Регулирующее устройство

(51)4 С 05 В 11/01 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г г Г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРИ 1 1229722, кл, С 05 В 11/01, 1984,Авторское свидетельство СССРВ 1193634, У 1149783,кл. С 05 В 11/00, 1983.Авторское свидетельство СССРУ 1049863, кл. С 05 В 11/01, 1982,(57) Изобретение относится к областиавтоматического судовождения и можетбыть использовано для управления рулевыми приводами речных судов. В немрешается задача исключения "дребезгаисполнительного механизма. Эта задача решается следуацим образом. Навходы первого сумматора поступаютсигналы с выходов задатчика, датчика курса и датчика показаниярегулирующего органа. Выходнойсигнал первого сумматора поступает на вход первого пороговогоблока, а также выпрякпяется и посту,пает на первый вход второго сумматора, в котором сравнивается с линейноизменяющимся сигналом, частота которого зависит от величины выпрямленного сигнала. Результат сравнения поступает на вход второго пороговогоблока, имеющего зону нечувствительности и с его выхода на первые входыобоих элементов И, на вторые входыкоторых поступает импульсный сигнал,частота которого равна частоте линейно изменяющегося сигнала. Выходнойсигнал первого порогового блока через первый блок задержки, обладакщийзадержкой на срабатывание, поступает на третий вход первого элементаИ, выходной сигнал которого подаетсяна Б-вход первого КЯ-триггера. Выходной сигнал первого пороговогоблока через первый инвертор и второй блок задержки, обладающий задержкой на срабатывание, поступаетна третий вход второго элемента И,выходной сигнал которого подаетсяна Б-вход второго КБ-триггера, Выходной сигнал второго пороговогоблока через третий блок задержки,имеющий задержку на срабатывание, ивторой элемент НЕ поступает на Квходы обоих КБ-триггеров, Выходные 1267354сигналы КБ-триггеров усиливаются помощности и являются выходными сигналами устройства. 2 ил.Изобретение относится к судовождению и может быть использовано для управления рулевыми приводами судов и другими нерегулируемыми по скорости исполнительными механизмами. 5Цель изобретения - повышение помехозащищенности устройства.На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие прин цип работы устройства.На фигурах приняты следующие обозначения: первый сумматор 1; компаратор 2; первый элемент НЕ 3; второй и третий блоки 4 и 5 задержки; двух тактный детектор 6; генератор 7 линейно изменяющегося напряжения,", второй сумматор 8; источник 9 опорного сигнала; компаратор 10; формирователь 11 импульсов; первый блок 12 задержки; второй элемент НЕ 13; первый и второй элементы И 14 и 15; первый и второй КБ-триггеры 16 и 17; первый и второй усилители 18 и 19 мощности; первый и второй пороговые блоки 20 и 21; общая шина 22; датчик 23 регулируемого параметра; исполнительный механизм 24; датчик 25 положения регулирующего органа; регулирующий орган (руль) 26; задатчик 27; особая ЗО зона 28 работы устройства; 0 - выходной сигнал -го блока (или элемента); , - время задержки блоков 4 и 5 задержки; т, - время задержки блока 12 задержки; с; - -ый момент вре- З мени работы устройства.Первый пороговый блок 20 содержит компаратор 2 и общую шину 22, а второй пороговый блок 21 содержит компаратор 10 и источник 9 опорного 40 сигнала. Аналоговый двухполярный сигнал на выходе первого сумматора соот- ветствует величине и знаку сигнала рассогласования системы регулирования, в которой используется данное устройство (не показана), Этот сигнал проходит по двум каналам данного устройства: по каналу определения необходимости длительности и частоты включений исполнительного механизма 24 и по каналу определения направления перемещения регулирующего органа 26 исполнительным механизмом 24. Основное влияние на работу первого из указанных каналов оказывают двухтактный детектор 6 и второй пороговый блок 21, а основное влияние на работу второго из указанных каналов оказывают первый пороговый блок 20, первый элемент НЕ 3 и первый и второй элементы И 14 и 15. Второй и третий блоки 4 и 5 задержки, Формирователь 11 импульсов, первый блок 12 задержки, второй элемент НЕ 13 и первый и второй КБ-триггеры 16 и 17 предназначены в данном устройстве для исключения "дребезга" и резкого реверса исполнительного механизма 24, а также для. обеспечения минимальной длины импульса на перекладку. исполнительного органа объекта регулирования.Данное устройство предназначено для совместной работы с реверсивным, нерегулируемым по скорости исполнительным механизмом 24. Предполагается, что наличие на выходе первого КБ-триггера 16 выходного сигнала У =61 обеспечивает перемещение регулирукщего органа (руля) 26 исполни- тельным механизмом 24 в одну сторону, а наличие на выходе второго КБ- триггера 17 выходного сигнала Н = 1 в другую сторону.