Управляемый ограничитель напряжения Советский патент 1983 года по МПК G06G7/25 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для использования в вычислительных блоках -систем автоматического управления (САУ) и при моделировании их на аналоговых вычислительных машинах ( АВМ).

Практически любая САУ в настоящее время имеет в своем составе блоки с принципиально нелинейными характеристиками, в частности с. характеристиками типа ограничения. Они присущи, в первую очередь, исполнительным устройствам САУ, например сервоприводам, гидроусилителям, имеющим одновременно две характеристики ограничения - по скорости перемещения и самому перемещению силоваго штока. Во-вторых/ ограничители напряжения широко используются не посредственно в вычислителях САУ для задач принудительного ограничения сигналов в контурах управления ( например, в контуре формирования заданной перегрузки самолета, в контуре стабилизации тангажа и др.).

Типовыми требованиями, предъявляемыми к устройствам ограничения напряжения как в реальных вычислителях САУ,:так и в аналоговых моделях САУ, являются следующие.

Стабильность.уровня ограничения при различных величинах входного сигнала, подлежащего ограничению (отношение должно равняться нулю на участке ограничения. Всякое нарушение этого требованияприводит к несоответствию в той или

10 иной мере полученных при моделировании действительных результатов, обу словленных строгими реально существующими ограничениями.

Возможность оперативного измене15ния уровня ограничения при просмотре нескольких (как правило, многочисленных) вариантов решаемой на АВМ Зс1дачи.

Возможность автоматического управ20ления уровнем ограничения, если это требуется алгоритмом работы САУ в процессе решения задачи.

Возможность Изменения знака выходного сигнала с блока ограниче25ния без применения дополнительных операционных усилителей СОУ), число которых, как правило, лимитировано.

