Позиционный регулятор для систем с запаздыванием

)4 С 05 В 11 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССР У 1200238, кл. С 05 В 1/18, 1984,Авторское свидетельство СССР У 1259208, кл, С 05 В 11/18, 1984. (54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ(57) Изобретение относится к.технике автоматического регулирования и может быть использовано при создании систем автоматического регулирования различных технологических процессов при применении исполнительных механизмов постоянной скорости в случае, если объект регулирования имеет запаздывание. Целью изобретения является повышение быстродействия иточности регулятора. Регулятор содержит задатчик 1 регулируемого параметра, сумматор 2, трехпозиционныерелейные блоки 3 и 4, элементы ИЛИ 9,1 О, 11, 12, элементы И 13 и 14, одновибраторы 15 и 16, Ж-триггер 17,усилители мощности 18 и 19, исполнительный механизм 20, датчик 21 регулируемого параметра. С помощью второго трехпозиционного релейного блока4 обеспечивается повышение качестварегулирования путем корректирующеговключения регулятора до момента выхода сигнала рассогласования из эонынечувствительности первого трехпози- Иционного блока 3. Одновременно повышается надежность регулятора за счетснижения числа переключений исполни- (тельного устройства, 3 ил.Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при создании систем автоматического регулирования различных процессов в теплоэнергетике, химии и других отраслях промьпп-, ленности при применении исполнитель-. ных механизмов постоянной скорости в случае, если объект регулирования содержит запаздывание.Цель изобретения - повьппение быстродействия и точности регулятора,На фиг, 1 представлена принципиальная схема позиционного регулятора; 15 на фиг. 2 - пример переходного про.цесса в системе автоматического регулирования при применении предложенного регулятс ра и временные диаграммы напряжений основных элем нтов схемы; на фиг, 3 - фазовыйортрет системы регулирования с использованием регулятора.Регулятор содержит задатчик регулируемого параметра 1, сумматор 2, трехпозиционные релейные блоки 3 и 4, содержащие соответственно компараторы 5, 6 и 7, 8, элементы ИЛИ 9, 1 О, 11 и 12, элементы И 13 и 14, одновибраторы 15 и 16, 85-триггер 17, усилители 18 и 19. В предлагаемом 20 25 ЗО регуляторе в качестве усилителей мощности используются ключи, обеспечивающие подключение исполнительногомеханизма системы регулирования кпитающему напряжению. В процессе регулирования регулятор обеспечиваетуправление исполнительным механизмом,20, представляющим собой в динамическом отношении интегрирующее звено, Текущее значение параметра снимается с датчика регулируемого параметра 21,. Регулятор работает следующим об-. разом.На первый вход сумматора 2 поступает напряжение Чр, пропорциональное 45 текущему значению регулируемого параметра, а на второй напряжение Чау,но, на входы компараторов 5, 6, 7, 8.Настройка компараторов 5 и 6 производится с обеспечением зоны нечувстпропорциональное заданному значению параметра, С выхода сумматора 2 сигнал рассогласования Чо, равный разности между заданным и текущим значением регулируемого параметра, поступает на входы трехпозиционных релейных блоков 3 и 4 и, соответствен 55 вителъности а , а компараторов 7 и 8 с обеспечением зоны нечувствительности Ь. Для нормальной работы регулятора необходимо выполнение условия а ) Ь. В случае, если, например, Ь = О, а в начальный момент отработки управляющего или возмущающего воздействия Ч,О и7, ) а 1, то дальнейшая работа регулятора происходит в описанной ниже последовательности.При Ча на выходе компаратора 5 имеется напряжение Ч, которое поступает на входы элемента ИЛИ 10 и элемента ИЛИ 9. Напряжение Ч с выхода элемента ИЛИ 10 открывает ключи ( усилитель мощности ) 18 и питающее напряжение поступает в одну из обмоток исполнительного механизма 20, вызывая его перемещение в направлении уменьшения сигнала рассогласования 7, . Сигнал Чй с прямого выходы элемента ИЛИ 9 поступает на вход К триггера 17, приводя его в исходное состояние, а сигнал Ч 9 с инверсного выхода элемента ИЛИ 9 -на входы элементов И 13 и 14. Поскольку в этом состоянии регулятора сигнал Ч = О, то это обеспечивает невозможность включения обмоток исполнительного механизма 20 по другим цепям управления регулятора, В данном состоянии регулятора имеется напряжение Ч на выходе компаратора 7, поступающее на вход элемента И 13. и на один из входов элемента ИЛИ 12, При работе регулятора появление сигнала. Ч на выходе элемента ИЛИ 12 вызывает запуск одновибратора 15 по переднему фронту сигнала Чг и, соответственно, переключение триггера 17, Однако, поскольку в любой ситуации работы регулятора появление сигнала 7 на выходе компаратора 7 происходит раньше появления сигнала Ч на выходе компаратора 5, а длительность импульса напряжения Чи на выходе одновибратора 15 устанавливается предельно малой величины, достаточной для переключения триггера 17, то в рассматриваемый момент времени сигнал Чн = О, а также равны 0 сигналы Ч, и 7. Происходит уменьшение сигнала рассогласования Ч, . В момент времени, когда величина сигнала рассогласования становится меньше а сигналЧ на выходе компаратора 5 становится равным О, Соответственно становятся равными 0 сигналы Ч и Чр . Сигнал Ч принимает единичное значение, но появление сигнала Ч 11 или Ч на выходах элементов 13 и 14 не происходит, поскольку сигнал Ч имеет нулевое значение.