Пропорционально-интегральныйрегулятор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 1207.79 (21) 2796286/18-24с присоединением заявки йо(51)м. к,. 6 05 В 13/02 Государственный комитет СССР по делан изобретений и открытийОпубликовано 230581. Бюллетень Мо 19 И) ПЖ 62-50088.8) Дата опубликования описания 250581(71) Заявител Киевский ордена Ленина им,50-летия Великой Ок во юции(54) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР как следствие, системы автоматического регулирования на основе пропорционально-интегральных регуляторов5не могут обеспечить стабильного качества регулирования при различныхкомбинациях величины рассогласования,скорости ее изменения и настроечныхпараметров регулятора, возникающихв процессе работы системы,Наиболее близким к предлагаемомуявляется пропорционально-интегральный регулятор, содержащий первыйсчетчик импульсов, блок управления, .цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с первым входом сумматора, и последовательносоединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и делитель частоты, причем выход усилителя подклю 2 О чен к первому входу сумматора, второйвход которого соединен с выходомцифроаналогового преобразователя 21 .В известномрегуляторе входнойсигнал рассогласования усиливается,преобразуется в количество импульсов,которое делится на заданный коэффициент настройки интегральной составляющей регулятора и алгебраическискладывается.в счетчике. Выходной30 код счетчика преобразуется ЦАП в ан а Изобретение относится к устройствам автоматического управления и регулирования объектов с самовыравниванием и может быть использовано для высококачественного регулирования температурного режима электро- печей.Известен пропорционально-интеграль ный регулятор для управления и регулирования объектов с самовыравниванием, содержащий усилитель сигнала рассогласования, интегратор,.узел настройки интегральной составляющей и выходной сумматор, обеспечивающий отработку возмущений без статической ошибки Ц .Однако переходной процесс при этом имеет низкие качественные показатели, причем уменьшение времени переходного процесса приводит к колебаниям выходной величины со значительны перерегулированием, а уменьшение перерегулирования вызывает затягивание переходного процесса по времени. В общем случае качество процесса регулирования при отработке возмущений таким регулятором зависит от точности настройки параметров регулятсра, определяемых величиной входного сигнала и скоростью его изменения, и,па и А.Б. Тт олитехнический йййтйЧ;ут; брьской социалислоговую величину и складывается навыходном сумматоре с выходным сигналом усилителя.Однако качество регулирования ибыстродействие данного регулятора остается невысоким, так как по-прежнему зависит от величины входного рассогласования, от скорости измененияэтого рассогласования и соответствующих коэффициентов настройки регулятора.МОЦель изобретения - повышение быст- .родействия регулятора.Поставленная цель достигается тем,что в регулятор введены второй счетчик импульсов, нуль-орган, элемент2 И-ИЛИ и блок ключей, выходы которого подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя,а входы - к соответствующим разрядным выходам первого счетчика импульсов и входам второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первымвходом блока управления, разрядныевыходы - с сотнетствующими входаминуль-органа, счетный вход - с выходоманалого-цифрового преобразователя, а 25управляющий вход - с первым выходомблока управления, причем первый, второй; третий и четвертый выходы элемента 2 И-ИЛИ подключены соответственно к выходу делителя частоты, второмувыходу блока управления, выходу аналого-цифрового преобразователя итретьему выходу блока управления, авыход - к счетному входу первогосчетчика, второй и третий входы блокауправления. соединены соответственнос выходом нуль-органа и вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, а четвертый и пятый выходы - с управляющими входами первого счетчикаимпульсов и блока ключей. 40На фиг. 1 приведена блок-схемапропорционально-интегрального регулятора; на фиг. 2 - функциональная схема реализации блока управления, входящего в состав регулятора. 45Регулятор соцержит усилитель 1,аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 2, делитель 3 частоты, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 4,сумматор 5, первый счетчик б импульсов, блок 7 ключей, элемент 2 И-ИЛИ 8.,блок 9 управления, нуль-орган 10 ивторой счетчик 11 импульсов. Блок управления в свою очередь содержит двухвходовые элементы И 12, 13, 14 и 15,трехвходовой элемент И 16, двухвходовой элемент И-НЕ 17 и триггеры 18и 19,Регулятор работает следующим образом,Перед началом работы блок управления устанавливается в исходное состояние сигналом по входу 4. Возможны дварежима работы; режим отработки малыхрассогласований и режим отработкибольших рассогласований, В режиме от работки малых рассогласований, сигнал ошибки усиливается усилителем 1, преобразуется в число импульсов определенной частоты с помощью АЦП 2 и через делитель 9 частоты (коэффициент деления определяет настройку интегральной составляющей регулятора) и элемент 2 И-ИЛИ 8 поступает на счетный вход первого счетчика б импульсов, выходной код этого счетчика через блок 7 ключей поступает на вход АЦП 4, где преобразуется в аналоговую величину, которая, суммируясь на сумматоре 5 с выходным сигналом усилителя 1, поступает на выход регулятора. Блок управления обеспечивает передачу сигналов через блок 7 ключей и элемент 2 И-ИЛИ от делителя частоты, при этом на втором и пятом выходах блока управления присутствует логическая "1". В начале каждого цикла работы АЦП второй счетчик 11 импульсов сигналами с первого выхода блока управления обнуляют, записывают в него код с разрядных выходов первого счетчика б импульсов и сосчитывают его импульсами рассогласЬ- вания с выхода АЦП, Если количество импульсов меньше числа, записанного в первом счетчике б, т.