Регулятор частоты Советский патент 1981 года по МПК G05D13/62 

(54) РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах импульсного регулирования частоты, в частности частоты вращения газотурбинных двигателей.

Известен частотно-импульсный регулятор, содержащий цифровые блоки памяти, в которые записываются данные о заданной и фактической скорости, выраженной в частотно-импульсной форме, в результате чего на выходе формируется разностный управляющий сигнал для дискретного управления дроссельным клапаном 1.

Недостатком частотно-импульсного регулятора является значительная дискретность управления меняющейся частоты, снижающая точность регулирования расхода топлива.

Наиболее близким техническим рещением к предлагаемому является фазоимпульсная система стабилизации расхода жидкости, содержащая частотно-импульсные датчик и задатчик расхода жидкости, фазовый компаратор, соединенный входами с датчиком и задатчиком частоты, и дозирующее устройство, соединенное с выходом компаратора 2.

Недостатком фазоимпульсной системы регулирования является узкий диапазон фазового регулирования, в результате чего на его границах происходит скачкообразное изменение скважности щиротно-импульсного сигнала с понижением точности регулирования.

Цель изобретения - повыщение точности и расщирение области применения регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что

в регулятор введены блок коммутации, последовательно соединенные блок задержки и второй исполнительный элемент, а также первый и второй формирователи импульсов и первый и второй элементы И, первые входы которых подключены к входам соответствующих формирователей импульсов, вторые входы - к выходам соответствующих формирователей импульсов и к соответствующим входам фазового компаратора, а выходы - к соответствующим входам блока задержки и к первым входам блока коммутации, вторые входы которого соединены с выходами задатчика частоты, выход датчика частоты подключен к входу первого формирователя импульсов, а выход блока коммутации подключен к входу второго формирователя импульсов. Блок коммутации содержит третий и четвертый элементы И, первый и второй элементы ИЛИ и первый триггер, входы которого соединены с выходом первого элемента ИЛИ, подключенного входами к первым входам блока коммутации, первые входы третьего и четвертого элементов И соединены с соответствующими выходами первого триггера, вторые входы - с вторыми входами блока коммутации, а выходы - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока коммутации. Блок задержки содержит первый и второй элементы задержки, пятый и шестой элементы И и второй триггер, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов задержки, а выходы - с первыми входами пятого и шестого элементов И, второй вход пятого элемента И подключен к входу первого элемента задерки и к соответствующему входу блока задержки, второй вход шестого элемента И подключен ко входу второго элемента задержки и к соответствующему входу блока задержки, причем первый вход шестого элемента И подключен к выходу блока задержки. На фиг. 1 представлена блок-схема регулятора частоты; на фиг. 2 - временные графики прохождения сигналов регулятора. Регулятор частоты содержит датчик 1 частоты, задатчик 2 частоты (двухфазный генератор), элементы И 3 и 4, элементы ИЛИ 5 и 6 и триггер 7, составляющие блок 8 коммутации фазы, фазовый компаратор 9 (триггер) формирователи 10 и 11 импульсов, элементы И 12 и 13, элементы 14 и 15 задержки, триггер 16 и элементы И 17 и 18, составляющие блок 19 задержки и исполнительные элементы 20 и 21 дозирующего устройства. Регулятор работает следующим образом. Импульсы, сформированные датчиком 1 непосредственно и задатчиком 2 через один из открытых элементов 3 или 4 и элемент 5, поступают на входы формирователей 10 и 11 и первые входы элементов 12 и 13. Формирователи 10 и 11 по передним фронтам поступающих импулдзсов формируют короткие импульсы, Kotopbie затем поступают на входы фазового компаратора 9 и на вторые входы элементов 12 и 13. На выходе триггера 9 формируется ШИМ-сигнал с определенной скважностью , который управляет дозирующим клапаном 20. Средний расход топлива через клапан 20 пропорционален скважности ШИМ-сигнала (фиг. 2, а). которая в свою очередь пропорциональна рассогласованию фаз или интегралу рассогласования частот датчика 1 и задатчика 2. С приближением скважности ШИМ-сигнала к предельным значениям «О или «1 на выходах элементов 12 или 13 формируется импульс в момент первого совпадения одного из импульсов формирователей 10 или 11 с импульсами датчика 1 или задатчика 2 частот. Сформированный импульс, несущий информацию о знаке изменения скважности ШИМ-сигнала, синхронизирует два события. Во-первых, импульс, поступая на счетный вход