Пропорционально-интегральныйРЕгуляТОР Советский патент 1981 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к устройст вам автоматического управления и ре гулирования объектов с самовыравниванием и может быть использовано для высококачественного регулирования температурного режима электропечей. Известен пропорционально-интеграл ный регулятор для управления и регу лирования объектов с самовыравниванием, содержащий усилитель сигнала рассогласования, интегратор, узел настррйки интегральной составляющей и выходной сумматор, обеспечивающий отработку возмущений без статической ошибки И Однако переходной процесс при это имеет низкие качественные показатели причем уменьшение времени переходного процесса приводит к колебаниям вы ходкой величины со значительны перерегулированием, а уменьшение перерегулирования вызывает затягивание переходного процесса по времени. В общем случае качество процесса регулирования при отработке возмущений таким регулятором зависит от точности настройки параметров регулятора, определяемых величиной входного сигнала и скоростью его изменения, и. как следствие, системы автоматического регулирования на основе пропорционально-интегральных регуляторов не могут обеспечить стабильного качества регулирования при различных комбинациях величины рассогласования, скорости ее изменения и настроечных параметров регулятора, возникающих в процессе работы системы. Наиболее близким к предлагаемому является пропорционально-интегральный регулятор, содержащий первый счетчик импульсов, блок управления, . цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, и последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и делитель частоты, причем выход усилителя подключён к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя 2. В известном регуляторе входной сигнал рассогласования усиливается, преобразуется в количество импульсов, которое делится на заданный коэффициент настройки интегральной составляющей регулятора и алгебраически складывается.в счетчике. Выходной код счетчика преобразуется ЦАП в дналоговую величину и складывается на выходном сумматоре -с выходным сигналом усилителя. Однако качество регулирования и быстродействие данного регулятора остается невысоким, так как по-прежнему зависит от величины входного рассогласования, от скорости изменения этого рассогласования и соответствую щих коэффициентов настройки регулято ра. Цель изобретения - повышение быст родействия регулятора. Поставленная цель достигается тем что в регулятор введены второй счетчик импульсов, нуль-орган, элемент 2И-ИЛИ и блок ключей, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя а входы - к .соответствующим разрядным выходам первого счетчика импульсов и входам второго счетчика импуль сов, выход которого соединен с первы входом блока управления, разрядные выходы - с сответствующими вводами нуль-органа, счетный вход - с выходо аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход - с первым выходом блока управления, причем первый, вто рой, третий и четвертый выходы элемента 2И-ИЛИ подключены соответствен но к выходу делителя частоты, втором выходу блока управления, выходу аналого-цифрового преобразователя и третьему выходу блока управления, а выход - к счетному входу первого счетчика, второй и третий входы блок управления, соединены соответственно с выходом нуль-органа и вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, а четвертый и пятый выходы - с у . равляющими входами первого счетчика чмпульсов и блока ключей. На фиг. 1 приведена блок-схема пропорционально-интегрального регуля тора; на фиг. 2 - функциональная схе ма реализации блока управления, входящего в состав регулятора. Регулятор содержит усилитель 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, делитель 3 частоты, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 4, сумматор 5, первый счетчик б импульсов, блок 7 ключей, элемент 2И-ИЛИ 8 блок 9 управления, нуль-орган 10 и второй счетчик 11 импульсов. Блок уп равления в свою очередь содержит дву входовые элементы И 12, 13, 14 и 15, трехвходовой элемент И 16, двухвходовой элемент И-НЕ 17 и триггеры 18 и 19. Регулятор работает следующим образом. Перед началом работы блок, управле ния устанавливается в исходное- состо ние сигналом по входу 4. Возможны дв режима работы: режим отработки малых рассогласований и режим отработки больших рассогласований, в режиме о аботки малых рассогласований, сигал ошибки усиливается усилителем 1, преобразуется в число импульсов опеделенной частоты с помощью АЦП 2 через делитель 9 частоты (коэффииент деления определяет настройку интегральной составляющей регулятора) и элемент 2И-ИЛИ 8 поступает на счетный вход первого счетчика & импульсов, выходной код этого счетчика через блок 7 ключей поступает на вход АЦП 4, где преобразуется в аналоговую величину, которая, суммируясь на сумматоре 5 с выходным сигнашом усилителя 1, поступает на выход регулятора. Блок управления обеспечивает передачу сигналов через блок 7 ключей и элемент 2И-ЙЛИ от делителя частоты, при этом на втором и пятом выходах блока управления присутствует логическая 1. В начале каждого цикла работы АЦП второй счетчик 11 импульсов сигналами с первого выхода блока управления обнуляют, записывают в него код с разрядных выходов первого счетчика б импульсов и сосчитывают его импульсами рассогласбвания с выхода АЦП. Если количество импульсов меньше числа, записанного в первом счетчике б, т.е. счетчик не сосчитывает до нуля, то это значит, что рассогласование малое и следующий цикл работы АЦП регулятор будет работать в прежнем режиме. Если же в каком-то цикле работы .АДП количество импульсов рассогласования станет больше числа записанного в счетчике, то на выходе счетчика появится импульс, который пройдет через элемент И 16 в блоке управления и перебросит триггеры 19 и 18 в единичное состояние, при этом блок ключей размыкает выход счетчика б импульсов от входа ЦАП 4 и тем самым исключает из выходного сигнала регулятора интегральную составляющую. Регулятор переходит .в режим отработки большого рассогласования. Посредством блока 9 управления элемент 2И-ИЛИ 8 отключает счетный вход первого счетчика импульсов от выхода делители частоты и подключает к ему выход АЦП 2, при этом первый счетчик играет роль запоминающего устрой;ства величины рассогласования. В этом режиме блок управления обеспечивает обнуление второго счетчика 11, запись во второй счетчик числа с разрядных выходов первого счетчика 6 и его обнуление. Дальше импульсы рассогласования подсчитывают первый и второй счетчики. -Во втором счетчике эти импульсы сосчитывают записанное число. В конце цикла с второго выхода АЦП поступает сигнал опроса на нульорган 10 через блок 9 управления. Если величина сигнала рассогласования в настоящем цикле и в предыдущем окажутся равны, то во втором счетчике

