Устройство аналогового управления

Сфез СфветскнхСфцналистичеанихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ВТИЛЬСТВУ о 11857927(51)М. Кл с лрисоедииеии (23) Приоритет 6 05 В 11/01 С 05 В 11/36 оеударственныд хомнте СССР яо хеави нзобретеннД н открытндОпубликовано 2308,81. бюллетень Й 9 31 Дата опубликования описания 23. 08. 812) Авторы изобретен ков, И.Г. Дорух н А.В. Кар Ф1 ч 71) Заявител 4 ) УСТРОЙСТВО АНАЛО УПРА 0 Изобретение относится к областиавтоматического управления н может. быть использовано в различных системах автоматического регулирования.Известно устройство с регулируемой передаточной Функцией, содержащееоперационный усилитель, ко входу ивыходу которого подключены низкоомнывпотенциометры, а в цепь обратнойсвязи - пассивная ЯС-цепь с регулируемыми резисторами и конденсаторами 1.Недостатками этого устройства являются низкое входное сопротивление 1и невозможность реализации передаточной функции, соответствующей последовательному соединению форсирукщегои инерционного звеньев.Известно устройство с регулыруемой передаточной Функцией, содержащее пропорциональный, дифференцирующий блоки и операционный усилитель,вход которого через резистор соединенсо входом устройства, а через кондеисатор - с выходом сумматора,подключенного своими входами к выходам операционного усилителя, пропорционального и дифференцирующего блоков 2. 30 Это устройство не позволяет реализовать передаточную Функцию, соответствующую последовательному соединению Форсирующего и инерционного звеньев.Известно также устройство, содержащее операционный усилитель, соединенный своим входом через цепочку последовательно соединенных элементов с регулируевым коэффициентом передачи к конденсатору, параллельно которой включены второй конденсатор и резистор со входом устройства, а через третий конденсатор - со своим выхо" дом, являкхцимся выходом устройства. Это устройство реализует передаточную функцию, соответствующую последовательному соединению Форсирующего и инерционного звеньев 31.Недостатком укаэанного устройства является невозможность регулирования коэффициента передачи и постоянной времени форсирующего звена.Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее операционный усилитель, выход которого соединен с входом первого элемента с регулируежм коэффициентом передачи и является выходом устройства, а вход - с первыми выводами первого конденсатора и двух резисторов, атакже второй и третий элементы с ре. гулируемим коэффициентом передачи. , Укаэанное устройство представляет собой последовательное соединение инерционного и форсирующего звеньев и имеет передаточную Функцию видаЫ(р) -К -- гкТ р+ фдгде р- - оператор дифференцидсрования;Я(р) - передаточная Функцияустройства;К - коэффициент передачиустройстваТ - постоянная времени Форсирующего звена;Т - постоянная времени2инерционного звена.Величины Т,Т 2, К. связаны с пара" м т а ие р м схемы соотношениямиТ: Вс; Т 2 К 2 Йо "с 3 " КЪ фк=К2где К, К, КВ - коэффициенты передачи пеРвого, второго и третьегоэлементов с регулируемым коэффициентом передачи соответственно; 30К - сопротивление резистора во входнойцепи операционногоусилителя;Р - сопротивление в цепи обратной связиоперационного усилителя;с - емкость конденсатора,Коэффициент передачи устройстварегулируется с помощью третьего эле мента с регулируеьвм коэффициентом передачи, постоянная времени инерционного звена - с помощью второго, а постоянная времени форсирующего авена - с помощью первого и тРетьего 4 элементов )4 .Недостатком этого устройства яв-,. ляется отсутствие воэможности разде-. лительного регулирования коэффициента передачи К устройства и постоянной времени Т 4 форсирующего звена, так как в этом устройстве изменение величины К неизбежно ведет к изменению ввличины Т 4Ц ь изобретения - обеспечение воэ жности раздельного регулирования оэффициеита передачи устройства и постоянной времени форсирующего звена, т.е. Расширение Функциональных воэможностей устройства.Поставленная цель достигается 46 тем, что в.устройство введен второй конденсатор, один вывод которого подключен ко входу операционного усилителя, а второй вывод через второй элемент с регулируемым коэффициентои д передачи - к второму выводу первого резистора и к выходу первого элемента с регулируемым коэффициентом передачи, второй вывод первого конденсатора через третий элемент с регулируеьим коэффициентом передачи соединен со входом устройства и со вторым выводом второго резистора.