Система экстремального регулирования электронно-лучевым вентилем Советский патент 1982 года по МПК G05B13/00 

Изобретение относится к самонастраивающимся системам автоматического регулирования и может быть использовано для оптимизации работы различных технологиче.ских систем, имеющих экстремальные статические характеристики при одном управляющем воздействии в частности для управления электроннолучевым вентилем. Известен экстремальный шаговый регулятор, содержащий датчик экстремума, вывод которого соединен с первымивходами двух компараторов, выход первого компаратора соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход второго компаратора соединен с входом реверсивного элемента, выход которого сое динен с входом исполнительного механизма D. Однако в этом регуляторе формируется множество уровней квантования с постоянным шагом. Создание множест ва квантованных уровней должно отвечать требованию высокой стабильности .для обеспечения заданной точности, что существенно усложняет практическую реализацию поставленной задачи. Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система экстремального регулирования ; электроннолучевым вентилем, содержащая последовательнр соединенные счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый источник питания, датчик экстремума, второй вход которого соединен с анодом электроннолучевого вентиля, третий с управляющей сеткой, запоминающее устройство, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторбв, вторые входы которого соединены с выходом датчика экстремума, последовательно соединенные генератор импульсов и элемент И, второй вход запоминающего устройства 393 соединен с выходом генератора импульсов Г2. Недостатком системы является малое быстродействие при использовании ее в устройстве управления элект роннолучевым вентилем в качестве экстремального регулятора минимальны потерь моиГности. Известная система экстремального регулирования не обеспечивает формирования переходных процессов при включении и набросе тока нагрузки вентиля. Кроме того, она обладает низкой надежностью из-за необходимости точного поддержания плавающего уровня Цель изобретения - повышение быст родействия при включении и набросе тока нагрузки вентиля и повышение надежности. Поставленная цель достигается тем /что в систему введены ключ, элемент ИЛИ, последовательно соединённые формирователь одиночных импульсов и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные блок управляющих сигналов, третий элемент ИЛИ, блок началь ной устаТювки счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами счетчика импульсов, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора, второй вход сое динен с выходом второго компаратора и вторым входом третьего элемента ИЛИ, первый вход ключа соединен с вторым выходом регулируемого источника питания, второй вход - с выходом блока управляющих сигналов, входом формирователя одиночных импульсов и входом генератора импульсов, а выход - с третьим входом датчика экстремума, второй вход второго эле мента ИЛИ соединен с выходом элемен та И, а выход соединен с вторым вхо дом счетчика импульсов, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом элемента И. При закрытом состоянии электронно лучевого вентиля с помощью сигнала блока начальной установки напряжени источника управления вентилем принимает максимальное значение, что позволяет при включении вентиля обеспечить его высокое быстродействие. Надежность устройства повышается за счет Формирователя одиночных импульсов, служащего для начального запуска системы и для последующего ее опроса. На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемой системы экстремального регулирования; на фиг.2 временные диаграммы ее работы; на фиг. 3 -.регулировочные характеристики электроннолучевого вентиля. Как видно из кривых (фиг. 3), суммарные потери мощности в электроннолучевом вентиле, равные сумме потерь мощности на аноде и управляющем электроде, увеличиваются с увеличением анодного тока DQ . Однако для каждого значения тока существует определенное значение напряжения управления U,, при котором указанные потери минимальны. Экстремальный регулятор осуществляет выход в точку минимум потерь для любого значения тока анода. Система экстремального регулирования содержит датчик 1 экстремума, компараторы 2 и 3, запоминающее устройство k, генератор 5 импульсов, логические элементы И 6, ИЛИ 7 ИЛИ 8, ИЛИ 9 формирователь 10 одиночных импульсов, .