Импульсно-релейный регулятор

(59 4 С 05 В 11/1 РЕТВУ ИЗО ИОАН ИДЕТ Н АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Нелинейные системы автоматичекого управления. Метод гармоничес"кой линеаризации в проектированиинелинейных систем автоматическогоуправления. /Под ред. Ю.И.ТопчееваМ,: Машиностроение, 970, с. Д 91-3Авторское свидетельство СССРВ 1096608, кл. С 05 В 11/30, 983.(57) Изобретение относится к областисистем управления. Целью изобретенияявляется повышение точности и быстродействия регулятора. Поставленнаяцель достигается тем, что в регуляс- . тор, содержащий четыре одновибратора,И-триггер, первый и второй несимметричные релейные элементы, усилитель,интегратор, два задатчика, элементИЛИ, введены О-триггер, второй, тре" 94, тий, четвертый и пятый ключевые эле"менты, три элемента И и элементИ"НЕ. 2 ил.Изобретение относится к автоматическим импульсным регуляторам, в ко" торых выходной сигнал является лрерывной функцией отклонения входного . сигнала от заданной величины, и может быть использовано в системах автоматического регулирования различных процессов в теплоэнергетике и химии при применении в качестве испол 0 нительных устройств механизмов с постоянной скоростью перемещения для объектов с малой инерционностью, например в установках для регулирования температуры путем изменения концент 15 рации компонентов смеси из двух компонентов с различной температурой.Целью изобретения является повышение точности и быстродействия ре" гулятора.На фиг.1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг.2 - временные диаграммы основных сигналов регулятора при отработке возмущающего или управляющего воздействия.Регулятор (фиг.1) содержит усилитель 1, интегратор 2, несимметричные релейные элементы 3 и 4, задатчики зоны нечувствительности 5 и 6, ключевые элементы 7 - 11, элемент ИЛИ 12, одновибраторы 13-16, эле 30 мент И-НЕ .17, элементы И" 18-20, КЗтриггер 21, 0-триггер 22. В процессе регулирования регулятор осущест" вляет управление исполнительным устройством с постоянной скоростью пере- М мещения.Работа регулятора осуществляетсяследующим образом.На вход регулятора поступает сигнал 11 , равный разности между задан 40Вным и действительным значениями регулируемого параметра, и усиленный усилителем 1 он поступает на вход интегратора 2. С выхода интегратора 2 сигнал поступает на входы не"4 симметричных релейных элементов 3 и 4. В зависимости от полярности сигнала рассогласования при достижениисигналом на выходе интегратора 2 уровня, заданного задатчиком зоны нечувствительности 5 или 6, срабатывает соответствующий несимметричный релейный элемент, например элемент 3. На выходе элемента3 возникает сигнал П, (момент времени й на фиг.2) и поступает на один из входов элемента ИЛИ 12, вызывая появление на выходе последнего сигнала 11, которым запускаетсяодновибратор 13. Одновременно сигналП с выхода несимметричного релейного элемента 3 поступает на один извходов КЯ-триггера 21, вызывая, при.необходимости, его переключение. Припереключении триггера 21 инвертируются сигналы 0 и О на его выходах, поступающие на входы элементовИ 19 и 20 и подготавливающие включение обмотки исполнительного устройства, соответствующей полярностисигнала рассогласования У .Запуск одновибраторов 13-16 осуществляется по переднему фронту входного сигнала. При запуске сигналомБд одновибратора 13 на выходах егона время импульса р происходит ин-.вертирование сигналов. Сигнал Б единичного значения поступает на управляющий вход ключевого элемента 7, асигнал О с,инверсного выхода одновибратора 13, поступающий на вход одновибратора 14, принимает нулевоезначение. При срабатывании ключевого элемента 7 происходит обнуление интегратора 2 и, соответственно,уменьшение до нуля сигналов У и 11,.Поскольку в исходном состоянии, т.е.