Большинство речных судов имеет рулевые приводы, рассчитанные на работу именно в таком режиме. К ним также относятся рулевые приводы со ступенчатым регулированием скорости, Для управления курсом речного судна в автоматическом режиме вполне достаточно одной, заранее установленной скорости перекладки регулирующего органа (руля) 26, т,е. скорос3 1267 ти работы исполнительного механизма 24. Задатчик 27 может быть подключен к любому (как к прямому, так и к инверсному) входу первого сумматора 1.Устройство работает следующим образом.Для наглядности последним работу данного устройства по диаграммам, иллюстрирующим его работу и представленным на фиг. 2, в характерные моменты времени, На фиг. 2 сплошной штриховкой показаны зоны работы блоков 4,5, 12 задержки, а косая штриховка показывает зону неопределенных значений для выходных сигналов пер вого порогового блока 24, первого элемента НЕ 3 и второго и третьего блоков 4 и 5 задержки. Зона неустойчивого состояния компаратора 10 на . фиг, 2 заключена в окружность и обо значена позицией 28. В момент времени от с до с , когда сигнал рассогласования системы, в которой пред-. полагается использовать данное устройство, отсутствует, выходной сигнал П, первого сумматора 1 равен нулю. Выходнои сигнал О второго сумматора 8 больше выходного сигнала Ц, источника 9 опорного сигнала и выходной сигнал П второго порогового 30 блока 21 равен нулю. Выходные сигналы П 1, 1), первого н второго элементов И 14 и 15 равны нулю. Импульсов запуска первого и второго КЯтриггеров 16 и 17 нет. Исполнительный механизм 24 не работает. Хотя выходной сигнал второго элемента НЕ 13 равен единице, а выходные сигналы П, и П первого порогового блока 20 и первого элемента НЕ 3 имеют 40 неопределенные значения, это не оказывает влияния на работу устройства.В момент времени с выходной сигнал П, первого сумматора 1 начинает расти. Выходной сигнал П первого 45 порогового блока становится равным единице, а на выходе первого элемента НЕ 3 формируется выходной сигнал П 1, равный нулю. Спустя время задержки о, на выходах второго и третьего эО блоков 4 и 5 задержки формируются сигналы П = 1 и П = 0В момент времени с выходной сиг 4нал П второго сумматора 8 становит ся больше выходного сигнала Ц 9 источника опорного сигнала, и на выходе второго порогового блока 2 1 форми 354 4 руется сигнал П, = 1. Этот сигналпоступает на первый вход первогоэлемента И 14. Одновременно на выходе второго элемента НЕ 13 формируется сигнал О, = О, который разрешает запуск первого и второго КЯтриггеров 14 и 15. После появленияимпульса на выходе формирователя импульсов 11 на вьгходе элемента И 14формируется сигнал П,1 = 1. СигналП 1, = 1 с выхода .первого элемента И14 поступает на Я-вход первого КЯтриггера 16, меняя его состояние.На его выходе формируется сигнал06 = 1. Этот сигнал усиливается впервом усилителе 18 мощности и поступает на первый вход исполнительного механизма 24, вызывая перемеще"ние регулирукицего органа (руля) 26в определенную сторону, Первый КЯтриггер 16 остается. включенным дотех пор, пока выходной сигнал 1)второго элемента НЕ 13 равен нулю,т.е. до момента времени с,4,Пусть под действием изменяющегося в процессе работы исполнительного механизма 24 выходного сигналаП датчика 25 положения регулирующего органа 26 выходной сигнал П,первого сумматора 1 сначала приостанавливает свой рост, а затем начинает уменьшаться (т,е. система регулирования переходит к согласован-ному состоянию), В момент времениг; выходной сигнал П, второго порогового блока 21 становится равнымнулю, а в момент времени см, на выходе второго элемента НЕ 13 формируется сигнал П, = 1. Первый КЯтриггер 16 выключается, и исполнительный механизм 24 останавливается.В момент времени с,. выходнойсигнал П первого сумматора становится равным нулю, а затем меняетсвой знак, что соответствует перерегулированию системы. В период смомента времени с до момента времени с, возникает ситуация, когдавыходной сигнал П второго сумматора 8 примерно ранен выходному сигналу П источника опорного сигнала9 и появляется неопределенный сиг"нал 01 на выходе второго пороговогоблока 21 (" дребезг" ), Однако, какследует из фиг, 1, импульсы от "дребезга полностью проходят на К-входы КЯ-триггеров 16 и 17, что приво.дит к их сбросу. а на Б-входы КБ 5 12673триггеров 16 и 17 импульсы могутпоступить только при случайном совпадении во времени импульсов выходного сигнала У формирователя 1 1импульсов, повторяющихся с заданнойпериодичностью, и импульсов "дребезга" Бформируемых на выходе второго порогового блока 21, что маловероятно и не влияет на работу данногоустройства, потому что оно редко 10повторяется. Таким образом, на границе зоны нечувствительности второго порогового блока 21 при появлении"дребезга" управляющие сигналы навходы исполнительного механизма 24 15не поступают и он не работает. Кро.ме того, из диаграмм на фиг. 2 следует, что в момент времени с, навыходе первого порогового блока 20появляется сигнал П = О, на выходе 21второго блока задержки 4 появляетсясигнал Б 4. = О, на выходе первого элемента НЕ 3 появляется сигнал 01 = 1,а в момент времени.