Цифровой регулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3(50 6 05 В 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН МИТЕТ. С Й И ОТНР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(56)1. Авторское свидетельство СССР В 595707, кл.6 05 В 11/20, 197 б.2. Авторское свйдетельство СССР Р 7 б 1983, кл. С 05 В. 11/26, 1980 (проЮзтип).(54)(57) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР, содержа" щий аналого-цифровой преобразователь,генератор импульсов, выход которого соедийен с первым входом формирова- теля временнйх интервалов, первым выходом соединенного с.первым управляющим входом реверсивного счетчика, первый и второй элементы И,.выходы которых подключены к соответствующим .входам исполнительного механизма, атакже последовательно соединенные блок задания режимов и регистр, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, с целью расширения области применения .регулятора, в него введены ЙЯ-триг-гер, переключатель,.сумматор третйй и четвертый элементы И, элементы ИЛИ, элементы НЕ, делитель частоты, группа элементов И и датчик импульсов, выход которого через третий элементИ и первый элемент ИЛИ подключен к . тактовому входу реверсивного счетчикас информационными входами которого. через, группу элементоВ И соединены выходы аналого-цифрового преобразователя, с выходами - первые входы сумматора:; а с вторым и третьим управ. ляющими входами - соответственно вы- ходы первого элемента И и.второго элемента ИЛИ,.первый вход. которого подключен к выходу второго элемента .И, а второй вход - к второму выходу формирователя временных интервалов и к второму входу третьего элемента И,третьим входом соединенного с нрямым .выходом КБ-триггера, внверсйый вы-. ход которого подключен к вторым входам группы элементов И, а Я-вход и К"вход через переключатель - к нулевой шине регулятора, выход ге"Ф. нератора импульсов через делитель частоты соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий выход .Формирователя временных интарваловс обнуляющим входом делителя частотЫ и через первый элемент НЕ - с первыми входами первого, второго и четверто" го элементов:И, вторые входы которых через третий элемент. ИЛИ подключены к выходам сумматора, выход старшего разгяда которого соединен с третьим входом первого элемента И и через. второй элемент НЕ - с третьим вхо" дом второго элемента И, а вторые. входы .сумматора - с соответствующими выходами регистра, причем выход четвертогоэлемента Й подключен к второму входу формирователя временных интервалов,1019397Изобретение относится к автоматИ выходы аналого-цифрового нреобразоке и вычислительной технике и может . ,вателя, с выходами -первые входы сувибыть использовано для автоматизацииматора а с вторым и третьим управширокого класса технологических . ляющими входами - соответственно выпроцессов, в том числе и с запазды- ходы первого элемента И и второгованием, регулируемые величины кото элемента ИЛИ, первый вход которогорых могут быть представлены с пойощью подключен к выходу второго элемента ,соответствующих преобразователей в И, а второй вход - к второму выходувиде цифры или последовательности формирователя временных интерваловимпульсов. и к второму входу третьего элементаИзвестен цифровой регулятор, со- о И, третьим входом соединенного с прядержащий цифроаналоговый преобра- мым выходом ВБ-триггера, инверсный вы"зователь,- датчик регулируемого пара- ход .которого подключен к вторым вхоютра и задатчик, соединенные с пер-. дам группы элементов И, а Я-вход ивым и вторым входами цифрового сумма К-вход - через переключатель - к нуле. ,тора,. выходы которого соединены с 15 вой шине регулятора, выход генератораразрядище входами реверсивного сает-. импульсов через делитель частоты сое,чика, а. его: выходы подсоединены к динен с вторым входом первого элеменцифроаналоговому преобразователю, та или, третий выход форирователя вревыход которого через фильтр низкой менных интервалов " с обнуляющимчастоты присоединен к йсполнитель- ро входом делителя частоты и через пер,ному устройству 1 , вый элеМент НЕ - с первыми входамиОднако этот регулятор является , первого, второго и четвертого элерегулятором непрерывного. действияментов Й, вторые входы которых через и не:обеспечивает регулирования про- третий элемент ИЛИ подключены к вы" цессов с запаздыванием, что сужает д ходам сумматора, выход старшего разря; область его применения, .