до момента запуска одновибратора 13,сигналы О, 0 , О., 11, имеют единичные значения, то при запуске одновибратора 13 сигнал П, на выходе элемента И 18 становится равным О, чтовызывает отключение ключевых элементов 9 и 1 О и подготовку к включению:исполнительного устройства 23. Длительность импульса й принимается минимально возможной о достаточнойдля срабатывания последующих устройств. Если в качестве ключевых элементов 8 - 11 используются устройстватиристорного типа, отключение которыхпроисходит не в момент равенства 0управляющего сигнала, а при выполнении одновременного условия равенства 0 тока через тиристор, длительность импульсавыбирается не менее,чем Т/2, где Т в , период напряженияпитания электродвигателя исполнительного устройства. Тем самым обеспечиваетая нормальное функционирование схемы и исключение возможностикороткого замыкания при переключенииключевых элементов,В момент окончания импульса длительностью С происходит обратное1228072 3инвертирование сигналов У и П начвыходах одновибратора 13. При этомпроисходит запуск одновибратора 14,длительность импульсов на выходе которогоопределяет длительностьуправляющего импульса, поступающегона обмотки исполнительного устройства (момент времени с на фиг.2). Сигнал Б на прямом выходе одновибратора 14 прпнимает единичное значение, 1 Оа сигнал Б на его инверсном выходенулевое. Равенство 0 сигнала 0 обес 5печивает возможность включения ключевых элементов 9 н 10 в течение управляющего импульса и, одновременно, 15вызывает появление единичного уровня напряжения сигнала О, на выходеэлемента И-НЕ 17, На выходе элементаИ 20 появляется сигнал У , поступаю -щий на управляющий вход ключевого 30элемента 11. При включении ключевогоэлемента 11 осуществляется подключение одной из обмоток электродвигателя исполнительного механизма к напряжению питания и перемещение исполнительного устройства в течение времени 1 в сторону, обеспечивающуюуменьшение сигнала рассогласования.В момент окончания управляющего имоупульса длительностью С происходит 30обратное инвертирование сигналов навыходах одновибратора 14. При этомстановится равным 0 сигнал 0 на вы"ходе элемента И-НЕ 17, что вызывает,соответственно, отключение ключевого З 5элемента 11,Одновременно происходит запуск одновибраторов 15 и 16 (момент временина фиг.2). Длительность импульсана выходе одновибратора 15 равна С, 4 Очто обеспечивает невозможность вклю- .чения ключевых элементов 9 и 10 догарантированного отключения ключевых элементов 8 и 11. Длительностьимпульса на выходе одновибратора 16 45определяет допустимую длительностьпаузы между очередными импульсамиуправления. По истечении времени(момент времени е на фиг.2) происходит обратное. инвертирование сиг Онала 0 на выходе одновибратора 15,на выходе элемента И 18 формируется единичное значение сигнала Пи включение ключевых элементов 9и 10. При этом обеспечивается закорачивание обмоток исполнительногоустройства 23 и улучшение качественных характеристик системы регулирования с использованием регулятора, В момент временизаканчивается переключение элементов схемы регулятора, которые устанавливаются в исходное состояние. Если на входе регулятора продолжает действовать, сигнал рассогласованйя Б, той же полявности и интервал времени между передними фронтами импульсов на вы". ходе несимметричного релейного элемента 3 не меньше, чем (С, ), работа элементов регулятора повторяется в описанной последовательности и на выходе регулятора формируется последовательность импульсов управления, частота которых линейно зависит от величины сигнала рассогласования ПВНаличие одновибратора 16 обеспечивает перевод регулятора в релейный режим работы при превышении сигналом рассогласования некоторого значения, при котором включение одновибратора 14 происходит в момент наличия импульса на выходе одновибратора 16. Проверка состояния 0-триггера 22 осуществляется сигналом 11 по его переднему фронту. Если длительность импульса на выходе одновибратора 16 такова, что его инвертирование в момент окончания импульса (момент времени с на фиг.2) происхобдит до запуска одновибратора 14, переключения П-триггера не происходит и работа схемы при очередном формировании импульса управления происходит аналогично описанному (моменты времени ,, з, 4 ). Если срабатывание одновибратора 14 происходит в момент времени, когда сигнал 0, на выходе одновибратора 16 имеет нулевое значение, т.