с на выходетретьего блока 5 задержки появляется25сигнал У = 1,В момент времени с, на выходе второго порогового блока 21 формируетсясигнал Б который в момент временипри появлении на выходе формирователя 11 импульсов импульсного сигнала Б запускает второй ЕЯ-триггер17 через блок 12 задержки и второйэлемент НЕ 13.Пусть в момент времени Е 1 выходной сигнал У, первого сумматора 1 изменяется скачком на значительную величину. Это возможно, например, прискачкообразном изменении выходногосигнала задатчика 27. При этом выходной сигнал 06 двухтактного детектора 6 скачком проходит через нулевое значение. Выходной сигнал Од,второго порогового блока 21 кратковременно принимает нулевое значение, 45а на выходе второго элемента НЕ 13кратковременно Формируется сигналНц = 1, который возвращает второйНЯ-триггер 17 в исходное состояние.Срабатывает первый пороговый блок 5020 и на его выходе 4 брмируется сигнал У, = 1, а на выходах первогоэлемента НЕ 3 и третьего блока задержки Формируются сигналы У 113 у= 055Запуск первого КЗ-триггера 16становится возможным только по истегчении времени задержки , второго 54 Ьблока 4 задержки, когда на его выходе формируется сигнал Б = 1 и на выходе формирователя 11 импульсов появляется импульсный сигнал Б, . Этому состоянию устройства соответствует момент времени сд , В данном устройстве всегда обеспечивается выдержка времени Г между повторными включениями исполнительного механизма 24 при его реверсе. Это необходимо для исключения резкого реверса исполнительного механизма 24, равно как и больших динамических нагрузок.В период от момента времени с до момента времени с в устройстве осуществляется уменьшение выходного сигнала У, первого сумматора, На фиг. 2 показано, как данное устройство отрабатывает сигнал рассогласования системы регулирования. Вначале, т.е. от момента времени С 1 до момента времени с 1 , исполнительныймеханизм 24 включен постоянно, что приводит к уменьшению сигнала рассогласования. Затем по мере уменьше" ния выходного сигнала Б первого сумматора 1 и уменьшения разницы между выходными сигналами Ц , 0 второго сумматора 8 и источника 9 опорного сигнала периоды следования импульсного выходного сигнала Пн формирователя 11 импульсов увеличиваются, а скважность импульсного выходного сигнала П, второго порогово" го блока 21 уменьшается (см. периоды от момента времени С 1 до момента времени с и от момента времени с.д до момента времени с на фиг. 2), т.е. включение исполнительного механизма 24 становится все реже и короче, что позволяет исключить перерегулирование системы, в которой применяется данное устройство. В эти периоды для данного устройства нередкими являются ситуации, когда выходной сигнал первого сумматора близок к нулю, что может вызвать кратковременные включения исполнительного механизма 24, настолько кратковременные, что инерционный исполннтельный механизм 24 не успеет их отработатьЧтобы исключить такие ситуации в устройство введен первыи блок 12 задержки, обеспечивающий минимально необходимую длительность импульсов сигнала управления исполнительным механизмом 24, обеспечивающих его срабатывание при минимальl и и,и Зака 71 4 аж 836 Подпис ное в.-полиграф. пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная,изв ной длительности импульса выходного сигнала Б, второго порогового блока 21.При измененяющихся,внешних условиях, например при шторме, бывает полезно увеличение зоны нечувствительности данного устройства, которое может быть осуществлено изменением величины выходного сигнала П источника опорного сигнала, выполненного в виде источника постоянного напряжения с делителем напряжения на выходе,Формула из обре тения 15 Регулирующее устройство, содержащее первый и второй усилители мощности, первый элемент НЕ, первый сумматор, соединенный выходом с вхо дом первого порогового блока и двух,тактного детектора, подключенного выходом к первому входу второго сумматора и к управляющему входу генератора линейно изменяющегося напря жения, соединенного выходом с вторым входом второго сумматора, подключенного выходом через второй пороговый блок к первым входам первогои второго элементов И и к входу первого блока задержки, соединенноговыходом с входом второго элемента НЕ,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения помехозащищенности устройства, в нем дополнительноустановлены первый и второй КЯ-триггеры, второй и третий блоки задержки и формирователь импульсов, соединенный входом с выходом генераторалинейно изменяющегося напряжения, авыходом - с вторыми входами первогои второго элементов И, подключенныхтретьими входами к выходам соответственно второго и третьего блоковзадержки, а выходами - к Б-входамсоответственно первого и второгоКБ-триггеров, соединенных К-входамис выходом второго элемента НЕ, авыходами - с входами соответственнопервого и второго усилителей мощности, выход первого порогового блокасоединен с входом второго блока задержки и через первый элемент НЕс входом третьего блока задержки.