Регулятор

(57)тиче автома- едназна- енного чено ГОСУДАРСТВЕКНЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕПЬСТ 4207778/24-2413.01.8715.04,89. Бюл. 9 14Всесоюзный сельскохозяйственныйтут заочного образованияЛ.П.Шичков и В,М.Поляков62.50 (088.8)Авторское свидетельство413, кл. С 05 0 23/19,торское свидетельство С8970, кл. С 05 Р 23/19,тников В.С, Интегральнаа в измерительных устронергия, с. 174, 1980.РЕГУЛЯТОРИзобретение относится ккому регулированию и прдля поддержания определ параметра в заданных пределах, в .частности температуры, влажности ит.п. Целью изобретения является повьпдение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что регулятор содержит источник 1 питания,измерительныймост 2, датчик 3; задатчик 4, нормирующий усилитель 5,операционный усилитель 6 с резистивной отрицательной 7 и дифференцирующей 8 обратными связями, испслнительный орган 9, объект 10 управления,первый 11 и второй 12 диоды, первую13 и вторую 14 КС-цепи, состоящиеиз полевых транзисторов 15, 16, 18,19 и конденсаторов 17, 20, аналоговый переключатель 21 на КМОП-парахтранзисторов 22 и 23. 2 ил.Изобретение относится к автоматическому регулированию и предназначено для поддержания определенного параметра в заданных пределах, в частности температуры, и может быть использовано в регуляторах температуры,влажности, давления и т,п.ЦелЬю изобретения является повышение точности регулятора. 1 ОНа фиг,1 представлена схема регулятора; на фиг.2 а - временная. диаграмма работы регулятора в переходныхрежимах без перерегулирования; ,нафиг.2 б - то же, с перерегулированием. 15Регулятор содержит источник 1питания, измерительный мост 2, датчик 3, задатчик 4, нормирующий усилитель 5, операционный усилитель 6 срезистивной отрицательной обратной .20связью 7 и дифференцирующей положительной обратной связью 8, исполнительный орган 9, объект 10 управления, первый 11 и второй 12 диоды,первую 13 и вторую 14 КС-цепи, одна 25из которых содержит и-канальные по-левые транзисторы 15, 16 и конденсатор 17, а другая - р-канальные полевые транзисторы 18, 19 и конденсатор20, а также аналоговый переключатель 3021 на КМОП-транзисторах 22 и 23, образованных и-канальными транзистора"ми 24, 25 и р-канальными транзисторали 26, 27.Устройство работает следующим образом,Сигнал рассогласования между датчиком 3 и задатчиком 4 с измерительного моста 1 усиливается, формируется 40формирующим усилителем 5 и поступает на вход усилителя 6, Усилитель 6 построен по принципу генерирующего нуль-органа, охваченного дифференцирующей положительной обратной связью 45 8 и резистивной отрицательной обратной связью 7. В таком устройстве импульсы на выходе существуют, пока вы-. ходное напряжение находится в границах линейного участка амплитудной характеристики операционного усилителя.В противном случае на выходе операционного усилителя устанавливается напряжение, соответствующее положительному или отрицательному уровню 55 ограничения. Причем зависимость скважины генерируемых импульсов от приложенного входного напряжения носит широтно-импульсный характер модуляции. При большом уровне рассогласованиясигналов датчика 3 и задатчика 4 снормирующего усилителя 5 на вход усилителя 6 поступает сигнал, соответствующий положительному уровню ограничения (А, периоды С 1 - , фиг.2 а).С выхода усилителя 6 потенциал положительнойполярности черездиод 11 накапливается в конденсаторе 17 КСцепи 13 за счет малого сопротивленияпереходов исток - сток и-канальныхтранзисторов 15 и 16, на затворы которых поступает открывающее их положительное напряжение с измерительноймостовойсхемы 2. При постоянной времени КС-цепи 13, много большей времени переключения усилителя 6, значение тока заряда находится в зависимости от продолжи.епьности нахождения усилителя в уровне ограничения, а также от величины сигналавнешнего возмущения, управляющегосопротивлениями переходов транзисторов 15 и 16. При этом сигнал рассогласования . на входе усилителя 6 ослаблен, так как потенциал положительной полярности КС-цепи 13 через открытый р-канальный ключ 25 аналогового переключателя 21, управляемый,инвертором, собранным на КМОП - тран.зисторах 23, воздействует на инвертирующий вход усилителя 6. Происходит смещение зоны пропорциональностиХ навстречу процессу изменения паРраметра регулирования А (период , -фиг. 2 а),При сигнале рассогласования навходе усилителя 6, достаточном дляперехода усилителя 6 в режим линейного усиления, нуль-орган начинаетгенерировать сигналы ШИМ отрицательной полярности. При этом по мере приближения сигнала рассогласования с .