На чертеже представлена структур ная схема предлагаемого устройства.Устройство содержит операционный усилитель 1, три элемента с регулируемым коэффициентом передачи 2,3 и 4, два резистора 5 и б и два конденсатора 7 и 8.Пусть Е , Евщ - сигналы на входе и выходе устройства соответственно, а К , К и К - коэффициенты передачи элементов 2, 3 и 4 соответственно. Тогда сигналы О, 03 и .04 на выходах элементов 2,3 и 4 ойределяются- ЕВХК0 В - ЕВнхКО 4 Евьх, К КУчитывая, что усилитель 1 является операционным (имеет коэффициент усиления без обратной связи порядка десятки - сотни тысяч), сигнал-на его входе можно считать равным нулю. Поэтому токи через резисторы 5 и б и конденсаторы 7 и 8 определяютсяг,1 в=Евл, тфкЭар - ВХРгде 01 ь Зч,38 - токи чеРез резисторы 5 и б и конденсаторы соответственно 7и 8 уй, К - сопротивлениерезисторов .5 и бсоответственноуС ,С - емкость конденсаторов 7 и 8 соответственно.Операционный усилитель имеет очень большое входное сопротивление, поэтому его входной ток можно считать равным нулю и приравнять нулю сУМму тОкОВ Э, ЗЬ,Э. и дВ5 Ь 11 19 оС учетом уравнений (1) получим Евк Евах к 2ф ккс ре к к скр,о.Преобразуем полученное выражение к видувщ КОс 1+К 1 КС РЕ вк К 2 й 1 фкйосЪРу 1 тывая, что отношениеЕвюк/Еа представляет собой передаточнуюФункцию устройства Ч(р), и обозначивК; Т,=КС,; .,к.,й,е (11кос,можно за писатьЮ(р) - -К сы 5Т р+ЭПолученная передаточная функциясоответствует последовательномусоединению инерционного и форсирую рщего звеньев.В предлагаемом устройстве, какэто видно из уравнений (2) и (3),в отличие от известного имеется возможность раздельного регулированиякоэффициента передачи устройства ипостоянных времени звеньев. Коэффициент передачи регулируется спомощью элемента 3, постоянная времени форсирующего звена - с помощьюэлемента 2, а постоянная времени 20инерционного звена - с помощью элемента 4.В качестве элементов с регулируемым коэффициентом передачи может бытьиспользован любой безынерционный 2элемент, коэффициент. передачи которого является монотонно возрастающейфункцией от управляющего напряжения.Зависимость коэффициента передачиэлемента от управляющего напряжения 3 Цможет быть линейной либо нелинейной, например логарифмкчески лкнейиой, В последнем случае обеспечивается большой динамический диапазонизменения коэффициента передачи К дк постоянных времени Т и Т 2 ,порядка 25-65 дБ),В качестве элевк.нта, реализующего линейную зависимость, можно,например, использовать аналоговуюмикросхему 140 МА 1 А,Б, блоки операции перемножения ОП-Зм АВИ ИНИ,БПАВМ МН, БП-ДАВК(3) ит.д. Сигнал на выходе таких элементов Ойы изменяется от управляющегонапряжения О по закону 45ОЕа О Огде а - коэффициент пропорциональ" ности; 39 Мр - входной сигнал. В качестве элемента, реализующего нелинейную зависимость, можно использовать известные устройства. Сигнал на выходе, этих элементов изменяется от управлякщего напряжения по законуОВ х Оэх О РВ предлагаемом устройстве отсутствует сумматор, что делает его более простым и облегчает его изготовление и настройку.Формула изобретенияУстройство аналогового управления, содержащее операционный усилитель, выход которого соединен с входом первого элемента с регулируежюм коэффициентом передачи и является выхо-дом устройства, а вход - с пЬрвыми выводами первого конденсатора и двух резисторов, а также второй и третий элементы с регулируемям коэффициентом передачи, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения функциональных возьюжностей, введен второй конденсатор, один вывод которого подключен ко входу операционного усилителя, а второй вывод через второй элемент с регулируемым коэффициентом передачи - к второму выводу первого резистора и к выходу первого элемента с регулируемым коэффициентом передачи, второй вывод первого конденсатора через третий элемент с регулируемым коэффициентом передачи соединен со входом устройства к со вторым выводом второго резистора.Источники информации принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР9 475602 кл, 6 05 В 11/36, 19722. Авторское свидетельство СССР9 593676, кл6 05 В 11/36 19763. Патент СИА Э 4017737,кл. Н 03 Г 1/34, опублик. 19794. Патент Японии В 53-9347,кл. 6 05 В 11/42, опублик, 1979857927 оставительехред- А,ибоваКоррект Наэарова Редактор Н. Данкули Закаэ 724 ал ППП "Патент", г. Узгород, ул. Проектная,4 Тираа 940 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раущска