Задающее устройство Советский патент 1982 года по МПК G05B11/36 

(54) ЗАДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области автоматики и может использоваться в р азличных системах автоматического регулирования в качестве задатчика, предназначенного для преобразования быстрых изменений входного напряжения в линейно зависимое от времени выходное напряжение постоянного тока.

Известны различные устройства, применяемые в качестве 31аД|атчиков интенсивности, например параметрический задатчик интенсивности типа ЗИ-1, выпускаемый промышленностью. В схеме устройства используется транзистор в режиме с обп1,ей базой. Интенсивность изменения выходного напряжения не зависит от уровня входного сигнала. Время отработки задания регулируется в пределах 0,5-2 с. Нелинейность составляет 10%. При больших значениях времени отработки задания этот задатчик интенсивности имеет значительные отклонения от линейности выходного напряжения, которое с ростом времени все более увеличивается 1.

Для получения линейно изменяюш,егося во времени напряжения с большим временем процесса и хорошей линейностью применяют операционные усилители постоянного тока в режиме интегрирования. Линейность выходного напряжения опера2

ционного усилителя в режиме интегрирования значительно выше, чем у параметрического задатчика, поскольку постоянная времени увеличивается в (К-Ы) раз, 5 где К - коэффициент усиления усилителя. Примером такого устройства является интегро-задающее устройство. Устройство состоит из усилителя, работающего в режиме ограничения, интегрирующего усилителя и блока ограничения. Устройство обеспечивает время отработки задания в пределах 0,5-20 с. Нелинейность выходного напряжения составляет 2,5%. При увеличении времени отработки и соответ5 ственно увеличении постоянной времени интегрирования нелинейность выходного напряжения устройства значительно возрастает в связи с конечным значением входного сопротивления самого усилителя,

20 что является основным недостатком устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является задающее устройство, содержащее усилитель25 ограничитель, блок ограничения, первый интегрирующий усилитель, второй интегрирующий усилитель, дифференцирующий усилитель, суммирующий усилитель, выпрямитель и первый ключ,

30 первый вход которого через дифференцирующий усилитель подключен к выходу первого интегрирующего усилителя, а через выпрямитель к первому входу второго интегрирующего усилителя, второй вход подключен к второму входу устройства и первому входу суммирующего усилителя, а выход - к второму входу второго интегрирующего усилителя, первый выход которого-соединен со вторым входом суммирующего усилителя, подключенного своим выходом к второму входу блока ограничения, выход которого соединен с первым входом усилителя-ограничителя, второй вход которго связ;ан с первым входом устройства, а третий вход соединен с выходом устройства и через первый интегрирующий усилитель - с первым входом блока ограничения и выходом усилителяограничителя 2.

Это устройство обладает лучшей линейностью выходного напряжения, так как в нем осуществляется коррекция нелинейности выходного сигнала.

Недостатком устройства является нелинейность выходного напряжения в начале отработки заданного сигнала по уровню, связанная с тем, что на конденсаторе цепи обратной связи второго интегрирующего усилителя сохраняется напряжение, которое образовалось там при коррекции нелинейности выходного напряжения устройства при предыдущей отработке сигнала по уровню. Величина и знак этого напряжения иикак не связаны с процессом коррекции нелинейности при отработке сигнала по уровню в данный момент времени. Следствием этого является увеличение времени коррекции нелинейности, так как-процесс коррекции начинается только после того, как будет скомпенсировано напрял ение на -конденсаторе обратной связп второго интегрирующего усилителя, оставшееся от предыдущего процесса отработки. Увеличение времени коррекции приводит к тому, что па начальном участке отработки скорость изменения выходного напряжения устройства отличается от заданной.

Цель изобретения - повышение точности (линейности выходного напряжения) задающего устройства.

Цель достигается тем, ;что в известное устройство, содержащее первый , первый вход которого через дифференцирую цчй усилитель подключен к выходу пер-;ого интегрирующего усилителя, а через выпрямитель - к первому входу второго интегрирующего усилителя, второй вход подключен :к. второму входу устройства и первому входу суммирующего усилителя, а выход -к второму входу второго интегрирующего усилителя, первый выход которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, подключенного своим гыходом к второму входу блока ограничения, выход которого соединен с первым входом усилителя-ограничителя, второй вход которого свяаан с первым входом устройства, а третий вход соединен с выходом устройства и через первый интегрирующий усилитель - с первым BXOiftOM блока ограничения и выходом усилителяограничителя, вводится второй ключ, первый вход которого соединен с выходом дифференцирующего усилителя, а второй вход и выход соединены соответственно с вторым выходом и третьим входом второго интегрирующего усилителя.

На чертеже представлена функциональная схема задающего устройства. Устройство содержит суммируюп ий усилитель 1, блок 2 ограничения, }силитель-ограничитель 3, первый и второй интегрирующие усилители 4 и 5, дифференцирующий усилитель б, первый ключ 7, выпрямитель 8, первый и второй входы устройства 9 и 10, выход устройства И, второй клю;ч 12.

