Устройство импульсного регулирования Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 G05B11/18 

Изобретение относится к импульсным позиционным системам регулирования и предназначено для регулирования различных технологических процессов, например температуры.

Известны импульсные позиционные . системы регулирования, в основу построения котоЕих положен генератор импульсов с двумя задатчиками скважности импульсов. Задатчики подключены к генератору через перекидной контакт двухпозиционного релейного элемента. В зависимости от рассогласования подключается либо первый, либо второй задатчик скважности и соответственно меняется скважность подаваешх

в объект регулирования импульсов энергии 1..

Наиболее близким к изобретению является регулятор, в котором двухпо-, зиционный элемент шунтирует резисто) в схеме генератора импульсов и этим изменяет скважность подаваелых в объект импульсов 2.

Недостатками устройств является малое быстродействие в -переходном, процессе и то, что они работоспособны только с датчикомконтактного типа.

Целью изобретения является повышение точности и.расширение области применения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство импульсного регулирования, содержащее генератор импульсов и соединенные последовательно первичный преобразователь контролируемого параметра, фазовый модулятор,

10 вторым входом связанный с источником переменного напряжения сети, а третьим - с задатчиком пapa 48тpa, а также установленный на объекте исполнительньй элемент, содержит усилитель-ог15раничитель и подключенные к его выходу пepвы зl входами первый, второй и третий элементы И, а также первый второй и третий пороговые формирователи и элементы памяти, последователь20но соединенные четвертый элемент И, элемент ИЛИ и пятый элемент И, соединенные последовательно основной и дополнительный одновибраторы и формирователь импульса запуска, входом

