Трехпозиционный регулятор

(504 С 05 В 11 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ил е ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт проблем управленияавтоматики и телемеханики(57) Изобретение относится к областиприборостроения и средств автоматизации и может быть использовано всистемах стабилизации параметров сразличными исполнительными органами.Цель изобретения - улучшение динамических характеристик и повьппениестатической точности трехпозиционного регулятора, которая достигается введением новых блоков и .связей,Я 0129025 О с помощью которых обеспечивается линейная характеристика регулятора лри малых сигналах рассогласования, а при изменениях величины сигнала рассогласования формируются управляющие импульсы с одинаковой длитель-, ностью, пропорциональной величине рассогласования. Регулятор состоит из измерителя рассогласования 1 и двух контуров, один из которых формирует положительный сигнал управления, а второй - отрицательный. Оба контура подключены к управляющему сумматору 2, выход которого. является выходом регулятора. Контур формирования положительного сигнала управ- Ж ления состоит из трех сумматоров 3, р 4 и .5, управляющего компаратора 6, Ъф У компаратора задержки 7, детекторов знака сигнала 8 и 9, интегратора 10 и ограничителя амплитуды 11. Контур Д формирования отрицательного сигнала3 ввй управления имеет аналогичный состав,Изобретение относится к приборостроению и средствам автоматизации,реализует трехпозиционный закон регулирования и может быть использовано в системах с различными исполнительными органами.Цель изобретения - улучшение динамических характеристик трехпозиционного регулятора и повышение егостатической точности, ЮНа чертеже изображена структурнаясхема трехпозиционного регулятора.Регулятор состоит из измерителярассогласования 1 и двух контуров,,один из которых формирует положительный сигнал управления, а второй -отрицательный. Выходом регулятораявляется выход управляющего сумматора 2.Контур формирования положительного 20сигнала управления состоит из трехсумматоров 3, 4 и 5, первого управляющего компаратора 6, первого компаратора задержки 7, детекторов знака сигнала 8 и 9, первого интегратора 10 и йервого ограничителя амплитуды 11,Контур формирования отрицательного сигнала управления состоит из трехсумматоров 12, 13 и 14, второго управ 30ляющего компаратора 15, второго компаратора задержки 16, вторых детекто. ров знака сигнала 17 и 18, второгоинтегратора 19 и второго ограничителя амплитуды 20. Первый управляющий 35компаратор имеет следующую рабочуюхарактеристику его выходной сигналравен +1, если его входное напряжение больше некоторого положительного значения, определяющего зонунечувствительности, его выходнойсигнал равен О, если его входное напряжение меньше указанного значения.Выходной сигнал первого компаратора задержки 7 принимает значение +1.Коэффициенты усиления по входам сумматора 4 и характеристика компаратора задержки 7 выбраны такими, чтобыпри нулевом выходном сигнале первого интегратора 10 положительный (+1) 50выходной сигнал управляющего компаратора 6 переводил компаратор задержки 7 в положение +1, Гистерезиснаяхарактеристика обеспечивает сохранение (задержку) на выходе компаратора 55задержки 7 сигнала +1 при значениивыходных сигналов интегратора 10,равном -1, и компаратора 6, равном+1, а при выходном сигнале интегратора 10, равном - 1, и выходном сигнале управляющего компаратора б, равном О, на выходе компаратора задержки 7 появляется сигнал -1.Детекторы сигнала 8 и 9 обладают тем свойством, что один (8) пропускает сигнал положительйого знака, а другой (9) - отрицательного для последующего суммирования с различными коэффициентами на сумматоре 5. В качестве интегратора 10 применяется обычный инвертирующий интегратор.Для ограничения выходного сигнала инте-гратора 10 на уровнях 0 и -1 в его обратную связь включен первый ограничитель амплитуды 11, который начинает проводить ток только при превышении выходного сигнала интегратора 10 заданных уровней 0 или -1. Выходной сигнал второго управляющего компаратора 15 принимает значение О, если его входной сигнал больше некоторого отрицательного порога нечувствительности, и значение -1, если входной сигнал меньше этого порога.Выходной сигнал второго компаратора задержки 16 принимает значения +1. Коэффициенты усиления по входам сумматора 13 и характеристики компаратора задержки 16 выбраны такими,чтобы при нулевом значении выходного сигнала второго интегратора 19 отрицательный выходной сигнал управляющего компаратора 15 переводил компара" тор задержки 16 в положение -1,Гистереэисная характеристика обеспечивает сохранение на выходе компаратора задержки 16 сигнал -1 при значении выходного сигнала интегратора 19, равном +1, и выходе управляющего компаратора 15, равном -1, При выходном сигнале интегратора 19, равном +1, и выходном сигнале 0 управляющего компаратора 15 на выходе компаратора задержки 16 появляется сигнал +1.Детекторы знака сигнала 17 и 18 работают аналогично первым. В качестве второго интегратора 19 применен инвертирующий интегратор. Для ограничения выходного сигнала интегратора 19 уровнями О или +1 в обратную связь интегратора включен второй ограничитель амплитуды 20, который начинает проводить ток только при превышении выхода интегратора заданных уровней 0 или +1.В замкнутой системе управления регулятор работает следующим образом. Если сигнал рассогласования равен нулю, то регулятор находится в исходном состоянии, т.