Устройство для формирования управляющего воздействия

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 130278 (21) 2578269/18-24с присоединением заявки йо(51)М. Кл з С 05 В 11/01 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 250780(71) Заявитель Воронежский технологический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗ ДЕ ЙСТ ВИ ЯИзобретение относится к области автоматики, а именно к системам автоматического регулирования химико- технологическими процессами с помощью регуляторов с переменной структурой .Известен регулятор, структура которого во время переходного процесса скачком изменяеся с целью улучшения качества и повышения динамической точности системы 1 .Известный регулятор не обладает высокой надежностью, так как дифференциатор, применяющийся в нем, вы дает сигнал недостаточной величины при медленном изменении регулируемой величины. При этом система автоматического регулирования оказывается нечувствительной к увеличению сигна ла ошибки.В этом регуляторе переключение структуры системы осуществляется в зависимости от знака сумзы производной модуля сигнала сшибки системы и 25 модуля сшибки система, взятого с некоторым коэффициентом.Из известных устройств для форми рования управляющего воздействия, осуществляющего переключение структурй сйстеьы,автоматического регулирования, наиболее близким по технической сущности является устройство,содержащее последовательно соединенные выпрямитель сигнала сшибки, первый дифференциатор, первый сумматори релейный усилитель, выход выпрямителя через первый масштабирующийблок соединен со вторым входом первого сумматора, через последовательно соединенные второй дифференциатор и второй сумматор - со вторымвходом первого дифференциатора, .через второй масштабирующий блоксо вторым входом второго сумматора,а через пороговый блок - со вторымвходом второго дифференциатора и третьим входом первого дифференциатора 2,Недостатком известного устройства являются недостаточная точность, надежность устройства, Кроме тогО, для Формирования пропорционально-интегрально-дифференциального алгоритма регулирования необходимо в регуляторе иметь еще один дифференциатор сиг. нала ошибки системы, который, выдает дифференциальную составляющую регулирующего воздействия с большой динамическ ой оши бк ой .Цель изобретения - повышения точности, надежности и расширение функ,циональных возможностей устройства,Это достигается тем, что в известное устройство для формиронания управляющего ноздействия дополнительно введены третий дифференциатор, последовательно соединенные третий масштабирующий блок, третий сумматор и элеьант И и последовательно соединенные усилитель и переключатель, второй вход которого соединен с первым входом первого сумматора и через элемент И - с четвертым входом первого дифференциатора, пятый вход которого соединен с ныходом третьего сумматора, а первый - со входом третьего масштабирующего блока и через третий дифференциатор - со вторым входом третьего сумматора, нход выпрямителя соединен со входом усилителя, а второй вход третьего дифференциатора - с выходом порогового блокаНа фиг. 1 представлена структурНая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - графики, иллюстрирующиеего работу.Устройс тво сост ои т и э ныпр ямит еля 1 сигнала ошибки, первого дифференциатора 2, первого сумматора 3, релейного усилителя 4, первого масштабирующего блока 5, второго дифференциатора б, второго сумматора 7, второго масштабирующего блока 8, порогового блока 9, третьего дифференциатора 10, третьего сумматора 11, третьего масштабирующего блока 12, усилителя 13, элемента 14 И, переключателя 15.На фиг. 2 по оси обсцисс отложено время, а по оси ординат: 6 - сигнал ошибки система (кривая 1) 1 И - модуль сигнала сшибки (кривая 2); Х 1, ХЕ, Хл - выходные сигналы первого, второго и третьего дифференциаторав соответственно (криные 3, 4, 5);114 - ВыхОднОй сигнал пороГОВОГО блО- ка (кривая б);- выходной сигнал усилителя 13 (кривая 7); (1 б - выходной сигнал элемента 14 И (кривая 8); Ч Чл - выходные сигналы второго и третьего сумматоров (кривые 9 и 10);выходной сигнал релейного усилителя 4 (кривая 11); Е 8 - дифференциальная составляющая регулирующего воздействия (кривая 12); 6 - идеаль. ная производная сигнала сшибки (кривая 13) .Устройство работает следующим образомм.На сумматорах 3, 7, 11 реализуют" ся следующие функции переключения Ч 3Ч 2 ф фЗЧ,= Кп,Е + Х,1Ч 2= КП 6 + Хг 1Чз= "пз+ Хъ: ГДЕ КЛ л КЛ 2КЛЗ - КОЭффИЦИЕНтЫ УСИления масштабирующих блоков 5,8 и 12.