25 связанный с выходом генератора импульсов и входом основного одновибратора, а выходом - с первыми входами первого, второго и третьего элементов памяти, вторые входы которых соеди30нены соответственно с выходами первого, второго и третьего элементов вторые входы которах соответственно через первый, второй и третий пороговые формирователи подключены к источнику переменного напряжениясети причем выход первого элемента памяти связан с первым входрм четвертого элемента И, второй вход которого под ключен к выходу дополнительного одно вибратора, выход второго элемента па мяти соединен с втохжлм входом элёмен та ИЛИ, третьим входом подключенного к выходу основного одновибратора, а вы5сод третьего элемента памяти сое динен с входом пятого элемента И, выходом подключенного к исполнительнсйлу элементу. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства импульсного регулирования; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений элементов, формирующих пороги переключений; на фиг, 3 - то же, формирующих управляющие воздействия. . Устройство импульсного регулирования содержит исполнительный элемент 1, первичный-преобразователь 2 контролируемого параметра, фазовый модулятор 3, к второму входу которого подключен выход задатчика 4 параметра, а к выходу подключенусилйтель-ограничитель 5. Выход усилителя ограничителя подключен к п-ервым вхо9;ам первого б, второго 7 и третьего 8 элементов И. Вторые входы элементов И 6-8 подключены соответственно к выходам первого 9, второго 10 и третьего И-пороговых формирователей. Выхсдчы элементов И 6-8 подключены к входам первого 12, второго 13 и третьего 14 элементов памяти, соответственно. Выход элемента 12 памяти подключен к первому входу четвёртого элемента И 15, выход элемента 13 памяти - к первому входу элемента ИЛИ 16, выход элемента 14 памяти - к первому входу пятого элемента И 17. Выход генератора 18 через формирователь 19 импульса запуска подключен к вторым входгил элементов 12-14 памяти, элементу И и к входу основного одновибратора 20. Выход одноЬибратора 20 подключен к входу дополнительного одновибратора 21 и второму входу элемента ИЛИ 16. Выход одновибратора 21 подключен к вто рому входу элемента И 15 йй&срдкй рого подключен к третьему входу-элемента ИЛИ 16. Выход элемента ИЛИ 16 подключен к второму входу элемента И 17, выход которого подключен к вхо ду исполнительного элемента 1. Выход задатчика 4 связан с йторым вхог дом одновибратора 20. Источник 22 переменного напряжения-се и-педкпю чен к входам пороговых формирователей 9-11 и к первому входу фазового модулятора 3. Устройство работает следующим образом. При изменении регулируемой величины изменяется выходной сигнал первичного пр.ербразователя 2, пропорционально ему изменяется фаза синусоидального напряжения на выходе фазового модулятора 3. Это напряжение преобразуется в прямоугольно напряжение усилителем-ограничителем 5. Выходное напряжение усилителяОграничителя 5 представляет собой прямоугольные импульсы и принимает значение О и 1, сдвигающееся по фазе на угол относительно сети U0. Еи иничный сигнал с выхода различных блоков откладывается в отрицательную сторону (фиг. 2-3). Это соответствует истинной диаграмме напряжений в схеме интегрально-транзисторного регулятора. При увеличении регулируемой величины импульсы с усилителя-ограни-, чителя 5сдвигаются влево. Максимальную чувствительность фазовый модулятор 3 имеет вточке квазибаланса. В этой точке выходное иап|ряжение с фазового модулятора 3 хздвинуто относительно напряжения сети на 90 эл.град. Поэтому сдвиг фазц Норма контролируется относительного этого исходного значения Ч . Пороговый формирователь 9 переключения Норма формирует угол / 90 , выдает прямоугольные импульсы Ug, задний фронт которых соответствует . Формирователь 9 синхронизирования с источником 22 переменного напряжения сети. При увеличении регулируемой величины свер;( заданного значения импульсы U с усилителя-ограничителя 5 сдвигаются влево и текущий угол V становится меньше Чд. На входах элемента И 6 пр| исутствуют спновременно два отрицательных импульса: U и U, и на его выходе появляются иМпульсы (L . При уменьшении регулируемой величины угол увеличивается, т.е. импульсы Ur сдвигаются вправо. При уменьшении значения регулируемой величины ниже заданного угол М становится больше Qf и на входах элемента И 6 импульсы и9 и U5 появляется неодновременно/, а йа его-выходе импульcti и исчезают, Инфран;Ц|9Кочастотны1К генератор 18 выдает :симме 1гричн(1ег;.и1 «1у;Л1 са:Ф:| v -tie реднкм фронтом этих импульсов запускаются одновис атор 20 и формирова-т уёлъ 19. Одн.овибратор 20 на каждый , импульс генератора выдает свой импульс г длительность которого С Ърреяеляется заданием уровня регулирования.-ИмпульсыU O-поступают на вх08Ч Й ейМ6н а ЭДЛИ осущеп . | ствляет сложение во времени длительности импульсов, поступающих на его входы. Если сигналы на други входа элемента 16 равны нулю, то на выходе его присутствуют импульсы длительностью Т, которые и определяют в это случае регулирующее воздействие. Задним фронтом импульсов U запускается одновибратор 21 с длительностью импульсов, равной приращению лТ. Это приращение лС прибавляется или не прибавляется к длительности в зависимости от знака отклонения регулируемой величины от заданного уровня регулирования. Сложение.длительностей Т и лТ осуществляется следующим образом. Каждый инфранизкочастотный период формирователь 19 коротким импульсом усгганавливает элемент 12 памяти в единичное состояние. Если регулируемая величина упала ниже заданного уровня то импульсов на выходе элемента И б нет и элемент 12 памяти остается в единичном состоянии. Единичный сигнал с его выхода разрешает прохождехНие импульса vu с одновибратора 21 через элемент И 15 на вход элемента ИЛИ 16. Таким образом, на один вход элемента ИЛИ 16 пришел единичный сиг нал длительностью С, а на другой вход сразу по окончании сигнала. пришел единичный сигнал длительностью дС, Длительность сигнала на выжсде элемента 16 будет о ло. Соответ ствующее регулирующее воздействие о- дТбудет на входе исполнительного, элемента 1. Если температура выше заданной, то на выходе элемента И 6 появляются импульсы с частотой и точника 22 напряжения питающей сети. Формирователь 19 каждый инфранизкочастоткый период пытается включить элемент 12 памяти в единичное состояние, но первый же импульс с элемент И 6, следующий с частотой питающей сети, т.