е, выходные сигналы 5 управляющих компараторов 6 и 15 равны нулю, а следовательно, и выходной сигнал управляющего сумматора 2 равен нулю, Первый компаратор задержки 7 находится в положении -1, второй компаратор задержки в положении +1, выходные сигналы обеих интеграторов равны нулю. Если перечисленные блоки не находятся в исходном состоянии, то они придут в него не дольше,чем за период модуляции.Пусть с измерителя рассогласования 1 подается сигнал положительного знака, превышающий зону нечувствительности компаратора 6. Компаратор 20 6 переходит в положение +1, т.е. на его выходе появляется сигнал +1, На выходе управляющего сумматора 2 так-. же появляется сигнал +1. Одновременно, первый компаратор задержки 7 перебрасывается в положение +1. После этого выходной сигнал первого интегратора 10 начинает линейноизменяться в отрицательном направлении. Если сигнал рассогласования был небольшим, то через некоторое время, пропорциональное сигналу рассогласования, уменьшающийся выходной сигнал с первого интегратора 10 сравнивается по величине с сигналом рассогласо вания, и компаратор 6 перейдет в нулевое положение, при этом выходной сигнал регулятора также станет равным нулю. Выходной сигнал интегратора 10 будет продолжать уменьшаться до зна чения -1 в течение времени, равном периоду модуляции. Выходной сигнал интегратора 10, равный -1, перебрасывает компаратор задержки 7 в положение -1, и интегратор 10 быстро (с 35 малой постоянной времени из-за большого коэффициента усиления по второму входу сумматора 5, соединенного с выходом детектора 9) вернется в ну левое состояние. Если сигнал рассогласования остался, то весь процесс повторяется..Таким образом регулятор реализует процесс широтно-импульсной модуля 55 ции выходного сигнала регулятора, заключающийся в том, что через каждый фиксированный период времени на выходе регулятора появляется управляющий сигнал постоянной амплитуды, длительность которого пропорциональна рассогласованиюВ общем случае возможны три режима работы регулятора: рассогласование меньше зоны нечувствительности - выходной сигнал равен нулю; рассогласование меньше предельного - каждый период на выходе регулятора формируются импульсы управления, длительность которых пропорциональна рассогласованию; рассогласование больше предельного (сигнал -1 с интегратора 10 не может перебросить компаратор 6 в положении О) - на выходе регулятора непрерывный управляющий сигнал.Блок формирования отрицательного сигнала управления состоит из элементов: 12, 15, 13, 16, 17, 18, 14, 19, 20 и работает аналогично при отрицательном рассогласованин.Как видно из структуры регулятора, в ряде случаев нет нужды в применении управляющего сумматора 2, уста- новленного на входе интегрального исполнительного органа. В этом случае управляющие компараторы 6 и 15 могут непосредственно включить соответствующие исполнительнье органы противоположного действия, например нагреватель-холодильник или осушительувлажнитель. Отсюда одним из существенных преимуществ регулятора является возможность осуществлять для каждого исполнительного органа отдельно настройку своих оптимальных значений: периода модуляции, эоны нечувствительности, зоны пропорциональной широтно-импульсной модуляции. За счет этого даже при весьма разнородных и несимметричных исполнительных органах возможно получение высококачественного управления.Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения сос" тоит в том, что системы управления, оснащенные описанным регулятором, поддерживают управляемый параметр на заданном уровне с ошибкой в 1,5-2 раза меньшей по сравнению с известными регуляторами.Формула изобретенияТрехпозиционный регулятор, содержащий измеритель рассогласования, выход которого через последовательно включенные первый сумматор и первый управляющий компаратор соединен с первым входом управляющего суммато1290250 Составитель Е, ВласовТехред М.Ходанич Корректор А, Ильин Редактор А, Гулька Тираж 885 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Заказ 7897/43 Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 ра, а через последовательно включенные второй сумматор и второй управляющий компаратор - с вторым входом управляющего сумматора, выход которого является выходом регулятора, аУтакже первый интегратор, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик и повышения стаО тической точности трехпозиционного регулятора, он дополнительно содержит второй интегратор, третий, четвертый, пятый и шестой сумматоры, первый и второй компараторы задержки, 15 первый и второй ограничители амплитуды, первый, второй, третий и четвертый детекторы знака сигнала, причем вход первого компаратора задержки соединен с выходом третьего сумматора, первый вход которого подключен к выходу управляющего компаратора, а второй вход - к выходу первого интегратора, выход первого компаратора задержки через параллельно вклю 25 ченные инверсно друг к другу первый и второй детекторы знака сигналаподключен соответственно к первомуи второму входам четвертого сумматора, выход которого соединен с входомпервого интегратора, выход первогоинтегратора через первый ограничитель амплитуды соединен с третьимвходом четвертого сумматора, входвторого компаратора задержки соединенс выходом пятого сумматора, первыйвход которого подключен к выходувторого управляющего компаратора, авторой вход - выходу второго интегратора выход второго компараторазадержки через параллельно включенные инверсно друг к другу третий ичетвертый детекторы знака сигналаподключен соответственно к первому ивторому входам шестого сумматора,выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которогочерез второй ограничитель амплитудысоединен с третьим входом шестогосумматора, в.ход второго интегратора соединен с вторым входом второгосумматора.