Цифровой регулятор

Союз Советсиик Социалистинеских РеспубликОписАние ИЗОБРЕТЕНИЯ пи 732810 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кл 2 С 05 В 11/26 Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытий(54) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР 10 Изобретение относится к вычььс-лительной технике и может быть использовано для формирования нелинейного закона управления в системахавтоматического управления,Известны цифровые регуляторы1) и 2) .Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяцифровой регулятор, содержащий преобразователь входного сигнала, входкоторого соединен с выходом датчикасигнала, а первый выход - с первымвходом первого элемента И, выходвторого элемента И подключен черезтриггер ко входу усилителя 2,Недостаток этого регулятора малая надежность работы,Цель изобретения - повышение надежности регулятора.Цель достигается тем, что в иэ - вестный цифровой регулятор введены блок переключения управляющего сигнала, генератор, счетчик, элемент 25 Фиксации переполнения счетчика, арифметический блок и Формирователь сигнала перезаписи, первый вход которого соединен со вторым выходом преобразователя входного сигнала, с пер выми входами арифметического блокаи блока переключения управляющегосигнала, второй вход - с третьим выходом преобразователя входного сигнала, а выход - с первым входом второго элемента И, второй вход блокапереключения управляющего сигналаподключен к выходу арифметическогоблока, третий вход - через элементфиксации переполнения счетчика кпервому выходу счетчика, а выходко второму входу второго элемента И,второй выход и вход счетчика соединен соответственно со вторым входомарифметического блока и с выходомпервого элемента И, ко второму входукоторого подключен выход генератора. На фиг,1 представлена функциональная схема цифрового регулятора; на фиг,2 в :временные диаграммы работы преобразователя входных сигналов цицифрового регулятора.Цифровой регулятор включает преобразователь 1 входных сигналов генератор 2, первый элемент И Э, счетчик 4, элемент 5 фиксации переполнения счетчика 5, арифметический блок б, блок 7 переключения управляющего,сигнала, Формирователь 8сигнала перезаписи, триггер 9,усилитель 10, второй элемент И 11,датчик 12 сигнала. Показаны такжесигнал на входе 13 преобразователя входных сигналов, сигналы напервом, втором и третьем выходах14, 15 и 16 преобразователя входных сигналов,На первом выходе 14 преобразователя 1 входного сигнала выделяетсясигнал разности между длительностьюсигнала задания номинала с периодом10сигнала входного датчика 12. Навторомвыходе 15 преобразователя 1формируется сигнал знака отклонениярегулируемой величины от номинала.На третьем выходе 16 преобразователя 1 формируется сигнал такта работы цифрового регулятора, определяемый частотой входных импульсов,При большом отклонении регулируемой величины от заданной (режим старта и смены уровней задания) счетчик4 переполняется, срабатывает элемент5 фиксации переполнения счетчика исигнал на выходе блока 7 переключения уПравляющего сигнала вырабатывается только в Функции знака отклонения регулируемой величины от номинала (второй выход 15 преобразователя 1).В случае движения системы регулирования в автоколебательном режиме ЗОоколо номинала (основной режим работы регулятора) переполнения счетчика4 не происходит и выходной сигналрегулятора формируется арифметическимблоком 6. Алгоритм работы регулятора можно записать следующимобразом:мц 51 р 9(ьт 1 ч, (пт 11 1)40где у(1) - сигнал на выходе усилителя 10;уппТ) - цифровое значение пропорциональной составляющейзакона управления в и-ном 45цикле;у" 1 пТ) " цифровое значение дифференциальной составляющейзакона управления в и-номцикле. 5 ОВ применении к Формируемым в регуляторе сигналам, алгоритм работы можно записать так:(2)Р 60 где ЬТ, ,ьТл - временные интервалы,анакопеременные, характеризующие разностьмежду длительностьюсигнала задания номи нала и периодом сигнала входного датчика 12 в и-ом и ви-ом циклах;й - частота кварцевогокв,гЕигенератора 2.Регулятор работает следующим образом.