е. более высокой, переключает элемент 12 памяти в нулевое состояние. Пэтому в момент, когда появляется сигнал с одновибратора 21, сигнал на выходе элемента 12 памяти нулевой, и элемент И 15 не пропускает сигнал дТ на выход элемента 16. Приращения длительности импульсов не происходит и на вход исполнительного элемента 1 портупают импульсы длител ностью tf. Таким образом, когда регулируемая величина меньше задания, на исполнительный элемент 1 поступают импульсы длительностью Т. +Д:й,. и регулируемая величина растет, а когда регулируема / величина больше задания, на исполнительный элемент 1 поступают импульсы гутительностью С, и регулируемая величина уменьшается, так осуществляет ся импульсное двухпозиционное регули рование на пороге переключения -PQ, Норма. : На порогах переключения и О устройство импульсного регулирования функционирует следующим образом. Когда регулируемая величина много ниже заданной, импульсы с усилителяограничителя 5 сдвигаются вправо так, что. Ч становится больше Ч.; , где - порог переключения . Его величина определяется формирователем 10, синхронизированным с напряжением сети. ПриЧ Ч импульсы с выхода элемента И 7 исчезшот, так как ни в один из моментов времени сигналы на обоих его входах одновременно.не при- сутствуют. Каждый инфранизкочастотный;период от формирователя 19-поступает запускающий импульс на вход элемента 13 памяти и переводит его в единичное состояние. В этом режиме импульсы с элемента И 7 на сброс элемента 13 памяти не поступают.и он постоянно выдает единичный сигнал на элемент ИЛИ 16. Таким образом, в этом режиме на выходе элемента 16 постоянно присутствует сигнал, а не импульсная последовательность длительностью iT или t + йС, как в режиме .резгулирования Норма. На объект подается максиi anbHO возможное регулирующее воздействие и скорость нарастания регулируемой величины также максимальна. Режим регулирования . наблюдается при выходе объекта на режим регулирования или при увеличении уставки задатчика и происходит до тех пор, пока регулируемая величина не приблизится на вполне определенную, заранее известную величину к заданию, тогда режим Ч автоматически переРадет в режим Норма импульсного регулирования. ПриЗначительном превышении регулируемой величиной заданного уровня импульсы с-усилителя-ограничителя 5 сдвигаются сильно влево. Текущая фаза Ч уменьшается до значения . где Ч - порог, переключения . Его величина определяется фop даpoвaтелем 11, синхронизированным напряжением сети. На входа элемента И 8 одновременно поступают электрические сигналы и на его выходе будут присутствовать импульсы Ug, которые переключают элемент 14 памяти в нулевое состояние. Хотя сигнал с формирователя 19 каждый инфранизкочастотный период будет пытаться перевести блок 14 памяти в единичное состояние, импульсы Ug,:следующие с частотой сети, более высокой, будут тут же переключать его в нулевое состояние. На выходе элемента 14 сигнал будет отсутствовать. Элемент И 17 будет закрыт. На объект регулирующее воздействие подаваться не будет. Регулируемая .величина будет уменьшаться с максимальной скоростью. Режим О будет наблюдаться при аварийных ситуациях или при уменьшении уставки задатчика Таким образом, устройство импульс .ного регулирования обеспечивает фор- мировгшный выход на режим регуЛйрбвания максимальным регулирующим воэдействием, импульсное двухпозиционное регулирование малыми приращениям регулирующего воздействия на заданном уровне регулирования и полное снятие регулирующего воздействия, ес ли регулируемая величина значительно превысит .3 аданный уровень. Кроме тог возможна работа в двухпозиционном режиме на порогах Ч и О. При регулировании температуры жидкостного термостата в диапазоне от 30 до обеспечена точность поддержания температуры ±0,01-0,02°С Формула изобретения Устройство импульсного регулирования, содержащее генератор импульсов и соединенные последовательно первичный преобразователь контролиру емого параметра, фазовый модулятор, вторым входом связанный с тссточником переменного напряжения сети,, а треть им - с задатчиком параметра, а также установленный на объекте исполнительный элементу отличающее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения области применения устройства, оно содержит усилитель-ограничитель и подключенные к его выходу первыми входами первый. Второй и третий элементы И, а также первый, второй и третий пороговые формирователи и элементы памяти, .последовательно соединенные четвертый элемент И, элемент ИЛИ и пятый элемент- И7 соединенные последовательно оснбвной и дополнительный одновиб- раторы и формирователь импульса запуска, входом связанный с выходом генератора импульсов и входом основного одновибратора, а выходом - с первыми входами первого, второго и третьего Элементов памяти, вторые входы которых соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего элементов И, вторые входы которых соответственно через первый, второй и третий пороговые формирователи подключены к источнику переменного напряжения сети, причем выход первого элемента памяти связан с первым входом четвертого элемента И, второй вхсщ которого подключен к выходу дополнительного одновибратора,f выход втброго элемента памяти соеди} нен с вторым вхопоМ элемента ИЛИ, третьим входом псщключенного к выходу основного одновибратора, а выход третьего элемента памяти соединен с вторым входом пятого элемента И, выходом подключённого к исполнительному элементу. HQTO4HHkH информации, принятые во внймсшие при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 395804, кл. G 05 В 11/18, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2369052/18-24, кЛ. G 05 D 23/19, 1979 (прототип).