Устройство аналогового управления Советский патент 1981 года по МПК G05B11/01 G05B11/36 

(54) УСТРОЙСТВО АНАЛОГОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в различных системах автоматического регулирования. Известно устройство с регулируемой передаточной функцией, содержаще операционный усилитель, ко входу и выходу которого подключены низкоомны потенциометры, а в цепь обратной связи - пассивная RC-цепь с регулируемыми резисторами и конденсаторами t lНедостатками устройства являются низкое входное сопротивление и невозможность реализации передаточ ной функции, соответствующей последовательному соединению форсирующего и инерционного звеньев. Известно устройство с регулируемой передаточной функцией, содержащее пропорциональный, дифференцирующий блоки и операционный усилител вход которого через резистор соедине со входом устройства, а через конденсатор - с выходом сумматора, подключенного своими входгиш х выходам опергщионного усилителя, пропорционального и дифференцирующего блО ков {2}. Это устройство не позволяет реализовать передаточную функцию, соответcTBiHomyKS последоват-ельному соединению форсирующего и инерционного звеньев. Известно также устройство, содержащее операционный усилитель, соединенный своим входом через цепочку последовательно соединенных элементов с регулируе(1М коэффициентом передачи к конденсатору, параллельно которой включены второй конденсатор и резистор со входом устройства, а через третий конденсатор - со своим выходом, являющимся выходом устройства. Это устройство реализует передаточную функцию, соответствующую последовательному соединению форсирующего я инерционного звеньев 3-. Недостатком указанного устроЦства является невозможность регулированяя коэффициента передачи и постоянной времени форсирующего звена. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее операционный усилитель, выход которого соединен с входом первого элемента с регулируе1 1м коэффициентом передачи и является выходом устройства, а вход - с первыми выводами первого конденсатора и двух резисторов, а также второй и третий элементы с регулируемом коэффициентом передачи. , Указанное устройство представляеа собой последовательное соединение инерционного и форсирующего звеньев и имеет передаточную функцию вида оператор дифференцирования ; W(р) - передаточнсш функция устройства; К - коэффициент передачи устройства} Т - постоянная времени форсирукяцего звена Т - постоянная времени i инерцй.онного звена. Величины Т ,T.j, К связаны с пара метрами схемы соотношениями K,Y где к , к,,, К - коэффициенты передачи первого, второго и третьего элементов с регулируемом коэффициентом передачи соответственно ; R - сопротивление резистора во входной цепи операционного усилителя; - сопротивление в цёпи обратной связи операционного усили теля; с - емкость конденсатор Коэффициент передачи устройства регулируется с помощью третьего элемента с регулируемым коэффициентом передачи, постоянная инерционного звена - с помощью второго, а постоянная времени форсирующего эвена - с помощью первого и третьего элементов 4 . Недостатком этого устройства яв-; ляется отсутствие возможности разделительного регулирования коэффициента передачи К устройства и постоянной времени Tj форсирующего звена, так как в этом устройстве изменение величины К неизбежно ведет к изменению величины Т. Цель изобретения - обеспечение возможности раздельного регулирования коэффициента.передачи устройства и постоянной времени форсирумщего звена, т.