да которого соединен с третьим входомНайболее близким к изобретению по первого элемонта и и через второй технической сущности является циф", элемент не - с третьим входом второго Розой Регулятор, содержащий аналого- элемента и, а вторые входы суммато- Цифровой преобразователь, генератор ра - с соответствующими выходами ймпульсов,выход которого соединен. регистра, причем Выход четвертого ,с первым входом Формирователя вре- элемента И подключен к .второму входу меиных интервалов, перйым выходом . . формирователя временных интервалов, соединенного с.первым .управляю" . На чертеже приведена блок-схема щим входом реверсивного счетчика, цифрового регулятора. первый. и второй элементы И,. выходы Ж цифровой регулятор содержит генейоторых подключены к соответствую- ратор 1 импульсов, формирователь 2 щим входам исполнительного меха- временных интервалов, первый эле-. Низма, а также последовательно соеди- мент И 3, второй элемент И 4, испол. ненные блок задания режимов и ре" нительный механизм 5, аналого"цифро.,гистр Г 2 3 . :40 вой преобразователь б, реверснвныйНедостатком известного регулярно- счетчик 7, блок 8 задания режимов, ра:является,ограниченная область . . регистр 9, датчик 10 импульсов, ,ето применения, что приводит к иеКБ-триггер 11, группу элементов И 12, обходимости применения разнотипнЫх третий элемент И 13, первый элемент Регуляторов. даже пр. автоматизации 45 ИлИ,14, делитель 15 частоты, второй ,одного.и того же технологического .элемент ИЛИ 16, первый элемент НЕ 17, ,процесса. как зто имеет место, на- четвертый элемент И 18, сумматор 19, примеР, пРи регулировании расхода третий элемент или. 20, второй элемент йоды.в:каналах с открытым руслом НЕ 21 .переключатель 22. поизмеренным значениям уровня. воды о , Работа многоцелевого цифрового .и.трубопроводах - по.показаниям : регулятора может осуществляться в туРбинных или:вихревых расходомерсв. нескольких режимах и происходит.слеЦелью ".изобретения является рас- . дующим образом. шипение области применения цифрового Регулированию процессов, регулирегулятора.руемая .величина которых характеризуУказанная цель достигаетоя тем, ется последовательностью импульсов, Что в него. вВедены ЙЯ-триггер, пере- . соответствует положение переключа,ключатель, сумматор,. третий и четвер" теля 22 иа чертеже, Послеподачи тый элементы И, элементы ИЛИ, эле- напряжения питания Формирователь 2 Менты, ИЖ, делитель частоты, группа времеинюс интервапов устанавливается элементов И и датчик импульсов, вы в исходное состояние. На его первом .ход .которого черЕз третий элемент И . Выкоде форМируется ийпульс раэре.и первый элемент ИЛИ подключен к так. .щения записи числа, приСутствующего .,товому входуреверсивного счетчика, иа входах. группы элементов И 12. Так с йнформаЦионийми .входами которого как на вторые входы этой группы злечерЕз группу элементов И соединены ментов подается сигнал логического3, 10.19 З 970 , то этим импульсом в реверсив- стэует на третьем. входе одного нз зле ный счетчик будет записаночисло "О, . ментов И 3 или 4. Пусть, например,После окончания импульса запуска а .задание, записанное в регистре 9, со-. второго выхода выдачи временных.ин- ответствует числу 125, а в реверсив-. тервалов на второй вход третьего . . ный счетчик 7 записалось 150 импульэлемента И 13 поступает. сиГнал, опре сов, В двоичном коде эти числа соделяющий:время накоплейия импульсов, ответственно равны. 01111101 и поступающиха выхода"датчика 10 им-. . 10010110., В сумматоре 19 производйтся пульсов через элементы И 13, ИЛИ .14 вычитание из второго числа первого на вход тактовых импульсов Реверсив-путем сложения со вторым числом перного счетчика 7, на третий Управляю нога, представленногО в обратном кощйй вход , Разрешение сложения.) кото- . -де с добавлением 1 для получения рого через второй элемент ИЛИ 16дополнительного кода. яостудает также импульс,. определяю- : . 18010110 щий время накопденйя имйульсов в ре- , 10000010+версивной сметчике 7 Так,как в ука + 1 .ванном на чертеже положении переклю-чателя 22. е прямого выхода КБ-триг 1,00011001 гера 11 наступает йапряжение, соот-Полученное двоичное число 11001 в де-ветствующее логической 1, то накоп- сятнчном коде равно 25, а в старшем ление импульсов в реверсивном счетчиРазряде, вынесенном. за точку, полуке 7 осуществляется за интервал вре- . чена единица, Таким образом, на .