Релейно-импульсный регулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 19 11/4 ЕН второй феев,идетельство СССРВ 11/16, 1978,идетельство СССРВ 11/14, 1982 1 Й ГУЛЯно соля,сум т мод фор прав ироваения ис атор ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЭОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57)РЕЛЕЙНО-ИИ 11 УЛЬСНТОР, содержащий последовединенные блок выделенияматор, релейный элемент,тель выходных сигналов уполнительными органами и вход которого через знаковый дискриминатор соединен с входом блока выделения модуля, ад также инерционное звено, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом сумматора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения энергозатрат на управление в установившемся режиме работы регулятора, в него дополнительно введен усилитель с ограничением выходного сигнала, вход которого соединен с выходом инерционного звена, а выход - с вторым входом формирователя выходных сигналов управления исполнительными органами.Изобретение относится к техническим средствам систем автоматического регулирования и может бытьиспользовано для регулирования и управления различными динамическими объектами и технологическими процессами.Известен пропорционально-дифференциальный регулятор, выполненный в виде релейного элемента, охваченного через сумматор цепью инерционной отрицательной обратнойсвязи. На второй вход сумматора подается сигнал ошибки управления, авыходфрелейного элемента связан через выходную схему с релейными исполнительными органами объекта управления 1 Д,Недостатком этого регулятора являются высокие энергозатраты в установившемся режиме.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является регулятор, содержащий последовательно соединенные схему выделения абсолютного значения сигнала, релейный элемент, охваченный цепью инерционной отрицательной обратной связи, формирователь выходных сигналовуправления исполнительными органами и коммутатор, управляющий входкоторого соединен через знаковыйдискриминатор с выходом регулятора. Релейные исполнительные органы, иСпользуемые в этом регуляторе,имеют определенную временную задерж- З 5ку на включение, зависящую (иногда взначительной степени) от температуры окружающей среды, напряжения питания и т,д. В частности это обусловлено изменением тока через обмот Оку исполнительного органа при изменении внешних условий. 11 ри проектировании релейных регуляторов длительность минимального импульса управления исполнительными органами выбирается исходя из необходимого качества управления в установившемся ре-,.жиме, но не менее длительности,необходимой для надежного включения исполнительных органов, Приучете всех условий эксплуатации оказывается, что длительность импульса,гарантирующего срабатывание реального исполнительного органа в1,5-2 раза может превышать требуемое для срабатывания время. Этоприводит к увеличению энергозатрат на управление и к увеличению установившихся скоростей в циклах поддержания в заданных пределах регулируемого параметра (процесса ) 2Недостатком этого регулятора являются повышенные энергозатраты на управление, обусловленные невоз можностью изменения длительности минимального выходного импульса с учетом технологического разброса параметров входных цепей (обмоток ) релейных исполнительных органов и условий работы системы.Цель изобретения - уменьшение энергозатрат на управление в установившемся режиме работы регулятора за счет изменения длительности минимаЛьного управляющего импульса на выходе формирователя выходных сигналов управления исполнительными органами.11 оставленная цель достигается тем, что в релейно-импульсный регулятор, содержащий последовательно соединенные блок выделения модуля, сумматор, релейный элемент, формирователь выходных сигналов управления исполнительными органами и коммутатор, второй вход которого через знаковый дискриминатор соединен с входом блока выделения модуля, а также инерционное звено, вход которого соединен с выходом релейного элемента, а выход - с вторым входом сумматора, дополнительно введен усилитель с ограничением выходного сигнала, вход которого соединен с выходом инерционного звена, а выход - с вторым входом формирователя .выходных сигналов управления исполнительными органами.На фиг,1 представлена блок-схема релейно-импульсного регулятора; на фиг.2 - вариант выполнения схемы управляемого формирователя выходных сигналов управления исполнительными органами; на фиг,З - варианты фазовых портретов систем управления при использовании предлагаемого регулятора и регулятора-прототипа Релейно-импульсный регулятор состоит из последовательно соединенных блока 1 выделения модуля, сумматора 2, релейного элемента 3, охваченного через сумматор 2 цепью инерционной (апериодической отрицательной обратной связи - инерционным звеном 4, формирователя 5 выходных сигналов управления исполиительными органами, знакового дискриминатора 6 и коммутатора 7, Управляющий (второй) вход коммутатора 7 соединен через дискриминатор 6 с входом регулятора. 