Пусть в некоторый момент времени на вход преобразователя 1 входного сигнала поступает сигнал 13 с датчика 12. На первом выходе преобразова" теля 1 входного сигнала через интервал времени, определяемый длительностью сигнала задания номинала, выде. ляется сигнал 14 разности между длительностью сигнала задания номинала и периодом сигнала датчика 12. Производя логическое перемножение сигнала 14 и сигнала с кварцевого генератора 2 посредством первого элемента И 3, в счетчике 4 получаем цифровое значение отклонения регулируемой величины от номинала - эначение ( а Така,ген )Код числа ЫГьквген)%передается иэ счетчика 4 в арифметический блок 6, в котором производятся операции по алгоритму уравнения (2), причем цифровое значение ьТпГ )" в памяти арифметического блока 6 сохраняется от предыдущего цикла вычисления, Поскольку счетчик 4 не был переполнен, то сигнал на выходе блока 7 переключения управляющего сигнала вырабатывается в Функции знака от преобразования по уравнению (2) согласно выходному сигналу арифметического блока 6. Если в данном цикле вычисления закона управления отклонения Т и аТ.( имеют один и тот же знак, т.е. сигнал 15 на втором выходе преобразователя 1 не изменяется, то сигнал (тактовый импульс) 16 с третьего выхода преобразователя 1 проходит через Формирователь 8 сигнала перезаписи, разрешая изменение (подтверждение) состояния триггера 9 согласно сигналу с блокапереключения управляющего сигнала. Если же в данном цикле вычисления закона управления знаки отклоненийаТ, и аТразличны, то тактовый импульс 16 с третьего выхода преобразователя 1 не проходит через Формирователь 8 сигнала перезаписи и переключения триггера 9 не происходит. Необходимость включения в регулятор Формирователя 8 сигнала перезаписи обусловлена тем, что в момент перехода регулируемой величины через номинал первая разность,вычисляемая согласно уравнению (2), может иметь любой знак и величину, поскольку ЬТп Хвд 1 вычисляется после прохождения номинала, а ЬТь- Йкв.ген) до номинала, и по абсолютной величине эти значения могут быть любыми, Введение данного, запрета на переключе - ние выходного сигнала регулятора неоказывает влияния на Формируемый закон управления при правильном выборе периода повторения процессов вычисления в регуляторе.Из временных диаграмм Фиг,2, уравнения (2) и описания работы регул тора видно, что процессы в регуя:ляторе непрерывно повторяются и ха,рактеризуются некоторым временем цикла, который можно характеризовать как период дискретности вычисления закона управления, Каждый цикл можно условно разделить на две части, причем в первой половине цикла производится замер и представление в цифровом коде отклонения регулируемой величины от номинала, а во второй половине - формирование в арифметическом блоке 6 управляющего сигнала по алгоритму уравнения (2) и переключение выходных элементов регулятора, Процесс записи в счетчике 4 числа ать йкв.ген 3"повторяется с каждым третьим импульсом с датчика ,12 сигнала, причем перед каждым заполнением счетчик 4 сбрасывается в нуль. Изобретение может успешно заменить вычислительные устройства авто- колебательных систем управления, работающие с непрерывными датчиками входного сигнала и требующие для повышения качества колебательного процесса введения производной в закон регулирования, Это позволяет устранить ряд серьезных недостатков,присущих датчикам непрерывного сигнала, получить большие точности задания .номинала и существенно повысить надежность работы регулятора. Формула изобретенияцифровой регулятор, содержащийпреобразователь входного сигнала,вход которого соединен с выходомдатчика сигнала, а первый выходс первым входом первого элемента И,выход второгО элемента И подключенчерез триггер ко входу усилителя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что3с целью повюения надежности регулятора, он содержит блок переключения управляющего сигнала, генератор,счетчик, элемент Фиксации переполнения счетчика, арифметический блоки Формирователь сигнала перезаписи,первый вход которого соединен совторым выходом преобразователя входного сигнала, с первыми входамиарифметического блока и блока переключения управляющего сигнала, второйвход - с третьим выходом преобразователя входного сигнала, а выход -с нервьм входом второго элемента ,второй вход блока переключения управляющего сигнала подключен к выходуарифметического блока, третий входчерез элемент фиксации переполнениясчетчика к первому выходу счетчика,а выход - ко второму входу второгоэлемента И, второй выход и входсчетчика соединены соответственносо вторым входом арифметическогоблока и с выходом первого элемента И,ко второму входу которого подключенвыход генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США 93593097,кл.318-696,24.06.69.2. Патент США 93599154,кл.318-696,19.03.70 (прототип) .Редактор З,Шубенко Корректор В.Бутяга Подписное Филиал ППП Патент, г. Уагород, ул . Проектная, 4 Заказ 152/9 Тирам 956 ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5