Частотно-импульсный регулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУ БЛИН 1238028 В 11/26 к(56) Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 3699641/24,кл. С 05 В 11/26, 1984.Авторское свидетельство СССР позаявке В 3721904/24,кл. 6 05 В 11/26, 1984.Авторское свидетельство СССРР 1096608, кл, С 05 В 11/30, 1983.(54) ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области теплоэнергетической и химической техники и может найти широкое применение в установках, входным сигналом которых является серия модулированньм по частоте электрических,импульсов. В регуляторе решаются задачи повышения быстродействий и уменьшения перерегулирования и амплитуды авто- колебаний. Эти задачи решаются следующим образом. Входной сигнал регулятора через усилитель напряжения поступает на входы интегратора н третьего и четвертого релейных блоов. Выходные сигналы третьего и четвертого релейных блоков через четвертый и пятый одновибраторы поступа"ют на первый и второй входы второгоэлемента ИЛИ, на третий вход которогопоступает выходной сигнал третьегоодновибратора. Выходной сигнал второго элемента ИЛИ поступает на управля- ющий вход интегратора, Выходной сиг -нал интегратора поступает на информационные входы первого и второгорелейных блоков. Выходной сигнал первого релейного, блока поступает напервые входы йервого и третьего элемента ИЛИ. Выходной сигнал второгорелейного блока поступает на второйвход первого и первый вход четвертого элементов ИЛИ. Выходной сигналпервого элемента ИЛИ поступает навход третьего одновибратора. Вь)ход. ной сигнал четвертого одновибраторапоступает на второй "вход четвертогоэлемента ИЛИ, выходной сигнал которого через второй одновнбратор поступает на вход второго усилителя мощности. Выходной сигнал пятого одновибратора поступает на второй вход третьего элемента ИЛИ, выходной сигналкоторого через первый одновибраторпоступаетна вход первого усилителя мощности 3 ил, может быть применено в установках,входным сигналом которых являетсясерия модулированных по частоте электрических импульсов., Цель изобретения - повьппениебыстродействия и уменьшение перерегулирования и амплитуды автоколебанийрегулятора; ОНа фиг.1 приведенафункциональнаясхема регулятора; на фиг 2 - эпюрынапряжений, поясняющие рабОту регулятора; на фиг. 3 - структурные схемы регулятора при различных режимахего работы.Регулятор содержит усилитель 1напряжения, интегратор 2, ключ 3,первый 4, второй 5, третий б и четвертый 7 релейные блоки, первый 8 ивторой 9 источники опорного напряжения, первый 10, второй 11, третий12, четвертый 1.3 и пятый 14 одновибраторы, первый 15 и второй 16 усилители мощности, третий 17, четвертый18, первый 19 и второй 20 элементыИЛИ, конденсатор 21, операционныйусилитель 22 н резистор 23.На чертежах приняты обозначения:Оз - входное напряжение регулятора,равное разности между заданным идействительным значениями регулируемого параметра; О - выходное напряжение усилителя 1 напряжения; (1. выходное напряжение интегратора 2;О О - выходные напряжению соответ- З 5,ственного первого 4 и второго 5 релейных блоков; О, О " выходные напряжения соответственно третьего 17и четвертого 18 элементов ИЛИ; О,11 з - выходные напряжения соответст 40венно первого 10;й второго 11 одновибраторов;0. "о - выходные напряжения соответственно первого 15 и второго 16 усилителей мощйости, являющиеся выходными сигналами регулятора; 45- выходное напряжение первого4элемента ИЛИ 19, О, - выходное напряженне третьегОодновибратора 12;Рь -. выходное напряжение второгоэлемента ИЛИ 20; И, , И, -выходныенапряжения соответственно третьего6 и четвертого 7 релейных блоков;О 0 - выходные напряжения соответственно четвертого 13 и пятого 14одновибраторов; 0 - напряжение, 55характеризующее величину сигнала навыходе исполнительного механизма системы автоматического регулирования 028 2при использовании в его качествеустройства с постоянной скоростьюперемещения; й,(Р) - передаточнаяфункция фиЛьтра модулятора; НЭ - нелинейный элемент в виде квантователя приращений; М(р) - передаточная функция формирователя прямоугольных импульсов длительностью У; а и 6 величины зон нечувствительности.Регулятор работает следующим образом.На вход регулятора поступает входное напряжение 0 , равное разности между заданным и действительным значениями регулируемого параметра. Напряжение з усиливается усилителем 1 напряжения, с выхода которого напряжение О,К 0 поступает на вход интегратора, а также на входы третьего б и четвертого 7 релейных блокбв, которйе служат для определения знака входного напряжения. Если, нап ример, входное напряжение О имеет положительное значение, а усилитель 1 напряжения усиливает сигнал без его интвертирования, на выходе тре тьего релейного блока 6 имеет- ся напряжение О положительной полярности, а напряжение на выходе четвертого релейного блока,8 равно нулю. Напряжение О инвертнруется. и интегрируется интегратором 2 и. с его выхода напряжение 0 поступает на входы первого 4 и второго 5 релейных блоков имеющих зону нечувствительности. Величина зоны нечувствительности определяется источниками 8 и 9 опорного напряжения подключенфными выходами к опорным входам соответствующих релейных блоков 4 и 5. При достижении напряжением 0 на выходе интегратора 2 значения зоны нечувствительности ь второго релейного блока 5 и ее превыщения он срабатывает, формируя на своем выходе кусочно-постоянное напряжение положительной полярности О, Напряжение 0 поступает через четвертый элемент ИЛИ 18 (напряжение 0 на выходе четвертого элемента ИЛИ 18) на вход второго одновибратора 11 и через первый элемент ИЛИ 19 (напряжение О, на выходе первого элемента ИЛИ 19) на вход третьего одновибратора 12, По переднему фронту напряжения 0 происходит запуск трентьего одновибратора 12, а по переднему фронту напряжения 0 - запуск .