выхода измерительного моста 2 к минимуму сопротивления исток-сток транзисторов 15 и 16 КС-цепи 13 растути конденсатор 17 КС-цепи 13 разряжается за счет токов утечки и черезвходные цепи усилителя 6 (периоды-сэ, фиг.2 а), Действие положительного сигнала рассогласования на входе усилителя 6 уменьшается и при нулевом уровне рассогласования практи"чески прекращается (Сэ, фиг.2 а), т,е.происходит упреждающий "захват" процесса и доведение его до нового заданного значения. При сигнале рассогласования на входе усилителя 6, соот 1472884ветствующем отрицательному уровнюего ограничения, при котором сигналрассогласования на выходе измерительной мостовой схемы меняет свой знакна обратный, он закрывает транзисто 5ры 15 и 16 КС-цепи 13, сопротивленияпереходов которых велики; и открывает транзисторы 18 и 19, сопротивлениякоторых уменьшаются (А, периодфиг,2 а), Механизм работы регулятора аналогичен рассмотренному. Приэтом "захват" (период-, фиг.2 а)и доведение процесса до нового значения (период -, фиг,2 а) происходят 15при заряде конденсатора 20 КС-цепи14 через развязывающий диод 12 и открытые переходы транзисторов 18 и 19.При скорости нарастания возмущающего воздействия больше оптимальной(фиг,2 б), при которой периоды следования импульсов ШИМ равны, возможно перерегулирование процесса. При этомсигнал рассогласования на выходе нормирующего усилителя 5 и измерительной 25 мостовой схемы 2 меняет знак и становится отрицательными (-Т,фиг.2 б). Переходы п-канальных транзисторов 15 и 16 КС-цепи 13 закрывается, и их сопротивления велики, ар-канальных транзисторов 18 и 19иКС-цепи 14 открываются, и их сопротивления уменьшаются пропорционально величине отрицательного сигнала рассогласования. Импульсы отрицательной полярности с выхода усилителя 6 35 накапливаются через развязывающий диод 12 в конденсаторе 20 КС-цепи14, Потенциал отрицательной полярности с выхода КС-цепи 14 воздействует на неинвертирующий вход усилителя 6 40 через открытый и"канальный транзистор : 24 аналогового переключателя 21, управляемыйинвертором 23, на входкоторого такжепоступает потенциал отрицательной полярности с выхода измерительного моста 2. При этом сигнал рассогласования на входе усилителя 5 усиливает. ся, зона пропорциональности Хр смещается от процесса регулирования в нужную сторону и на необходимое значение эа счет изменения сопротивлений открытых р-канальных транзисторов 18 и 19 КС-цепи 14 и за счет изменения времени нахождейия усилителя 6 в от,рицательном уровне ограничения (пе риод Г - с, фиг.2 б). По мере приближения уровня рассогласования на выходах измерительного моста 2 и нормирующего усилителя 5 к минимальному значению действие отрицательного сигнала рассогласования на усилителе 6 уменьшается за счет увеличения сопротивлений переходов р-канальных я. транзисторов 18 и 19 КС-цепи 14 и за счет разряда конденсатора 20 при ну-. левом сигнале рассогласования практически прекращается (период фиг.2 б),При сигнале рассогласования на входе усилителя 6, соответствующем отрицательному уровню ограничения (А, фиг.2 б), механизм работы регулятора при перерегулировании аналогичен рассмотренному, При этом "захват" и доведение процесса до нового значения происходит в периоды С (фиг,2 б). Если потенциалы на выходе КС-цепей 13 и 14 равны,и противоположны по знаку, то демпфирую" щие звенья в зарактере генерирования импульсов ШИМ не участвуют,Формула и э обретенияРегулятор, содержащий измерительный мост, в плечи которого включены датчик и задатчик, выход которогосоединен с входом нормирующего усилителя, соединенного выходом с неинвертирующим входом операционного усилителя с отрицательной и положительной обратными связями, выход которого соединен с входом исполнительного органа и через первый и второй встречно-параллельно включенные диоды - соответственно с первой и второй КС-цепями, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, в него введен аналоговый переключатель, управляющий вход которого соединен с управляющим входом КС-цепей и с входом нормирующвго усилителя, аналоговый вход переключения соединен с выходом первой и второй КС-цепей, первый и второй аналоговые выходы переключателя соединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами операционного усилителя.1472884 Я нХр Хр ОРЯ ректор л.Пилипенко ор И.Рыбченк КНТ СССР тения ская роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,10 Заказ 17 10/4 ВНИИПИ Госуд Составитель В.БеляковТехре М.Дидык Тираж 788 ственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Ра