вымени, выдаваемый с второго выхода , ходе элемента ИЛИ 20; присутствует : Формирователя 2:временных интерва- . .сигнал "1, обязанный появлению на лов. В. теЧение суммариого времени выходе сумматора 19 числа 00011001, записи. нуля в реверсивный счетчик 7 а на выходе старшего разряда сумма- и .накапления. в:нем импульсов от дат- тора 19 присутствует сигнал ".1", Мика 10 импульсов:с третьего выходаОбусловленный вычитанием меньшего формирователя. 2 временных интерва- . числа из большего. так как сигнал файф лов поступает сигнал на обнуляю- : поступает только на третий вход пер. щий вход делителя 15.частотй.и держит : ваго элемента И, 3, то только на выего,в исходйом состоянии. Одновре- Ж. ходе этого элемента образуется сигмейно этотже сигнал, инъентирован- . - .нал "1", поступающий одновременно ныйэлементом НЕ 17, поступает на .на вгорой управляющий вход (-разреше: первые входы элементов И: 3 и 4, остав- ние вычнтайия ) реверсивного счетчика , ляя их выключенными на время действия 7 и на первый вход исполнительного сигнала записи.и сигнала накопления:35.механизма 5 для отработки РассогласоПосле завершения действия этих им- .вания, Длительность управляющегоим- пульсов Формирователь:.2 временных пульса, вырабатываемого исполнитель-. интервалов собственным:коротким им- иьин механизмом 5, будет зависетьот пульсом обйуляется, устанааливаясь . числа, ОбРазующеГОСя На выхсде двокчв исходное положенйеПрй этом на 46 ного комбинационного .сумматора 19 .и всех выходах. этого блока образуютсяот периода частоты импульсов, выда-:, сигналы: "0". Если:.записанное чиспо . ваемо делителем 15 частоты, начавшйм импульсов в реверсивный.счетчик 7 неФормировать свои сигналы послеоком- соответствуетчислуустановленному: чания импульса, поступавшего на его в Регистре 9 блоком 8 задания. Режимо 45 обнУляющнй вход с третьего. выхода фор . то на разрядных выходах;сумматора . мирователя. 2 времейных интервалов.19 образуется отличное.от нуля двоич В Результате вычитания тактовых имное число,-следовательно, на выходе : пульсов число в .реверсивном счетчике третьего элемента ИЛИ 2 О будет при- .в- некоторый момент времени станет сута.твовагь сигнал П 1." поступаю О Равным числу, хранящемуся в реги-. Мий одновременно на вторые входы : . стре 9. А на выходах сумматора 19 первого и второго элементов И З,и 4: число станет равным нулю, в резульи на второй:вход четвертого. элемента тате чего .на выходе элемента ИЛИ И 18, .на первый вход. которого посту". . 20 образуется сигнал "О" Это Прнэепает сигнал 1 с выхода элемент :дет. к окончанию управляющего импуль" не 17,.0 браэукщийся на. выходе злемен 5 са. вырабатываемого"исполнительным. та И 18 сигнал, поступает на втоРОй . механизмом 5, и к рекращейию разреобнулявщий.) вход Формирователя 2 : шающегоимпульса, поступившего ва . .временных интервалов и удерживаетвторой управляющий вход реверсивного его.в обнуленнбм состоянии до тех . счетчика 7, так как на выходе йерво:пор, пока на выходе третьего элементами го элемента и 3 сигнал стал равным ИЛИ 20 присутствует сигнад ф 1 ф. Ври О. Такой же сигнап обраэовался этом в. зависимости от знака. Рассогла- . и на выходе четвертого элемента И 18, сования, образующегося на .выходе стар" так как и на его второй вход поступа- шего разряда. двоичного комбинацион- , ет сигнал .О с выхода элемента ИЛИ: ,ного сумматора 19, сигнал 1" присут20. Образование сигнала .О" на выходеэлемента И 18 позволяет формирователю :2 временных интервалов начать новый цикл работы, Если же в процессе наКопления импульсов в реверсивном счетчике 7 окажется записанным число меньшее, чем число, хранимое в5регистре 9, то разрешающий сигнал на отработку рассогласования поступит одновременно на третий управляющий вход реверсивного счетчика 7 через второй элемент ИЛЙ 16 и на второй 10 вход исполнительного механизма 5.При этом реверсивный счетчик 7 будет продолжать работать на сложение так же, как и при накоплении импульсов до завершения отработки рассогласо вания. Пусть, например, в регистре 9 :записано число 150, а в реверсивном счетчике 7 накопилось 125 импульсов.Операция, выполняемая сумматором 19 дает 2001111101011010011О 11100111 . 25Образовавшийся на выходе старшегоразряда сумматора 19 сигнал "О.", .