Управляющее устройство

(5 С 05 В 11/16 БРЕТЕН ПИСАН Н АВТО У СВ ЕЛЬСТВУ волюции авиа рго ОрджониРелейные автома"Наука", 1974,н- сТВО,дключ де ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленинаи ордена Октябрьской Реционный институт им. Секидзе(56) 1. Цыпкин Я.Зтические системы.с. 447-457.2. Авторское свидетельство ССФ 857929, кл. С 05 В 11/16, 1981(54)(57) УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСржащее первый резистор, по ный к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которогосвязан с входом исполнительного релейного блока и первым выводом конденсатора, о т л и ч а ю щ е ес ятем, что, с целью повьвиения точностиуправляющего устройства и линейностиего характеристики, в него введеныстабилизатор тока и два резистора,причем неинвертирующий вход операционного усилителя через стабилизатортока соединен с вторым выводом конденсатора, а инвертирующий вход операционного усилителя связан черезвторой резистор с выходом операционого усилителя и через третий резитор заземлен..11453Изобретение относится к регулирующим устройствам систем управления и регулирования, к управляющим элементам, применяемым в системах общего назначения, реализующих релейные и линейные законы управления.Известно управляющее устройство, состоящее иэ релейного блока, на вход которого дополнительно подается высокочастотный периодический сигнал 1 О от генератора колебаний, вследствие чего достигается вибрационная линеаризация характеристики устройства 13.Однако использование дополнительного генератора для линеаризации 15 , характеристики управляющего устройства усложняет его конструкцию. Наиболее близким к предлагаемому является управляющее устройство,20 имеющее вибрационно-линеаризованную характеристику, состоящее из последовательно соединенных первого резистора, операционного усилителя и исполнительного релейного блока, причем к выходу усилителя присоединен конденсатор 23Недостатком этого управляющего устройства является малая точность и нелинейность его характеристики, обусловленная тем, что в устройстве неинвертирующий вход усилителя соединен с конденсатором через резистор, что приводит к экспоненциальному характеру заряда и разряда конденсатора. 35Цель изобретения - повышение точности управляющего устройства и линейности его характеристики.Указанная цель достигается тем, что в управляющее устройство, содер жащее первый резистор, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого свя" зан с входом исполнительного релейного блока и первым выводом конденсатора, дополнительно введены стабилизатор тока и два резистора, причем неинвертирующий вход операционного усилителя через стабилизатор тока соединен с вторым выводом конденсато О ра, а инвертирующий вход операционного уСилителя связан через второй резистор с выходом операционного усилителя и через третий резистор заземлен, 55 , На Фиг. 1 представлена блок-схема управляющего устройства; на Фнг.,2 - схема стабилизатора тока; на Фиг, 3 типовая характеристика стабилизатора; на Фиг. 4 - граФики процессов,протекающих в управляющем устройстве.Управляющее устройство (Фиг. 1)состоит из первого резистора (К 1) 1,соединенного с неинвертирующим входом операционного усилителя 2, который охвачен положительной связью через конденсатор 3 и стабилизатор тока(Ст) 4 и отрицательной обратнойсвязью через второй резистор (К 2) 5.Третий резистор (КЗ) 6 включен междувходом усилителя 2 и землей. Выходоперационного усилителя 2 соединенс входом исполнительного релейногоблока 7, который представляет собой,например, электромеханический релейный рулевой привод, электромеханическое реле или другие исполнительныеустройства,На Фиг. 2 приведен пример выполнения стабилизатора тока 4 с использованием двух встречно включенных диодов 8 и 9, а также полевых транзисторов 10 и 11 (Вольт-амперная характеристика стабилизатора тока 4 показана на Фиг. 3).В результате введения в операционный усилитель 2 положительнойобратной связи через последовательно соединенные конденсатор 3 и стабилизатор тока 4 в усилителе возникает генерация колебаний, В результате введения отрицательной обратнойсвязи увеличивается диапазон входныхсигналов, при которых сохраняетсягенерация колебаний в усилителе.