым блоком 12 суммирования, замкнутыми отрицательной обратной связью через третий блок 20 суммирования. Передаточная функция звена отрицательной обратной связи равна

.«у

.ba:i

ос(Р)

р)

г иС-СуР )

где Т, - постоянная времени интегрирования блока 11 интегрирования по третьему входу.

Если выполняются известные условия существования скользящего режима работы трехпозиционного релейного блока 17, то на его выходе образуется последовательность электрических импульсов , суммарная длительность которых изменяется пропорционально выходному сигналу второго блока 12 суммирования, т.е. пропорционально сигналу и,,.,:

d

15

(,

5. V

суммарная длительность выходных импульсов регулирующего устройства; длительность i-ого

ч,; выходного импульса;

.Ili.

с,

- коэффициент передачи

1DOK (5 регулирующего устройства, % с/входа.

Минимальная длительность выходных импульсов, являющаяся одним из параметров настройки регулирующего устрой; ства, определяется выражением

rTiin е 7,

35 U юо-к,;, 16 11

откуда видно, что настройка коэффициента передачи минимально длительности выходных импульсов г Ъсуществляется независимо друг от друга первым 18 и вторым 19 масштабирующими блоками.

При отрицательных значениях первой

.i

- liR 0)

функции переключения (Т df

второй ключ 8 разомкнут, а переключаЬель 9 закорачивает второй блок 15 дифференцирования. В момент t t(. смены первой функции переключения сигнал на входе второго блока 12 суммирования уменьшается на величину Ь. (l-u)9(tc). что приводит к появлению на выходе устройства импульса отрицательной полярности длительностью

uy(to) - c(l-)(tc), где Ду (tc) - длительность импульса отрицательной полярности, формирующегося на выходе устройства в момент смены знака первой функции переключения на отрицательный.

При отрицательных значениях второй

функции переключения ид 5Г1 ключ 5 замкнут и на вхрд третьего блока 20 суммирования с выхода блока 1 сравнения поступает сигнал рассслласования Г . При этом на втором блоке 12 суммирования появляется дополнительный входной сигнал, обуслов ленный интегрированием блоком 11 интегрирования сигнала рассогласования Этому сигналу соответствует форми рование на выходе устройства последовательности импульсов, суммарная длительность которых изменяется по закону гГГОбщий закон изменения суммарной длителыЛэсти выходных импульсов устройства можно записать в следующем виде: -°п «Д1-Р)Ч«,§ dt -f;; f-., где f (I при e, 7 О to при. e, О «г I при е2 о при о - коэффицие передачи делителя 1 напряжени или коэффициентпамяти, определяю щий долю сигнала ( запоминае мую на бл ке 11 интегрирования в момент смены знака пер вой функци переключения В . Частным случаем указанного закона регулирования является случай, когда Закон регулирования, формируемый предлагаемым устройством сзовместно с последовательно включенным интегрирую щим звеном (исполнительным механизмом постоянной скорости или электронным интегратором отличается от приведенного выше закона только коэффициентом передачи. Вместо коэффициента переда cxf, должен быть записан коэфф ициент пропорциональности Кр, определяемый по формуле, ,% выхода % входа где К„- коэффициент пропорциональности регулятора; Тцц- время, в течение которого выходной сигнал интегрирующего эвена положение вала исполнительного механизма или выходной сигнал электронного интегратора) изменяется на 100%. Если предлагаемое устройство предназначаетсч для работы в комплекте с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, то минимальная длительность выходных импульсов устройства регулируется независимо от параметров формируемого закона регулирования делителем 18. Если к устройству предполагается подключить электронный интегратор для получения непрерывного электрического выходного сигнала, который может быть использован для управлен1.гя позиционером, то частота выходных импульсов устройства должна быть увеличена (примерно в 100 раз ) по сравнению со случаем работы устройства в комплекте с испол- нительным механизмом постоянной скорости.Это увеличение осуществляется за счет уменьшения постоянной времени интегрирования блока 11 по третьему входу (Xij) и коэффициента передачи масштабирующего блока 18 (,). Устройство допускает во:й 1ожность работы на один исполнительный механизм совместно с УВМ, а также возможность ручного управления исполнительным механизмом. Для этого достаточно на вход интегрирующего звена вместо выЙодного сигнала регулирующего устройст ва подать соответственно сигнал от УВМ или от источника опорного напряжения. Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе операционных усилителей. Пример реализации приведен на фиг. 2. Влок 1 сравнения и второй блок 6 выделения модуля выполнены на усилителе 21 и диодах 40 и 41, первый блок 2 дифференцирования и первый блок 3 выделения модуля - на усилителе 22 и диодах 42 и 43, третий блок 16 дифференцирования - на усилителях 23 и 24, первый 4 и второй 7 пороговые элементы - соответственно на усилителях 25 и 26, инвертор 14 - на усилителе 1.7, блок 11 интегрирования и второй блок 15 дифференцирования - на усилителе 28, первый, второй и третий блоки 10, 12 и 20 суммирования соответственно на усилителях 29, 30 И 31. Делители напряжения реализованы на потенциометрах, а ключи и переключатель - на полевых транзисторах. Настройка постоянных времени интегрирования Т и дифференцирования t осуществляешься переменными резисторами 39 и 40. Коэффициент передачи oCt регулируется потенциометром 35. Минимальная длительность выходных импульсов tf определяется положением потенциометра 34. Зона чувствительности Л трехпозиционногЪ релейного блока 17 изменяется подачей опорного напряжения с потенциометра 32. Коэффициент памяти регулируется поте циометром 38. Постоянная времени Т определяющая наклон линии переключения , настраивается потенциометром 36. Зона введения интегральной составляющей d регулируется потенцио метром 33. Предлагаемое устройство по сравне нию с известным обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку оно допускает возможность совместной работы с исполнительными механизмами как пропорционального типа (позиционерами), так и интегрирующего типа (двигателями постоянной скорости). Формула изобретения Устройство для автоматического управления объектами с транспортным запаздыванием по авт. св. № 591811, отличающееся тем, что, целью расширения функциональных возможностей устройства, в нем установлены третий блок суммирования, первый и второй масштабирующие блоки и трехпозиционный релейный блок, первый вход которого соединен с выходом второго блока суммирования, второй входс выходом первого масштабирующего блока, а выход через второй масштабирующий блок - со входом первого масштабирующего блока и третьим входом блока интегрирования, второй вход которого соединен с выходом первого ключа через третий блок суммирования, второй вход которого соединен с выходом второго блока суммирования. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Кон Л. В. и др. Об одном классе регуляторов с переменной структурой. Автоматика и телемеханика, 1965, 2.Авторское свидетельство СССР № 402862, кл. G 05 О 23/19, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР № 591811, кл. G 05 В 11/01, 1976 прото,тип) .

У гг--,

-гНШ