Устройство работает следующим образом. Отрабатываемый сигнал подается с первого входа устройства 9 на вход усилителя-ограни1чителя 3, работающего в режиме регулируемого ограничения. Его выходное напряжение интегрируется во времени с помощью первого интегрирующего усилителя 4 с парафазным выходом. Оба эти усилителя охвачены жесткой отрицательной обратной связью с коэффициентом передачи, равным единице. В результате выходное напряжепие в процессе отработки устанавливается равным напряжению задания. Уровень ограничения выходного напряжения усилителя-ограничителя 3, а следовательно и время отработки устройства, регулируется изменением величины опорного напряжения в цепи обратной связи усилителя-ограничителя 3 с помощью блока ограничения 2. Выходное напряжение от первого интегрирующего усилителя 4 через дифференцирующий усилитель 6, выдающий сигнал, пропорциональный фактической скорости изменения регулируемого параметра, поступает на первый вход первого ключа 7. На его второй вход поступает сигнал, пропорциональный заданной скорости изменения регулируемого параметра с второго входа устройства 10, и ключ 7 пропускает его лишь при появлении на его первом входе сигнала, пропорционального фактической скорости f/факт.ск изменения выходного сигнала. Оба эти сигнала поступают на входы второго интегрирующего усилителя 5, причем сигнал, поступающий на первый вход второго интегрирующего усилителя 5 через выпрямитель 8 имеет полярность, противоположную полярности сигнала, поступающего на второй вход второго интегрирующего усилителя 5. Цепь обратной связи второго интегрирующего усилителя

5 шунтируется вторым ключом 12, вход которого соединен с выходом дифференцирующего усилителя 6, причем второй ключ 12 закорачивает цепь обратной связи усилителя 5 только при отсутствии сигнала на входе.

При отличии по уровню сигналов на входах второго интегрирующего усилителя 5 на выходе его появляется сигнал, поступающий на второй вход суммирующего усилителя 1. На его первый вход поступает сигнал, пропорциональный заданной скорости изменения регулируемого параметра. На выходе суммирующего усилителя 1 появляется напряжение, являющееся опорным напряжением блока ограничения 2, который и ограничивает выходной сигнал усилителя-ограничителя 3. Это напряжение зависит от алгебраической суммы сигналов, поступающих с второго интегрирующего усилителя 5 и сигнала, пропорционального заданной скорости изменения регулируемого параметра. При скачкообразном изменении задающего сигнала по уровню регулируемого параметра на выходе устройства 11 наблюдается линейно зависимое от времени выходное напряжение постоянного тока. Любое отклонение от линейности корректируется суммирующим, вторым интегрирующим и дифференцирующим усилителями 1, 5 и 6 и блоком ограничения 2, ограничивающим выход усилителя-ограничителя 3, причем корректирующий сигнал на выходе второго интегрирующего усилителя формируется быстрее счет введения второго ключа 12, который шунтирует цепь обратной связи второго интегрирующего усилителя 5.

Коррекция осуществляется следующим образом. Допустим, что произвели изменение скачком регулируемого параметра и началась отработка, но скорость изменения выходного напряжения отлична от заданной. Это приводит к тому, что величина напряжения на выходе дифференцирующего усилителя 6 делается больше или меньше заданной скорости изменения регулируемого параметра, и на входе второго интегрирующего усилителя 5 суммарный входной сигнал по обоим входам делается отличным от нулевого.

Так как до начала отработки сигнал на выходе дифференцирующего усилителя 6, а значит и на входе второго ключа 12 отсутствует, то ключ 12 своим выходом шунтирует цепь обратной связи второго интегрирующего усилителя 5, благодаря чему происходит разряд конденсатора обратной связи второго интегрирующего усилителя и напряжение на его выходе равно нулю.

Отсутствие напряжения на конденсаторе обратной связи и выходе усилителя 5 приводит к тому, что, как только происходит отклонение от линейности выходного

напряжения и суммарный входной сигнал второго интегрирующего усилителя 5 становится отличным от нуля, усилитель 5 начинает интегрирование, и Hia его выходе

появляется корректирующий сигнал нужной полярности, который через суммирующий усилитель 1 и блок ограничения 2 корректирует скорость изменения выходного напряжения. При отсутствии второго

ключа 12 и наличии на конденсаторе обратной связи и выходе второго интегрирующего усилителя 5 напряжения обратной полярности под действием ненулевого суммарного входного сигнала усилителя 5 в

начале в течение некоторого времени производится компенсация напряжения цепи обратной связи и выходного напряжения обратной полярности. В течение всего этого времени скорость изменения выходного

напряжения устройства отлвчна от заданной.

Таким образом, введение второго ключа 12 сокращает продолжительность времени, в течение которого осуществляется коррекция и тем самым повышается линейность выходного напряжения. Использование изобретения позволяет повысить линейность выходного напряжения задающего устройства.

Формула изобретения

Задающее устройство, содержащее первый ключ, первый вход которого через дифференцирующий усилитель подключен к выходу первого интегрирующего усилителя, а через выпрямитель - к первому входу второго интегрирующего усилителя, второй вход подключен к второму входу устройства и первому входу суммирующего усилителя, а выход - к второму входу второго интегрирующего усилителя, первый

ВЫХ01Д которого соединен с вторым входом суммирующего усилителя, подключенного своим выходом к второму входу блока ограничения, выход которого соединен с первым входом усилителя-ограничителя, второй вход которого связан с первым входом устройства, а третий вход соединен с выходом устройства и через первый интегрирующий усилитель - с первым входом блока ограничения и выходом усилителяограничителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, оно содержит второй ключ, первый вход которого соединен с выходом дифференцирующего усилителя, а второй вход и

выход соединены соответственно с вторым выходол и третьим входом второго интегрирующего усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

i 1. Лебедев E. Д. и др. Управление вентильными электроприводами постоянного тока, М., «Энергия, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2696003, кл. G 05 В 11/36, 1979 (прототип).

3aS. ск.

Узад. ск.