счетчик It импульсов, блок 12 начальной установки счетчика импульсов, цифроаналоговый преобразователь 13, выход которого подключён к регулируемому источнику 1 питания, являющимся объектом регулирования. Выход регулируемого источника 14 питания через ключ 15 подключен к управляющему электроду вентиля 16. Ключ 15 соединен с блоком 17 управляющих сигналов. Запоминающее устройство Ц включает в себя ключи 18 и 19 и конденсаторы 20 и 21. Датчик 1 экстремума включает датчики потерь мощности на аноде и управляющем электроде вентиля, а также устройство суммирования указанных потерь. Блок 12 содержит вентили 22 записи. Счетчик 11 импульсов состоит из счетного триггера 23, триггеров 24 типа RS и схем И 25. Число разрядов счетчика импульсов выбирается исходя из обеспечения необходимой точности поддерживания режима работы, электроннолучевого вентиля в точке экстремума.Выходы Q триггеров 24 управляют ключами 2б цифроаналогового преобразователя 13- С помощью данных ключей резисторы 27, имеющие одинаковые веса, подключаются к эталонному напряжению Е. Система экстремального регулирования работает следующим образом. При отсутствии управляющего сигнала. U( (интервал О - Ц, фиг. 2) с блока 17 управляющих сигналов клю 15 и электронный вентиль 16 закрыты через элемент ИЛИ 9 на входы вентилей 22 записи поступает сигнал, разрешающий запись единицы во все триггера 2k, которые принимают одинаковые состояния. Единицы на выходах ( открыва бт ключи 26 цифроаналогового прес разователя 13, которы подключают резисторы 27 к эталонном источнику Е. На выходе преобразойат ля устанавливается максимальное напряжение ,,. Это напряжение посту пает на вход регулируемого источника 14 литания, на выходе которого устанавливается максимально заданно напряжение управления Uvj (, вентилем. В момент t сигнал управления с блока 17 отпирает ключ 15 и, соответственно, электронный вентиль 16 с помощью вентилей 22 записи запрещает запись единицы на входы триггеров 2Ц счетчика 11 импульсов, запускает генератор 5 импульсов и формирует в момент t( на выходе формиро вателя 10 одиночный импульс. Повышенное начальное напряжение, пр+1кладываемое к управляющему электроду вентиля, форсированно перезаряжает входную емкость вентиля, уменьшая тем самым длительность переднего фронта. Напряжение Up с датчика экстремума , пропорциональное суммарным потерям мощности в вентиле (точка 1 фиг. 3) поступает на входы компараторов 2 и 3,-выполняющих роль устройств сравнения и на вход электронного ключа 18. Первый импульс Up с генератора 5 кратковременно открывает ключ 18 и начальное значение на пряжения ир запоминается на конденсаторе 20. Ключи 18 и 19 работают в противофазе. При отсутствии импульса с генератора 5 ключ 18 закрыт, а 19 открыт. Поэтому после окончания первого импульса напряжение в конденсатора 20 перезаписывается на конденсатор 21. В момент tfj импульс с формирователя 10 через элемент ИЛИ 8 поступает на вход счетчика импульсов и вызывает появление на выходе 0. счетного триггера 23 логической единицы ЧТО приводит к срабатыванию первого триггера счетчика. Логический нуль с выхода Q первого триггера подается на ключ 26, который отключает от источника Е резистор 27 первого триггера. Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выходе источника до значения Uy , и, соответственно, к уменьшению потерь мощности и напряжения Up на входах в компараторов 2 и 3. Компараторы выполнены таким образом, что при положительной разности напряжений на входах d и ft (ли и и 0) компаратор 2 на выходе выдает единицу, а компаратор 3 -нуль; при отрицательной разности (ди 0), наоборот. Если разность йО будет равна нулю, с выходов компараторов на элемент ИЛИ 7 поступает нуль. Начиная с момента t«4U70 единица с выхода компаратора 2 разрешит прохождение импульса с генератора 5 и на вход счетчика. С приходом второго импульса с генератора 5 (момент tj), ключ 18 снова кратковременно, замыкается, а 19 размыкается, напряжение Uj на конденсаторе 20 принимает новое значение напряжения с датчика 1 экстремума, равное Upn. Состояние компаратора 2 не изменяется, так как разность дЦ остается положительной. Поэтому второй импульс с генератора 5, поступая через элементы И 6 и ИЛИ 8 на вход счетчика 11, изменит состояние триггера второго разряда, напряжение на выходе 13 и 14 уменьшается. Далее процессы повторяются. После каждого переключения очерёдного триггера регистра.напряжение управления вентилем 16 уменьшается. ри этом уменьшается и величина дУ, стремясь к нулевому значению. В моент Ц, когда uU О и напряжение сточника }Ц достигает значения , отери мощности будут минимальными Р (точка 2, фиг. 3), компараор 2 переходит в другое состояние, апрещая через элемент И 6 прохождв ие импульсов на вход счетчика. В истеме регулирования наступает усановившийся режим, характеризующийя минимальными потерями мощности на ентиле Р Р,,, для тока Зс(1 Рассмотрим процессы при сбросе набросе нагрузки. 