е. когда одно- вибратор 16 запущен (момент временина фиг.2), происходит переключение П-триггера, на выходе элемента И-НЕ 17 формируется единичное значение сигнала 0 и регулятор входит в релейный режим работы до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до заданного настройкой одновибратора 16 значения.Для обеспечения стабильной работы регулятора в релейном режиме при любых величинах сигнала рассогласования в качестве одновибратора 16 целесообразно применять одновибраторы с повторным запуском, например типа КМ 155 АГЗ, запуск которыхосуществляется независимо от того, в каком состоянии находится одновибратор. При использовании одновибраторов обычного типа, повторный запуск которых происходит только по окончании предыдущего импульса, например К 155 АГ 1, при определенной величине сигнала рассогласования возможен сбой релейного режима, так как перед О ний фронт сигнала б с выхода одновибратора 14 может оказаться сформиро. ванным нмомент, когда одновибратор 16 не будет запущен несмотря на ве- личину сигнала рассогласования, пре вышающую предельное значение.Таким образом, при малых значениях сигнала рассогласования 11 регулятор осуществляет интегральную частотно-импульсную модуляцию управ ляющего сигнала, а при больших значениях - релейное управление, что обеспечивает повышенное быстродействие систем регулирования при применении предложенной конструкции регулятора. 25 Наличие ключевых элементов 9 и 1 О и закорачивание обмоток исполнительного устройства 23 при снятии управляющего импульса ведет к повышению точности отработки в установившемся ре- ЗО жиме.формула изобретенияИмпульсно-Релейный РегУлятоР З 5 содержащий четыре одновибратора, КЯ- триггер, первый несимметричный релейный элемент, подключенный управляющим входом к выходу первого задатчика, последовательно соединенные 4 О усилитель, интегратор, второй несимметричный релейный элемент, подключенный управляющим входом к выходу второго задатчика, и элемент ИЛИ, соединенный выходом с входом первого 45 одновибратора, прямой выход которого подключен к управляющему входу первого ключевого элемента, включенногопараллельно конденсатору интегратора, выход интегратора через первыйнесимметричный релейный элемент подключен к второму входу элемента ИЛИ,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности и быстродействия, регулятор содержит Р-триггер, второй, третий, четвертый и пятый ключевые элементы, трн элемента Ии элемент И-НЕ, инверсный выход первого одновибратора соединен с входомвторого одновибратора и с первым входом первого элемента И, выходы первого н второго несимметричных релейных элементов соединены соответственфно с первым и вторым входами КЗ-триггера, прямой выход которого. соединенс первым входом второго элемента И,а инверсный - с первым входом третьего элемента И, прямой выход второго одновибратора соединен с тактовым входом Р-триггера, а инверсный -с вторым входом первого элемента И,с входами третьего и четвертого одновибраторов и с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединенс вторыми входами второго и третьего элементов И, выходы которых соединены соответственно с управляющимивходами второго и третьего ключевыхэлементов, включенных последовательно с соответствующими обмотками исполнительного устройства, инверсныевыходы третьего и четвертого одновибраторов соединены соответственно стретьим входом первого элемента И ис информационным входом Р-триггера,выход которого соединен с четвертымвходом первого элемента И и с вторым входом элемента И-НЕ, выходпервого элемента И соединен с управляющими входами четвертого и пятогоключевых элементов, включенных параллельно обмоткам исполнительного устоойства.1228072 Корректор А,Зимоко Зак пис 4/5 П одственно графическое ри Составитель В.КузинРедактор К.Волощук Техред И.Попович 286/48 ВНИИПИ Госуд но делам 113035, Моск