5Выход апериодического звена 4 соединен через усилитель 8 с ограничением выходного сигнала с вторым входом формирователя 5, Выходом регу" лятора являются выходы коммутатора 7. 0Формирователь 5 содержит интегро сумматор, выполненный на операционном усилителе 9, конденсаторе 10, то- коэадающих резисторах 1 и 12 и ограничивающем резисторе 13. Цепи заряда конденсатора 10 выполнены на ключах 14 и 15 и иа резисторе 16. В качестве ограничителей напряжения используются диоды 17 и 18. Пороговый элемент, формирующий выходные импульсы, выполнен на транзисторе 19 и резисторах 20 и 21. 25 Формирователь в составе регулятораработает следующим образом.При включении релейного элемента3 сигнал отрицательной полярностис его выхода поступает на запускающий вход формирователя 5 и открывает ключи 14 и 15, замыкающие цепьзаряда конденсатора 10 (цепь из эле 30ментов 15-10-16-14 ), который быстрозаряжается до напряжения, близкогок величине напряжения питания схемы +Е. При этом выходным напряжением операционного усилителя 9 (или, 35что одно и тоже, напряжением на конденсаторе 10 ) открывается транзистор 19 и формируется передний фронтимпульса. При выключении релейногоэлемента 3 ключи 14 и 15 запираются 40нулевым напряжением по запускающемувходу. (Если, исходя из типа выбранных ключЕй, для их запирания необходимпотенциал определенной величины, тоон формируется нужным образом, например, первоначальным смещением ),.После запирания ключей на выходе интегросумматора начинает формироваться линейно-падающее напряжение,крутизна изменения которого пропорциональна величине суммы токов,протекающих через резисторы 1 и12, Ток 1 , протекающий через резистор 11, имеет постоянную величину и определяет минимальную длительность импульса. Ток 12, причем1 с 1, , зависит от йапряжения, 4 на выходе усилителя с ограничением. Задний фронт импу.ьса фор 1мируется при запирании транзистора 19 напряжением интегросумматора.Минимальное выходное напряжениеинтегросумматора определяется диодом 18 и близко к нулю.Релейно-импульсный регулятор вустановившемся режиме работает следующим образом,Пусть, например, в установившемсярежиме скорость изменения сигналаошибки управления имеет постояннуювеличину ( , тогда ошибка управления Ц линейно нарастает. При этом,если сигнал а равен нулю, нарастает также управляющий сигнал 5, Придостижении сигналом 5 величины,равной величине порога срабатыванияРЭ 3, последний включается и формирует передний фронт импульса на выходеформирователя 5 и сигнал апериодической отрицательной обратной связи на выходе звена 4. По истечениивремени, близкого к времени действияимпульса на выходе формирователя 5возможны две ситуации; сформированного импульса достаточно (по длительности) для срабатывания исполнитель-.ных органов - в этом случае поддействием развиваемого ими управления изменяется .сигнал скорости иошибка управления уменьшается; длительности сформированного импульсанедостаточно для включения исполнительных органов - в этом случае скорость Чостается без изменений,сигнал ошибки Ц изменяется в пределах величины гистерезиса релейногоэлемента 3, а сигнал а на выходеапериодического звена увеличивается(отслеживая сигнал ( ), Это приводит к тому, что каждый последующий,сформированный формирователем 5 импульс, имеет длительность большуюпо величине, чем предыдущий, что вконечном итоге приводит к срабатыванию исполнительных органов и к изменению знака скорости процесса.Таким образом,за счет уменьшениясредней длительности импульсов, поступающих на исполнительные органы,удается снизить установившуюся скорость процесса, При этом может увеличиться ошибка управления на величину йЬ , которая зависит от внешнихусловий эксплуатации и от напряжения питания исполнительных органов.Выбором коэффициента передачи ли-.нейного участка усилителя с ограниЪ.3чевием всегда можно добиться, чтобывеличина Ь,не превышала заданногопредела,На фиг.З представлена фазоваятраектория (а) системы, в которойисйользуется предлагаемый регулятор,и фазовая траектория ( 3 ) системы срегулятором-прототипом,Уровень насыщения усилителя 8 с1ограничением выходного сигнала вы -3442 6бирается из условий того, что примаксимальном значении сигнала О,.длительность импульса, формируемогоформирователем 5, должна быть не 5 меньше длительности импульса в прототипе, т.е. той длительности,при которой гарантируется сра -батывание исполнительных орга -нов при любых начальных усло виях.1137442 Составитель А.ЛащевРедактор И, Касарда .Техред А.Бабинец Корр илиал 1 ПП 1 "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна каэ 10523(35 . ВНИИПИ Государ по делам иэ 113035, МосквХираж 863 твенного ко ретений и от Ж, Раушс Подписимитета СССРкрытийкая наб д, 4/5