е. расширение функционельных возможностей устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введен второй конденсатор,один вывод которого под ключен ко входу операционного усили теля, а второй вывод через второй эленюнт с регулируе е11м коэффициенто передачи - к второму выводу первого резистора и к выходу первого элемента с регулируемым коэффициентом передачи, второй вывод первого конденсатора через третий элемент с регулируемлм коэффициентом передачи соединен со входом устройства и со вторым выводом второго резистора. На чертеже представлена структур ная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит операционный усилитель 1, три элемента с регулируемым коэффициентом передачи 2,3 и 4, два резистора 5 и 6 и два конденсатора 7 и 8. Пусть Eg-/ El 0t,|x - сигналы на входе и выходе устройства соответственно, а Kj , Kj и Кз - коэффициенты передачи элементов 2, 3 и 4 соответственно. Тогда сигналы Ъ и на выходах элементов 2,3 и 4 определяются 2 3 ВЫ) 2. Учитывая, что усилитель 1 является операционным (имеет коэффициент усиления без обратной связи порядка десятки - сотни тысяч), сигнал на его входе можно считать равным нулю. Поэтому токи через резисторы 5 и б и конденсаторы 7 и 8 определяются IB-E.,/R; 1,-.; , ,у,, () где 35,3{,3T,3g - токи через резисторы 5 и 6 и конденсаторы соответственно 7 и 8; сопротивление резисторов 5 и 6 соответственно; S емкость конденсаторов 7 и 8 соответственно. Операционный усилитель имеет очень большое входное сопротивление, поэтому его входной ток можно считать равным нулю и приравнять нулю сумму токов OjTi Зь,3-, и Л . учетом уравнений (1) получим -f Е . Преобразуем полученное выражение к виду еы ROC ,p Ка« « ЧЧосСвр Учитывая, что отношениеЕВ /ЕВХ представляет собой передаточную функцию устройства W(p), и обозначи T,-K,RC,i T.,K,R,Ce (1 М можно записать ) - Полученная передаточная функция соответствует последовательному соединению инерционного и форсирующего звеньев. В предлагаемом устройстве, как это видно из уравнений (2) и (3), в отличие от известного имеется воз можность раздельного регулирования коэффициента передачи устройства и постоянньис времени звеньев. Коэффициент передачи регулируется с (ПОМОЩЬЮ элемента 3, постоянная вре1мени форсирукицего звена - с помощью элемента 2, а постоянная времени |инерционного звена - с помощью элемента 4. В качестве элементов с регулируе мом коэффициентом передачи может бы использован любой безынерционный элемент, коэффициент передачи которого является монотонно возрастающе функцией от управляющего напряжения Зависимость коэффициента передачи элемента от управляющего напряжения может быть линейной либо нелинейной, например логарифмически линейной. В последнем случае обеспечивается большой динамический диапазон изменения коэффициента передачи К и постоянных времени Т и Т2 .порядка 25-65 дБ). В качестве элемента, реализуюпего линейную зависимость, можно, например, использовать аналоговую («кросхему 140 МА1 А,Б, блоки операции перемножения ОП-Зм ASK МН-1вМ Ш-17 АВМ МН-10, БП-Д-1 АВК-2 (3) И т.д. Сигнал на выходе таких элементов ligMK изменяется от управляюцего напряжения и, по закону а - коэффициент пропорциональ ности; 1Х. входной сигнал. в качестве элемента, реализующего нелинейную зависимость, можйо/ использовать, известные устройства. Сигнал на выходе .этих элементов изменяется от управляющего напряжения по закону вых - WP-, в предлагаемом устройстве отсутствует сукячатор, что делает его более простым и облегчает его изготовление и настройку. Формула изобретения : Устройдтво аналогового управления, содержащее операционный усилитель, выход которого соедщнен с входом первого элемента с регулируел«м коэффициентом передачи и является выхо- дом устройства, а вход - с т рвыми выводами первого конденсатора и двух резисторов, а также второй и третий элементы с регулируемым коэффициентом передачи, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных, возможностей, введен второй конденсатор, один вывод которого подключен ко входу операхщонного усилителя, а второй вывод через второй элемент с регулируемом коэффициентом передачи - к второму выводу первого резистора и к выходу первого элекюнта с регулируемом коэФФициентом передачи, второй вывод первого конденсатора чер:еэ третий элемент с регулируемом коэффициентом передачи соединен со входом устройства я со вторым выводом второго резистора. Источиикй информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Автсфское свидетельство СССР 475602, кл. G 05 в 11/36, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 593676, кл. 6 05 В 11/Зв, 1976. 3.Патент США 9 4017737, л. Н 03 Г 1/34, ся1ублик. 1979. 4.Патент Яповии 9 53-9347, кл. G 05 В 11/42, опублик. 1979 (прототип).