триггера 7 через элемент 6 блока коммутации фазы, коммутирует фазу генератора задатчика 2 частоты на элементах 3 и 4. В результате на входах элементов 10 и 12 временное положение очередного импульса задатчика 2 частоты изменяется на угол 5lt (фиг. 2, ), а скважность ШИМ-сигнала со значения, близкого к «О или «1, изменяется до (У 1/2. Во-вторых импульс, поступая на элементы 14 или 15, переключает триггер 16 и соответственно включает или выключает клапан 21. Включение или выключение клапана 21 происходит в зависимости от знака рассогласования частот и соответственно знака изменения скважности ШИМ-сигнала на выходе триггера 9. Так в случае fjaft Ц (фиг. 2), отвечающем изменению скважности ШИМ-сигнала от значения 1 до 1/2, клапан 21, по производительности равный половине расхода клапана 20, включается, увеличивая таким образом расход топлива на величину, равную расходу при скважности Y 1/2 клапана 20. Таким образом, в результате совмещения по времени двух событий - уменьще„ия скважности на клапане 20 до / 1/2 „ включения клапана 21 суммарный расход топлива через дозирующее устройство не изменяется, а новый диапазон регулирова ния, выраженный, например в скважностях ЗГ сигнала, принимает новое значение. равное 1/2-1/2. Появление очередного импульса того же знака на выходе одного из элементов 12 или 13 изменяет диапазон регулирования с подключением очередного блока задержки и клапана до значения 1-2. С появлением на выходе одного из элементов 12 или 13 импульса другого знака, соответствующего случаю fj fA, происходит обратный процесс поочередного отключения блоков Задержки, начиная с первого блока, и соответствующих им клапанов, Таким образом, введение в регулятор вновь введенных элементов и соответствующего количества блоков задержки позволяет повысить точность регулирования. Это стало возможным в результате устранения скачкообразного изменения расхода топлива при широтно-импульсном регулировании. Кроме того, повысить точность регулирования позволяет исключение регулирования на предельных .значениях скважности ШИМ-сигнала. Одновременно с повыщением точности регулирования расширился диапазон точного регулирования. Предлагаемый регулятор, характерный наличием режимов грубого дискретного регулирования и точного широтно-импульсного, позволяет применить для дискретного регулирования клапаны с электромагнитной защёлкой с целью экономии мощности управления, а в качестве привода дискретного дозирующего элемента-реверсивный шаговый двигатель, включенный вместо блока задержки. Формула изобретения 1. Регулятор частоты, содержащий датчик и задатчик частоты, фазовый компаратор, выход которого подключен к первому исполнительному элементу, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения регулятора, он содержит блок коммутации, последовательно соединенные блок задержки и второй исполнительный элемент, а также первый и второй формирователи импульсов и первый и второй элементы И, первые входы которых подключены к входам соответствующих формирователей импульсов, вторые входы - к выходам соответствующих формирователей импульсов и к соответствующим входам фазового компаратора, а выходы - к соответствующим входам блока задержки и к первым входам блока коммутации, вторые входы которого соединены с выходами задатчика частоты, выход датчика частоты подключен к входу первого формирователя импульсов, а выход блока коммутации подключен к входу второго формирователя импульсов. 2.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок коммутации содержит третий и четвертый элементы И, первый и второй элементы ИЛИ и первый триггер, входы которого соединены с выходом первого элемента ИЛИ, подключенного входами к первым входам блока коммутации, первые входы третьего и четвертого элементов И соединены с соответствующими выходами первого триггера, вторые входы - с вторыми входами блока ко.ммутации, а выходы - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к выходу блока коммутации. 3.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что блок задержки содержит первый и второй элементы задержки, пятый и шестой элементы И и второй триггер, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов задержки, а выходы - с первыми входами пятого и шестого элементов И, второй вход пятого элемента И подключен к входу первого элемента задержки и к соответствующему входу блока задержки второй вход шестого элемента И подключен ко входу второго элемента задержки и к соответствующему входу блока задержки, причем первый вход шестого элемента И подключен к выходу блока задержки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № 76-24675, кл. 54 (7) Н 13, опублик. 1971. 2.Виднеев Ю. Д., Трахтенберг В. Д. Приборы и системы управления, 1977, № 8, с. 41-42 (прототип).