7 При сбросе нагрузки ( 0dri момент tj) потери мощности на венти ле снижаются (точка 3, фиг. 3) напряжение на входе 6 компараторов уменьшается до величины Up, что вновь приводит к появлению положительной разности 4 и. Импульсы с генератора 5) поступая в счетчик, при водят к уменьшению напряжения на вы ходе регулируемого источника Н питания до тех пор, пока суммарные по тери мощности не достигнут минималь ного значения Р для тока. с|( (точ ) . Принабросе нагрузка (Зо1 Лс(з момент t) потери мощности увеличиваются (точки 5 и 6), разность ди становится отрицательной, так как напряжение на запоминающем конденса торе 21 становится меньше напряжения Upj, пропорционального возникши потерям мощности. Срабатывает компа ратор 3 и его положительный перепад напряжения ( через элемент ИЛИ 9 и блок 12 записывает единицу во все триггера счетчика. Напряжение управ ления электронным вентилем скачком увеличивается, форсируя переходной процесс. С приходом тактового импульса (момент t-|) происходит запис напряжения U на конденсатор 20 и сброс счетчика, напряжения Uy и Up уменьшаются. Так как напряжение на конденсаторе 21 меньше Up, то величина ли по прежнему остается отрицательной. В момент tg вновь происходит запись на конденсатор 20, сброс регистра и дальнейшее уменьшение напряжения U. В момент tg после окончания тактового импульса происходит перезапись напряжения на конденсатор 21, разность напряжения ди становится положительной, компараторы 2 и 3 меняют свое.состояние. Далее устройство регулирования начинает работать аналс гичным образом,что и при включе нии вентиля, но по другой диаграмме перемещения напряжения управления (по кривой 6, 7 фиг. 3). Для повышения надежности работы экстремального регулятора необходимо выполнить условие, чтобы длительность тактовых импульсов генератора была меньше постоянной времени контура регулирования напряжения Up, снимаемого с датчика 1 экстремума. Если на выход цифроаналогового уст7ройства поставить усредняющее устройство, регулировочная характеристика источника и соответственно напряжения U, Up, U, u(i будут иметь не ступенчатый, а плавный ха рактер. Частота формирователя 10 одиночных импульсов выбирается значительно меньше частоты генератора 5 импульсов. Формирователь 10 служит для начального запуска системы экстремального регулирования и для последующего опроса ее состояния, что повысит надежность устройства. Так, например; при потере информации в запоминающем устройстве k, очередной одиночный импульс позволяет системе вновь выйти на режим и достичь точки экстремума. Применение предлагаемой экстремальной системы регулирования электроннолучевым вентилем вентилем обеспечивает минимальные потери мощности в вентиле во всех режимах его работы и разбросе конструктивных параметров, повышает быстродействие и надежность устройства управления вентилем. Формула изобретения Система экстремального регулирования электроннолучевым вентилем, содержащая последовательно соединенные счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый источник питания, датчик экстремума, второй вход которого соединен с анодом электроннолучевого вентиля, третий - с управляющей сеткой, запоминающеее устройство, выход которого соединен с первым входом первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с выходом датчика экстремума, последовательно соединенные генератор импульсов и эле-5 мент И, второй вход запоминающего устройства соединен с выходом генератора импульсов, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности системы, в нее введены ключ, элемент ИЛИ, последовательно соединенные формирователь одиночных импульсов и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные блок управляющих сигналов , третий элемент ИЛИ, блок начальной установки счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами счетчика импульсов, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора, второй вход соединен с выходом второго компаратора и вторым входом третьего элемента ИЛИ, первый вход ключа соединен с вторым выходом регулируемого источника питания, второй вход - с выходом блока управляющих сигналов, входом формирователя одиночных импульсов и входом генератора импульсов, а выход - с третьим входом дат9710 чика экстремума, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И, а выход соединен с вторым входом счетчика импульсов, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом, элемента И. Источники информации, принятые во вникгание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР w г 6821б, кл. G 05 В П/01, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР tf 673982, кл. G 05 В 13/00, 1979 (прототип). ппппппппппп о t, ii и r Uy пппп / IJ

i,

l/n

ли,

,

ii.

in П П П I

i bt

гм

n П I n n П Umt 9. 3 y