после сосчитывания будет число равное нулю и нуль-орган выдаст сигнал который, стробируясь импульсом от АЦП на элементе И 12, сбросит триггер 18, при этом закрывается элемент И 13 и запрещает команду на обнуление первого счетчика импульсов. Триггер 18 формирует сигналы на включение блока .7 ключей и запирание элемента 2И-ИЛИ, поступающие соответственно с пятого и третьего выходов блока 9. При этом второй счетчик 11 переходит в режим сложения и запрещается запись в него числа с разрядных выходов первого счетчика б.

Таким образом в дальнейшем выходной сигнал регулятора формируется по сумме сигналов усилителя и постоянного сигнала цифрового накопителя.

В этом состоянии регулятора блок управления обеспечивает обнуление второго счетчика 11 и режим прямого счета. В каждом цикле работы АЦП второй счетчик 11 подсчитывает импульсы рассогласования, а нуль-орган 10 оценивает состояние счетчика в конце каждого цикла. И если число импульсов станет равным нулю, сигнал опроса .нуль-органа 10 пройдет через элемент И 12, элемент И 14 и сбросит триггер 19. При этом блок 9 управления, следовательно, весь регулятор переключается на режим отработки малых рассогласований. На счетный вход первого счетчика б импульсов через элемент 2И-ИЛИ с выхода делителя 3 поступает последовательность импульсов. Второй счетчик 11 переходит в режим слежения за соответствием между величиной рассогласования и величиной интегральной составляющей.

Предлагаемая последовательность работы регулятора, при больших входных рассогласованиях.позволяет полностью исключить влияние интегральной составляющей на качество отработки возмущений и получить то.чное значение выходного сигнала регулятора за счет определения на первом этапе работы регулятора требуемого значени интегральной составляющей в тот момент, когДа величина-рассогласования не изменяется, и сигнал от нуль-органа проходит на блок управления, запоминания ее в первом счетчике импульсов на время между первым и вторым сигналами нуль-органа. Когда же регулируемая величина достигает заданного значения и сигнал рассогласования равен нулю, регулятор переключается на отработку малых рассогласований, т.е. выход делителя подключается ко входу первого счетчика импульсов.

-- Пропорционально-интегральный регулятор позволяет практически исключить взаимосвязь между настроечными параметрами пропорциональной и интегральной составляющих, уменьшить

с точностью до статической ошибки зависимость интегрсьпьной составляющей от величины входного сигнала рассогласования и скорости его изменения, и, как следствие, получать высокое и стабильное качество переходного процесса.

Использование предлагаемого регулятора в системах автоматического регулирования объектов с самовыравниванием, например электропечей, позвоoлит получить стабильное качество переходного процесса при любых вбзмушениях с минимальным временем регулирования и отсутствием перерегулирования, что позволяет получить значительный технико-экономический эффект.

Формула изобретения

20 Пропорционально-интегральный регулятор, содержащий первый счетчик импульсов, блок управления, цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и делитель частоты, причем выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, Q отличающийся тем, что,

с целью повышения быстродействия регулятора,. в него введены второй счетчик импульсов, нуль-орган, элемент 2И-ИЛИ и -блок ключей, выходы которого подключены к соответствуующим вхо5дам цифроаналогового преобразователя, а входы - к соответствующим разрядным выходам первого счетчика импульсов и входам второго счетчика импульсов, выход которого соединен с 0 первым входом блока управления, разрядные выходы - с соответствующими входами нуль-органа, счетный вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход - с первым выходом блока управления, причем первый, второй, третий и четвертой входы элементы 2И-ИЛИ подключены соответственно к выходу делителя частоты, второму выходу блока управлеQ ния, выходу аналого-цифрового преобразователя и третьему выходу блока управления, а выход - к счетному входу первого счетчика, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходом нуль-органа и

5 вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, а четвертый и пятый выходы - с управляющими входами первого счетчика импульсов и блока ключей. 0 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Круг Е.К. и др. Цифровые регуляторы. М., Энергия, 1966, с. 429.

2.Патент Франции 2236224,

5 кл. G 05 В 6/02,1975 (прототип). .

Фье/