второго одновибратора 11. Напряже1233ние 0 с выхода второго одновибравтора 11 поступает на вход второго усилителя 16 мощности, С выхода второго усилителя 16 мощности напряжение 0 поступает на выход регуолятора к исполнительному устройству системы автоматического регулирования, Длительность импульса(О ) на выходе второго одновибратора 11 и соответственно напряжения О на выходе регулятора определяется динамическими характеристиками системы автоматического регулирования и осо 1 бенностями применяемых исполнительных устройств. Длительность импульса напряжения Она выходе третьего одновибратора 12 устанавливается минимально возможной, исходя из.условия полного разря. да конденсатора интегратора 2 за время действия импульса, так как импульс напряжения О поступает через второй элемен ИЛИ 20 (напряжение О на выходе второго элемента ИЛИ 20) на управляющий вход ключа 3, вызывая его . замыкание и соответственно закорачивание конденсатора 21 интегратора 2. При сохраненииположительного значения входного напряжения О на входевх регулятора описанный процесс повторяется и на выходе регулятора формиру 30 ется последовательность модулированных lо частоте импульсов напряжения О, поступающих на исполнительный механизм системы. В момент перехода входным напряжением 0 через нулевое значение при отработке управляющего или возмущающего воздействия, например положительного на отрицательное,происходит срабатывание четвертого релейного блока 7 и на выходе последнего возникает кусочно-постоянное " 4 О напряжение О, , поступаюшее на вход пятого одновибратора 14 и вызывающий его запуск. Длительность импульса напряжения 0 на выходе пятого одновибратора 14 устанавливается равной 45 длительности импульса напряжения 0, на выходе третьего одновибратора 12.Благодаря поступлению импульса Манряжения О, с выхода, пятого одновибратора 14 на входы третьего 17 и второго 20 элементов ИЛИ, при этомобеспечивается обнуление интегратора2 и формирование управляющего импульса первым одновибратором 10, что приводит к реверсированию исполнительного устройства. При сохранении отрицательного значения входного напряжения И дальнейший процесс регу 80284лирования обеспечивается до следующего момента герехода входного напряжения 0через нулевое значение при срабатывании первого релейного блока 4 каждый раз, когда напряжение О, на выходе интегратора 2 достигает значения, превышающего зону нечувствительности первого релейного блока 4. Дальнейший процесс повторяется аналогично описанному. Изменение сигналов на выходе отдельных блоков регулятора в процессе регулирования представлено на фиг.2. Если входытретьего 6 и четвертого 7 релейныхэлементов отключены от выхода усилителя 1 напряжения, структурно схемарегулятора полностью соответствуетструктуре обычного интегральногочастотно-импульсн "о модулятора,представленной на риг. 3 а.Характеристика НЭ обладает прямымгистерезисом (фиг. 3 а), причемвеличина гистерезиса А равна величинам кванта а характеристики НЗ; Впредлагаемом регуляторе благодаряобнулению интегратора 2 каждый раз при переходе входного напряжениячерез нулевое значение и одновременному формированию импульса управления обеспечивается формирование переменного отрицательного гистерезисав характеристике НЗ, причем его величина б имеет произвольный характерв пределах от 0 до со в зависимостиот начальньх условий (фиг.3 б). Наличие отрицательного гистерезиса позволяет повысить быстродействие регулятора и уменьшить амплитуду автоколебаний на выходе системы.Теоретические расчеты и экспериментальные исследования модели частотно-импульсного регулятора на АВИпоказали, что применение предложеннойструктуры регулятора позволяет приодинаковых характеристиках линейнойчасти системы повысить ее быстродействие, уменьшить перерегулирование иамплитуду автоколебаний на выходесистемы при ее работе .в автоколебательном режиме.формула изобретенияЧастотно-импульсный регулятор, содержащий последовательно соединенные первый одновибратор и первый усилитель мощности, последовательно соеднненнье второй одновибратор и второй усилитель мощности; а также первый и второйрелейные блоки, соединенные опорнымивходами с выходами соотвЕтственно первого и второго источников опорного напряжения, а выходами - с первым и с вторым входами первого элемента ИЛИ,подключенного выходом к входу третьего одновибратора, усилитель напряжения, соединенный выходом с информационным входом интегратора, черезтретий релейный блок - с входом четвертого одновибратора, а через чет-.вертый релейный блок - с входом пятого одновибратора, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения перерегулирования и амплитуды автоколебаний регулятора, в нем дополнительноустановлены второй, третий и четвертый элементы ИЛИ, причем первый входвторого элемента ИЛИ соединен с выходом четвертого .одновибратора и с первым входом четвертого элемента ИЛИ,второй вход - с выходом пятого одновибратора и с первым входом третьего элемента ИЛИ, третий вход - с выходом третьего одновибратора, а вы ход - с управляющим входом интегратора, второй вход третьего элементаИЛИ соединен с выходом первого релейного блока, а выход - с входом первого одновибратора, второй вход четвертого элемента ИЛИ соединен с выходом второгорелейного блока,авыход-свходом второгоодновибратора,выход интегратора соединенс информационнымивходами первогои второгорелейных блоков.1238028 Составитель Ю. ГладкоТехредО.Гортвай Корректор М.Пож ор М.Дьцтын В Тираж 836 ВНИИПИ Государственного по делам иэобретений и 3035, Москва, Ж, Рауш