Существует большое количество ограничителей напряжения, использую30 щих нелинейные свойства диодно-резистивных ячеек, включенных в обрат ную связь операционного усилителя. В инженерной практике известно устройство такого типа, которое содержит ОУ с постоянным резистором н входе, с двумя диодами двумя делителями напряжения, двумя источникам опорного напряжения и вторым постоя ным резистором в цепи обратной связи 1. Отличаясь простотой, это устройс во не обеспечивает стабильности урр ня ограничения, не позволяет оперативно изменять этот уровень в процессе моделирования на АВМ и не обеспечивает возможности автоматического изменения величины ограничения выходного напряжения в процессе решения задачи. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство ограничения напряжения, содержащее блок выделения модуля, к входу которого подключен управляющий уровнем ограничения сигнал, инвертор, вход которого подключен к выходу блока выделения модуля, ОУ с резистором на входе и в цепи обратной связи и две диодно-резистивные ячейки с двумя входами и одним выходом, причем первые входы ячеек соединены с выходом усилителя вторые входы - с выходами блока выделения модуля и инвертора соответственно, а выходы - с входами усилителя.2. Известное устройство позволяет оперативно изменять уровень ограничения, а также управлять им автоматически от внешнего источника напря жения. Поскольку работа данного устройс ва основана на применении диоднорезистивных нелинейных ячеек, оно не обеспечивает строгого постоянства уровня ограничения при различных .входных сигналах. Реальные свойства этих ячеек не позволяют добиться стабильных свойств блока ограничения и являются принципиальным, мето дическим источником его погрешностей . Кроме того, в схеме прототипа нельзя изменить знак выходного сигн ла без применения дополнительного инвертирующего ОУ. Цель изобретения - повышение точ ности ограничения. Указанная цель достигается тем, что устройствО|содержащее первый бл выделения модуля, содержит второй блок выделения модуля, два блока сукмирования и блок вычитания, при7 чем первые входы первого блока суммирования и б(лока вычитания являются сигнальным входом, а вторые их входы - управляющим входом управляемого ограничителя напряжения, выходы первого блока суммирования и.блока вычитания соответственно через первый и второй блоки выделения модуля подключены к первому и второму входам ВТ9РОГО сумматора, выход которого является выходом управляемого ограничителя напряжения. На фиг. 1 представлена схема управляемого ограничителя напряжения; на фиг. 2 - его статические характеистики. Управляекый ограничитель напряжения содержит блоки 1 и 2 суммирования , блок 3 вычитания, каждый на два входа и один выход, и два блока 4и 5 выделения модуля. Объединенные между собой первые входы блоков 1 и 3 с единичными коэффициентами усиления являются сигнальным входом ограничителя. Второй вход блока 1 суммирования с единичным коэффициентом усиления соединен с вычитающим входом блока 3 (также с единичным по величине коэффициентом усиления) и служит управляющим входом ограничителя напряжения. Выходы блоков 1 и 3 через блоки 4 и 5выделения модуля соответственно подключены к первому и второму входам (с равными между собой коэффициентами усиления К ) блока 2 суммирования, выход которого служит выходом ограничителя напряжения. При подаче.на входы ограничителя напряжения входных сигналов U и и на выходах блоков 1 и 3 формируются сигналы (,U-,+ U2 ) и (U - V) соответственно, а на выходах блоков 4 и 5 - сигналы V + U2 |И JU - Ujl, которые, сум шруясь далее на блоке 2, представляют выходной сигнал в виде . 6b.X-- K 2|-lU,-U2|. (Я Семейство статических характеристик 1%(,|х(и.,)заявляемого устройства при . различных значениях сигнала U2, определяющего уровень ограничения, и при К О,5 приведено на фиг. 2. Их достоверность несложно проверить непосредственной подстановкой в (.i) конкретных значений . Несложно получить их и аналитически. Пусть U(t) - переменный сигнал, подвергавг«й ограничению;U2 const О - сигнал, задающий уровень ограничения. В зависимости от величины и знака сигнала 0(t выходной сигнал U-, определяется следующим обраПри lu ltlhu, u,(t;7o MU/t/ o вь,x ll 1 2l-| - 2l -0,5(U liHU2 - -U(t). U,(t), т.е. сигнал U линейно повторяет входной сигнал. при tUjUJiUg и ,21-,(.(i),.U2. При вЫХ--°.. СЦ5{- U()-U,, т.е. сигнал на выходе устройства 6у. дет строго постоянным и не будет по величине более, чем заданный-уровень ограничения Uj. Наклон статической характеристики в зоне лийейности определяется величиной коэф фициента усиления К на входах блока 2 и что при смене знака сигнала Us управляющего уровнем ограничения, знак сигнала на выходе ограничителя также меняется на противоположный, т.е. выходнре напряжение в предлагаемом устройстве легко инвертируется без применения дополнительного операционного усилителя. Важно указать также на эквивалентность сигналов и и Ug с точки зрения выполняегФ функций: ограничиваюц;им сигналом и сигналом, подлежащим ограничению, может быть как U, так и Ug, т.е. входы ограничителя напряжения взаимозаменяема. Как видно из приведенных материалов предлагаемое устройство действительно являетсяПрецизионным огра ничителем выходного напряжения. Уро вень ограничения в-конкретно рассма риваемой ситуации определяется вели чиной сигнала и и является строго постоянной и независимой от подлежа щего ограничению сигнала U.,. Погреш ность предлагаемого устройства (непостоянство уровня ограничения} определяется только инструментальными погрешностями входящих а него вычислительных блоков, т.е.. не является методической, как в прототипе, где она неустранима принципиально, Выходное напряжение в предлагаемом устройстве в отличие от- прототипа легко инвертируется. Формула изобретения Упpaвляe «й ограничитель напряжения , содержащий первый блок выделения модуля, отличающийс я тем, что, с целью повьаиения точности ограничения, он содержит второй блок выделения модуля и два блока суммирования, блок вычитания, причем первые входы первого блока суммирования и блока вычитания являются сигнальным входом, а вторые их входы - управлякнцим входом управляемого ограничителя напряжения, выходы первого блока суммирования и блока вычитания соответственно через первый и второй блоки выделения модуля подключены к первому и второму входам второго сумматора, выход которого является выходом управляемого ограничителя напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Тетельбаум И.м. и Шнейдер Ю.Р.. 400 схем для АВМ. М., Энергия, 1978., 2.Авторское свидетельство СССР 762013, кл. G Об G 7/25, 1978 (прототип J.

Фиг.