дуфференциаторы 2, б и 10 форми5 р от сигналы Х 1 , Х 2, Хэ в соответствии с уравнениямиТи Х 1+ Х = Тл Ю 1Тл Х 2 + Хд = Тл 2 ЮТлз ХЗ+ Уз -- ТлзО где Ю=а 1 с 11 а, т, т т, - постоянные времени днфференциаторон, которые сигналом порогового блока 9 переключаются в соответствии с алгоритмом15 Тм = Тлг = Тлз =ро при 1 ЧН 1(1)Тлй Т 2 1 Тлэ ТЗ при 1 Я) ян 1где ЧНпорог срабатывания порогового блока;Т , ТЗ - кон ечные э н ачени я посто 20янных времени второго итретьего дифференциаторон,При )с,1) с 1 н параметр первого днффеРенциатора Тл, пеРеключаетсЯ сигналами Ч, Чз и Х 1 н соответствии с алгоритмомтлс=р 0 при Ч) с(н 1 сэ) сн 1 (3)Тл - Т 11 при сс с 1 н)с 1 з) с 1 н, (4)т л 1 = та при сс- снс)с н,т,: 11 з при с)с с 1 н,с,с-с.,1,(б)ЗО где Т, Т, Т 1 з - конечйые значенияпостоянной времениперв ого дифференциатора,Выходные сигналы устройства р35 и Е 8 формируются под действием сигналон Ч 1 и Е в соответствии с алгоритмом(1 = 1,0 при Ч(7)Ор = 0 при Ч 1 с Ч (8)ф) Е 8 =Х 3 при ЕЧн (9)Е 8 = Х 1 при Е = Чн (10)Е 8 = 0 при Ч) ( Чн (11)Такое переключение структуры дифференциаторов позволяет удовлетворитьь требованиям, предъявляемым кустройству, что иллюстрируется графиками, показанными на фиг, 2 в частном случае, когда Кл -- 0 и Ч Е Х 1При нарастании ошибки система параметры всех дифференциаторон, согласно (1), бесконечно большие величины,поэтому Х 1 = ХЕ = ХЕ =6) , что обеспечивает наивысшую чувствительностьблоков устройства. В момент времени11 сигнал Е достигает порогового55 значеииЯ Чн, пРи этом сРабатываетРелейный усилитель 4 и пороговый блок9, их выходные сигналы Ор (согласно(7 н 04 принимают постоянные значения (кривые 11 и 5 соответственно).до Сигнал 04 согласно (2), вызывает переключение второго и третьего диффе-.реициаторов на конечные постоянныевремени Т и Тл,В момент времени 1 условие (3)5 сменяется условием (4) и параметрдиФференцирования ч переключается на значение Тп, а н момент времени С Функция переключения удовлетворяет условию (5) и.параметр дифференцирования Т переключается на значение Т,1 (Т с Т, ), что обеспечинает 5 более точное дифференцирование сигналаЕ , В момент вермени 1 выполняется условие (8) и сигнал 1)с, обращается в нуль, что точно совпадает с моментом 1 инвертирования знака идеальной .производной(кривая 13) .В момент временивыполняется условие (6), элемент 14 И выдает сигнал (16 , который переключает параметр дифференцирования тпрр на конечное значение Т,з (Т,зТ), что обеспечивает более точное дифференцирование. сигнала модуля ошибки Е в интервале временис 1 с 1, В момент времени 1 пороговый блок 9 реагирует на уменьшение сигнала 6 ниже порога срабатывания, при этом 1)4 = 0 и, согласно (1) , параметры всех дифференциаторов снова принимают бесконечно большие значения, они подготавливаются к новому циклу дифференцирования, ко торый начинается в момент времени 17 при новом увеличении сигналаС .Сигнал дифференциальной состанляющей регулирующего воздействия Е 8 формируется следующим образом, В ин- ЗО тернале времени 11 с 1 с 16 он совпадает с сигналом У согласно (9), а н интервале времени 1 с 1 с 18 равен нулю сОгласно (11)В момент времениусилитель 13 выдает сигнал Б, 35 под в ли яни ем к от срого переключатель 15 инвертирует знак сигнала У 1 на ныходе согласно (10)Таким образом сигнал Е 8 воспроизводит сигнал идеальной производной ( более точно, 4 О чем это выполняет пассивный дифференциатор,Использование изобретения позволяет получить экономический эффект в размере 500 руб. в год. 45 формула изобретенияУстройство для Формирования управляющего воздействия, содержащее последовательно соединенные выпрямитель, первый дифференциатор, первый сумматор и релейный усилитель,выход выпрямителя через первый масштабирующий блок соединен со вторым входом первого сумматора, через последонательно соединенные второй дифференциатор и нторой сумматор - со вторым входом первого дифференциатора, через второй масштабирующий блок - со вторым входом второго сумматора, а через пороговый блок - со вторым входом второго дифференциатора и третьим входом первого дифференциатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что,с целью повышения точности, надежности и расширения функциональных воэможностей,устройства. оно содержит третий дифференциатор,последовательно соединенные третий масштабирующий блок, третий сумматор и элемент И и последовательно соединенные усилитель и переключатель, второй вход которого соединен с первым входом первого сумматора и через элемент И - с четвертым входом первого дифференциатора, пятый вход кторого соединен с выходом третьего сумматора, а первый со входом третьего масштабирующего блока и через третий дифференциаторсо вторым входом третьего сумматора, вход выпрямителя соединен со входом усилителя,а второй вход третьего дифференциатора - с выходом порогового блока. Источники информации,принятые но внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 429413, кл, 6 05 В 11/14, 1974.2. Авторское свидетельство СССРР 580546, кл. С 05 В 13/02, 1977