При генерации колебаний с выходаоперационного усилителя 2 на входисполнительного релейного блока 7поступает сигнал в виде последовательности разнополарных импульсов,длительность которых зависит отвеличины входного сигнала устройства.Линеариэованная характеристика устройства рассматривается как зависимость сигнала И (постоянная составляющая разложения в ряд Фурье сигнала 2 на выходе управляющего устройства) от сигнала Б на его входе иопределяется по ФормулеИ=- --с-с,3 11Длительность генерируемых импульсов : и с определяется временем нарастания напряжения на конденсаторе в цепи положительной обратной связи, которое зависит от величины входного сигнала усилителя. Для устройства-прототипа характер заряда конденсатора экспоненциальный, в силу чего длительности импульсов с и с 2 нелинейно зависятот величины входного сигнала. В предлагаемом уст ройстве вследствие введения стабилизатора тока заряд конденсатора происходит линейно, что позволяет улуч-. шить линейность характеристики устройства.0 1+1 ст--- +(1 ч КК) --- 1, (4) 15 ККК - (К 2+Кз) К 1 К 45321 4чего происходит изменение напряжения Б , До тех пор, пока выполняетсяусловие2 о К(3)5где К, - коэффициент усиления усилителя,усилитель находится в насьпцении.ПнПри 10 -0 = в усилитель выходит из2насыщения, Засчет положительной обратной связи усилитель неустойчив,если выполняется условиеХарактер процессов, происходящихв операционном усилителе управляющего устройства в режиме колебаний,иллюстрируется фиг, 4. Работа операционного усилителя рассматриваетсяпри условии, что значение входногосопротивления операционного усилителя значительно, больше значений сопротивлений К К 2 и Кз. За началоотсчета времени выбран момент, когданапряжение Б на выходе усилителя меняет свое значение с -П на +Бн н(где Бн - напряжение насьпцения усилителя фиг, 4). Сигнална выходеустройства повторяет напряжение О.В интервалах знакопостоянства управления (отрезки времении С )работа стабилизатора 3 характеризуется двумя режимами - режимом стаби лизации тока 1 и режимом работы,когда ток в цепи стабилизатора меняется. При 1 =сопвС падение напряжения У на стабилизаторе удовлетворяет условию ПЪа, где а - зона 40линейности характеристики стабилиза-. тора (фиг. 3). Режиму стабилизациисоответствуют на фиг. 4 отрезки времени с и с . В режиме стабилизацииобеспечивается постоянство напряжеиий 0 и 62 на входах усилителя(фиг. 4). Напряжение У пропорционально выходному напряжению усилителя, равному напряжению насыщения,а напряжение 02, определяемое по 50 формуле0 =П+1 К в 1 дп Б (2)постоянно, тах как 1,=сопвс. По мере заряда конденсатора током 1, величина падения напряжения У на стаби лизаторе уменьшается, но Б =сопвй. При Б =а начинается уменьшение тока в цепи стабилизатора, вследствиегде К - крутизна линейного участка характеристики стабилизатора тока (см. фиг. 3). 1 М= --0 1 о К 1+11 И(,б) при этом получают линейную зависимость постоянной составляющей разложения в ряд Фурье сигнала на выходеустройства от входного сигнала. Технико-экономический эффект от использования предлагаемого управляющего устройства по сравнению с устройством-прототипом обусловлен увеличением степени линейности характеристики устройства и увеличением его точности. В случае, когда параметры предлагаемого устройства таковы, что выполняется условиеБ,к,с а, т. е. когда стабилизатор тока работает как резистор (см. характеристику стабилизатора на фиг.3) имеет место экспоненциальный заряд конденсатора. В этом случае характеристика предлагаемого устройства совпадает с характеристикой устройства-прототипа и определяется по фор- муле Неустойчивость усилителя приводит, к тому, что он практически мгновенно изменяет знак выходного напряжения и входит в насыщение, Максимальное значение падения напряжения на стабилизаторе 0, устанавливается сразу после скачкообразного изменения знака выходного напряжения усилителя и определяется зависимостью6 максн 10 1) .ф 5 н В предельном случае, когда а=О, зависимость (1) имеет вид