е. счетчик не сосчитывает до нуля, то это значит, что рассогласование малое и следующий цикл работы АЦП регулятор будет работать в прежнем режиме,Если же в каком-то цикле работы АЦП количество импульсов рассогласования станет больше числа записанного в счетчике, то на выходе счетчика появится импульс, который пройдет через элемент И 16 в блоке управления и перебросит триггеры 19 и 18 в единичное состояние, при этом блок ключей размыкает выход счетчика б импульсов от входа ЦАП 4 и тем самым исключает из выходного сигнала регулятора интегральную составляющую. Регулятор переходит,в режим отработки большого рассогласования. Посредством блока 9 управления элемент 2 И-ИЛИ 8 отключает счетный вход первого счетчика импульсов от выхода делителя частоты и подключает к Лему выход АЦП 2, при этом первый счетчик играет роль запоминающего устрой;ства величины рассогласования. В этом режиме блок управления обеспечивает обнуление второго счетчика 11, запись во второй счетчик числа с разрядных выходов первого счетчика б и его обнуление. дальше импульсы рассогласования подсчитывают первый и второй счетчики, Во втором счетчике эти импульсы сосчитывают записанное число. В конце цикла с второго выхода АЦН поступает сигнал опроса на нуль- орган 10 через блок 9 управления.Если величина сигнала рассогласования в настоящем. цикле и в предыдущем окажутся равны, то во втором счетчикеФормула изобретения после сосчитывания будет число равное нулю и нуль-орган выдаст сигнал, который, стробируясь импульсом от ЬЦП на элементе И 12, сбросит триггер 18, при этом закрывается элемент И 13 и запрещает команду на обнуление первого счетчика импульсов.Триггер 18 формирует сигналы на включение блока .7 ключей и запирание элемента 2 И-ИЛИ, поступающие соответственно с пятого и третьего выходовблока 9. При этом второй счетчик 11 переходит в режим сложения и запрещается запись в него числа с разрядных выходов первого счетчика б.Таким образом в дальнейшем выходной сигнал регулятора формируется по сумме сигналов усилителя и постоянного сигнала цифрового накопителя.В этом состоянии регулятора блок управления обеспечивает обнуление второго счетчика 11 и режим прямого 20 счета. В каждом цикле работы АЦП второй счетчик 11 подсчитывает импульсы рассогласования, а нуль-орган 10 оценивает состояние счетчика в конце каждого цикла. И если число импульсов станет равным нулю, сигнал опроса нуль-органа 10 пройдет через элемент И 12, элемент И 14 и сбросит триггер 19. При этом блок 9 управления, следовательно, весь регулятор переключается на режим отработки малых рассогласований. На счетный вход первого счетчика б импульсов через элемент 2 И-ИЛИ с выхода делителя 3 поступает последовательность импульсов. Второй счетчик 11 переходит в режим слежения за соответствием между величиной рассогласования и величиной интегральной составляющей.Предлагаемая последовательность работы регулятора при больших вход ных рассогласованиях позволяет полностью исключить влияние интегральной составляющей на качество отработки возмущений и получить точное значение выходного сигнала регулятора 45 за счет определения на первом этапе работы регулятора требуемого значения интегральной составляющей в тот момент, когда величина рассогласования не изменяется, и сигнал от нуль-органа проходит на блок управления, запоминания ее в первом счетчике импульсов на время между первым и вторым сигналами нуль-органа. Когда же регулируемая величина достигает заданного значения и сигнал рассогласования равен нулю, регулятор переключается на отработку малых рассогласований, т.е. выход делителя подключается ко входу первого счетчика импульсов. 60- Пропорционально-интегральный регулятор позволяет практически исключить взаимосвязь между настроечными параметрами пропорциональной и интегральной составляющих, уменьшить с точностью до статической ошибки зависимость интегральной составляющей от величины входного сигнала рассогласования и скорости его изменения, и, как следствие, получать высокое и стабильное качество переходного процесса,ИспользОвание предлагаемого регулятора в системах автоматического регулирования объектов с самовыравниванием, например электропечей, позволит получить стабильное качество переходного процесса при любых возмущениях с минимальным временем регулирования и отсутствием перерегулирования, что позволяет получить значительный технико-экономический эффект. Пропорционально-интегральный регулятор, ссдержащцй первый счетчик импульсов, блок управления, цифроаналоговый преобразователь и последовательно соединенные усилитель, аналого-цифровой преобразователь и делитель частоты, причем выход усилителя подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора,. в него введены второй счетчик импульсов, нуль-орган, элемент 2 И-ИЛИ и блок ключей, выходы которого подключены к соответствуующим входам цифроаналогового преобразователя, а входы - к соответствующим разрядным выходам первого счетчика импульсов и входам второго счетчика импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления, разрядные выходы - с соответствующими входами нуль-органа, счетный вход - с выходом аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход - с первым выходом блока управления, причем первый, второй, третий и четвертый входы элементы 2 И-ИЛИ подключены соответственно к выходу делителя частоты, второму выходу блока управления, выходу аналого-цифровогопреобразователя и третьему выходу блока управления, а выход - к счетному входу первого счетчика, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходом нуль-органа и вторым выходом аналого-циФровОго преобразователя, а четвертый и пятый выходы - с управляющими входами первого счетчика импульсов и блока ключей. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Круг Е.К. и др, Цифровые регуля=оры. М., "Энергия", 19 бб, с, 429.2. Патент Франции Р 2236224,кл, 0 05 В б/02, 1975 прототип),