инВертируясь элементом НЕ 21, ведет кобразованию сигнала "1" на выходевторого элемента И 4 и к апис энномурезультату, Чаще. всего во избежаниеперерегулирования отработка рассогласования осушествляется за два-три цикла регулирования, для чего частотой делителя 15 частоты длительностьуправляющего импульса устанавлива- З 5ется несколько меньше". номинальной ее величины.Регулированию процессов при использовании аналого-цифровогопреобразователя соответствует противоположНое чертежу состояние переключателя22. При установке переключателя 22 ипротивоположное положение ЙБ-триггер11 принимает положение, пр . которомна его инверсном выходе образуетсясигнал "1", а на прямом выходе - сигнал "0". При этом датчик 10 импульсов отключается от входа тактовых ,импульсов реверсивного счетчика, а :аналого-циФровой преобразователь груп 50 ,пой элементов И 12 подключается к ин-е ,формационным входам реверсивного счет .чика 7При регулировании процессов ,.с запаздыванием сначала отрабатывается время запаздывания пауза, а затем длительность управляющего импуль,са. Величина времени запаздыванияустанавливается в формирователе вре-, менных интервалов на его третьем вы,ходе. На первом выходе устанавлива. ется сигнал разрешения записи кода 60 аналого-цифрового преобразователя ,6 в реверсивный счетчик 7, Так как ,в течение отработки времени запазды- вания все цепирегулятора находятся: в вйключенном состоянии, то в данном 65 регуляторе длительность импульса записи выбрана равной длительности импульса запаздывания. При этом в, реверсивный счетчик будет записано число, которое находилось в преобразователе б в конце длительности импульса запаздывания. Первый,и третий выходы формирователя 2 временных интервалов в этом режиме работы могут бытьзапараллелены, Наличие или отсутствие сигнала на втором выходе этогоблока значения не имеет, так какдатчик 10 импульсов отключен РБ-триггерои 11. После. подачи на регулятор напряжения питания формирователь 2 временных интервалов устанавливается в исходное состояние и начинает отрабатывать импульс. запаздывания,Этим импульсом, поступающим с третьего выхода формирователя 2 временных интервалов, удерживается в обчуленном состоянии делитель 15 частоты, Сигналом "0", поступающим с выходапервого элемента НЕ 17, удерживаютсяв закрытом состоянии первый и второй элементы И 3 и 4. В реверсивный счетчик 7 импульсом с первого выхода формирователя 2 временных интервалов, подаваемым на первый управляющий вход реверсивного счетчика 7,.осуществляется запись кодааналого-циф-, рового преобраэователя. После окончания импульса запаздывания и импуль са записи регулятор начнет отрабаты-, вать рассогласование. При отсутствии рассогласования регулятор будет циклически отрабатывать длительность импульса запаздывания паузы ) до возникновения рассогласования.Для регулирования процессов без запаздывания длительность импульсов задержки (запаздывания )уменьшается в пределах до величины, определяемой частотной характеристикой цепей регулятора. При этом в отсутствие рассогласования формирователь временныхинтервалов будет вырабатывать последа"вательность импульсов, скважностькоторой равна двум. В этом предельдном случае регулятор практическиработает в непрерывном режиме. ВоИзбежание перерегулирования, в особен. ности при использовании наиболее простого и надежного асинхронного привода, целесообразно устанавливать импульс запаздывания такой длительности, которая бы позволила при выборе длительности управляющего импульса на 5-10 меньше номинальной величины устранять рассогласование отработкой ега по уменьшающимся частям.Таким образам, предложенный многа.Целевой цифровой регулятор способенработать как в дискретном режиме сИспользованием широтно-импульснойМодуляции, так и в,квазинепрерывнам,И пригоден для регулирования процес1019397 тель. С. ДунаеИ.Гайду Соста Техре Бутя Коррек Заказ 3701/4 е Тираж 874Государственногоам изобретений иосква, Ж"35, Рауш Подпкомитета СССРоткрытийакая наб д. 4 ВНИИП по д 113935й ее еф Ф а од, у илиад ПЙП фПатентф, гу ектн сов, в том числе и с запаздыванием,феруруемая величпна которых можетбыть йредставлена либо последовательностью импульсов, либо в виде двоичного числа, получаюшихся на выходе со.Редактор С. Патруше 8вателя. Расширение. области его применения по сравнению с известными ;циФровыми регуляторами обуславливает получение определенно-: го техникоэкономического зФФекта,