Исполнительный механизм 20 оста навливается, но в связи с продолжающимся процессом изменения сигнала рассогласования Ч при дальнейшем его уменьшении, когда его величина становится меньше эоны нечувствитель" 15 ности компаратора , происходит пропадание сигнала Ч на его выходе. На фиг. 2 представлен процесс регулирования в случае, если Ь 1 О, но имеет достаточно малую величину, 20 которой можно пренебречь при анализе переходного процесса, При дальнейшем . изменении регулируемого параметра в процессе отработки воздействия происходит изменение сигнала рассогласо вания по знаку и срабатывание компаратора 8. На его выходе возникает напряжение Ч 1 . При этом появляется напряжение Ч на выходе элемента ИЛИ 12, что вызывает запуск одновибратора 15 по переднему фронту сигнала Ч . Происходит переключение триггера 17 и сигнал Чб поступает на вход одновибратора 16, Одновибратор 16 запускается по переднему фронту сигнала 35 Чб . Сигнал Ч 1 с выхода одновибратора 16 длительностью У поступает на входы элементов И 13 и 14, Поскольку на всех входах элемента И 14 имеются единичные сигналы, то. на выходе элемента И 14 и соответственно на выходе элемента ИЛИ 11 возникают едыничные сигналы Чю и Ч б, Срабаттьвает усилитель мощности 19 и на обмотку исполнительного механизма 20 поступает управляющий импульс, вызывая его перемещение в направлении уменьшения сигнала рассогласования, В случае, если в течение корректирующего импульса произойдет срабатьвание компаратора 6 при дальнейшем изменении сигнала рассогласования, то сигнал Чю отключается, но движение исполнительного механизма в первоначальном направлении сохраняется из-за наличия сигнала Ч на входе элемента ИЛИ 11. В случае, если после окончания импульса 1 не происходит срабатывания компаратора 7, то движение исполнительного механизма прекращается и следующее его перемещение происходит после срабатывания компаратора 5 и 6. Описанный процесс происходит и при изменении сигнала рассогласования в другом направлении при соответствующем срабатьвании компаратора 7. Таким образом, при работе регулятора осуществляется предварительное включение воздействия при настраиваемых грани" цах зон нечувствительности компараторов 6 и 5, Это обеспечивает введение "динамического" инверсного гистерезиса в структуру регулятора, обеспечивающего высокое качество регулирования при меньшем количестве переключений исполнительного устройства.Для исключения возможности существования автоколебаний внутри эоны нечувствительности компараторов 5 и 6 повторное срабатывание одновибратора 16 возможно только после переключения триггера 17, т.е, госле выхода из эоны нечувствительности Й компараторов 5 и 6.На фиг, 2 пунктиром представлен переходной процесс с применением регулятора-прототипа для объекта, описьваемого передаточной функциейКЕ "Ю (1)р(1+Т)где Е - частота чистого запаздывания в системе (3 с);К - коэффициент передачи объекта (К = 1);Т - постоянная времени объекта(20 с) при оптимальных параметрах настройки регулятора прототипа и при единичном воздействии регулятора,На фиг, 2 сплошной линией пред" ставлен процесс изменения сигнала рассогласования для данного регулятора. Из фиг, 2 видно, что при принятой настройке (Ь = 0) данным регулятором обеспечивается повышен ное качество переходного процесса при меньшем количестве переключений.На фиг. 3 представлены фазовые портреты для данного примера регулятора ( сплошной годограф) и регулятора. прототипа (пунктирный годограф), наглядно иллюстрирующие уменьшение количества переключений.Формула изобретенияПозиционный регулятор для систем с запаздыванием, содержащий задатчик регулируемого параметра, датчик регулируемого параметра, сумматор, первый трехпозиционный релейный блок, два усилителя мощности, три элемента ИЛИ, два элемента И, первый одновибратор, КЯ-триггер, причем выход за датчика регулируемого параметра и .датчик регулируемого параметра подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам сумматора, подключенного выходом к входу первого трехпозиционного релейного блока, первый выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с 20 вторым выходом трехпозиционного релейного блока и с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого через второй усилитель мощности подключен к первому выходу регулято ра, второй выход которого подключен к выходу первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого эле- ЗО мента И, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратораи с первым входом второго элемента И,Подключенного выходом к второму входу третьего элемента ИЛИ, о т л ич а ю щи й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия и точностирегулятора, в него дополнительновведены второй одновибратор, четвертый элемент ИЛИ и второй трехпозиционный релейный блок, вход которогоподключен к выходу сумматора, первыйвыход второго трехпозиционного релейного блока подключен к второмувходу первого элемента И и к первомувходу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторымвыходом второго трехпозиционного релейного блока и с вторым входом второго элемента И, третий вход которо.го.соединен с третьим входом первогоэлемента И и с инверсным выходомпервого элемента ИЛИ, прямой выходкоторого соединен с К-входом КБ-триггера, подключенного выходом к входупервого одновибратора, а Б-входом -к выходу второго одновибратора,вход которого соединен с выходомчетвертого элемента ИЛИ,1427328 Фиг.3 Составитель Е. Власо ор Н, Корол вт актор ех.Кравчу о Заказ 4850/43 Тираж 866 КИПИ Государственн по делам изобрете Москва, Ж, Р