Импульсный регулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК В 11/2 судАРстВенный Комитет сссРЕН Р(56) Авторское свидетельство СССР1004969, кл. С 05 В 11/26, 1981.Авторское свидетельство СССР1170426, кл. С 05 В 11/26, 08.02,84,Авторское свидетельство СССР , 1117585, кл. С 05 В 11/26, 1983. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области теплоэнергетики и химической промьппленности и может быть, применено в импульсных системах автоматического управления объектами, обладающими. Фильтрующими средствами. Целью изобретения является повышение быстродействия и упрощение регулятора. В данном регуляторе сигнал рассогласования поступает на входы Фильтра, первого и второго релейных блоков и на информационный вход входного фильтра, выходной сигнал которого поступает на вхо 801238025 А 1 ды детектора и третьего релейного блока. Выходной сигнал третьего ре- лейного блока поступает на первый вход широтно-импульсного модулятора и через одновибратор - на управляющий вход входного фильтра. Выходной сигнал детектора через ключ поступает на второй вход широтно-импульсного модулятора, выходной сигнал которого поступает на первые входы первого, второго и третьего элементов И. Выходной сигнал фильтра через четвертый релейный блок поступает на второй вход первого элемента И и с его выхода - на управляющий вход ключа. Выходные сигналы первого и второго ре-лейных блоков поступают на вторые входы соответственно второго и третьего элементов И, Выходные сигналы вто- Сф рого и третьего элементов И через первый и второй усилители мощности Д поступают на соответствующие входы исполнительного механизма. В качестве входного Фильтра может быть применен либо управляемьй интегратор, либоСИ управляемое апериодическое звено. 00 ,2 з,п.ф-лы., 4 ил. (,")Ю12380 Изобретение относится к теплоэнергетике и химической промышленноСти иможет быть применено в импульсныхсистемах автоматического управленияобъектами, обладающими фильтрующимисвойствами.Цель изобретения - повьшение быстродействия и упрощение регулятора.На фиг.1 представлена функциональная схема регулятора; на фиг,2 и 103 - принципиальные схемы вариантоввыполнения входного фильтра; на фиг.4 - эпюры выходных напряжений основных блоков регулятора.На Фиг. 1-4 приняты. следующие обоз начения; входной фильтр 1, четвертый, третий,. второй и первый релейные блоки 2 - 5, широтно-импульсный модулятор 6, одновибратор 7, детектор 8, ключ 9, фильтр 10, третий, первый и 20 второй элементы И 11, 12 и 13, первый и второй"усилители 14 и 15 мощности, сумматор 16, КЯ-триггер 17, пятый релейный блок 18, интегратор 19, исполнительный механизм 20, исполнительный 525электродвигатель 21, редуктор 22, измеритель рассогласования 23, резисторы 24 и 25, конденсатор 26, операционный усилитель 27, ключ 28, У -входное напряжение импульсного регулято ра (т.е. напряжение рассогласования),: 0 - выходное напряжение входного Филь- тра 1, 0 - выходное напряжение четвер;того релейного блока 2, Б - выходное,напряжение одновибратора 7, Б - выходное напряжение широтно-импульсного модулятора 6, П - выходное напряжение детектора 8, 0 - выходное напряжение .ключа 9, Б, - выходное напряжение фильтра 10, Ю - выходное напряжение третьего релейного блока 3, 0 - выходное напряжение третьего элемента И 11 0 ,П - выходные напряженияюф мсоответственно второго и первого релейных блоков 4 и 5, П 1, О, - выходные 5напряжения соответственно йервого ивторого элементов И 12 и 13, 0 ,- выходной сигнал исполнительного механизма 20.1Широтно-импульсный модулятор 6 содержит сумматор 16, триггер 17, пятыйрелейный блок 18 и интегратор 19. Вкачестве триггера 17 может быть применен известный КБ-триггер.В качестве исполнительного механизма 20 в данном случае применяетсяисполнительный механизм постояннойскорости, который содержит (однофаз% 25 1ный) электродвигатель 21 и (силовой) редуктор 22В качестве входного фильтра 1 может быть применен один из вариантов выполнения входного фильтра, представленных на фиг.2 и 3. Первый вариант выполнения входного фильтра представляет собой управляемый интегратор и содержит резистор 24, конденсатор 26, операционный усилитель 27 и ключ 28. Второй вариант выполнения входного фильтра представляет собой апериодическое звено и содержит резисторы 24 и 25, конденсатор 26, операционный усилитель 27 и ключ 28.Кроме того, .указанное периодическое звено может быть реализовано любым известным способом. Фильтр 10 выполняет в данном регу ляторе функции блока выделения постоянной составляющей сигнала рассогласования, В качестве фильтра 10 может быть использован любой известный фильтр низкихчастот. В качестве детектора 8 может быть использован любой известный двухтактный детектор.Регулятор работает следующим образом.На вход регулятора поступает напряжение У пропорциональное разности междузаданным и действительным значениями регулируемого параметра. Напряжение Юпоступает одновременно на сигнальный вход входного фильтра 1, на входы второго и первого релейных блоков 4 и 5, фиксирующих знак напряжения рассогласования 0 , и на вход детектора 10. Структурная схема данного регулятора обеспечивает возможность работы на трех режимах вФзависимости от величины зоны нечувствительности третьего релейного блока 3, обладающего в указанном примере выполнения регулятора трехпозиционной характеристикой. Если зона нечувствительности третьего релейного блока равна нулю, то данный регулятор работает в режиме частотно-импульсной модуляции, при котором на выходах первого и второго элементов И 12 и 13 Формируются импульсные напряжения 0; и Оз, импульсы которых имеют постоянную длительность и частоту следо" вания, определяемую величиной напряжения рассогласования 0 . В этом случае при любой величине напряжения 0 на выходе фильтра 10 на выходе третьего релейного блока 3 имеется3 1238025отлич о нуля напряжение 08, кото- токолебательных системах автоматирое подается на второй (инверсный) ческого регулирования объектом, кото- вход третьего элемента И 11 и препят- рый обладает фильтрующими свойствами. ствует появлению на его выходе отлич- В этом случае величина зоны нечувного от нуля напряжения 0 в, обеспечи- ствительности третьего релейного бловающего замыкание ключа 9, т,е. вклю- ка 3 выбирается таким образом, чтобы чение цепей коррекции длительности исключить замыкание ключа 9, т,е. импульсов управляющего напряжения, исключить возможность работы цепейПри повышении напряжением О, на коррекции регулятора в переходном ревыходе входного фильт ад . д ф ьтра 1 величины, 1 О жиме работы, когда происходит отра. достаточной для срабатывания четвер- ботка регулятором управляющего или того релейного блока 2, на его выхо- возмущающего воздействия до момента де появляется напряжение У, поступающее на тактовый вход широтно-им- жима работы регужима ра оты регулятора, характерипульсного модулятора 6. П оисхо итду Роисходит 15 зующегося попеременным появлением переключение триггера 17 и на выходе импульсов управлямп льсов правляющих напряжений на широтно-импульсного модулятора б по- выходах первого и второй элементов является напряжение У, поступающее И 12 и 13на вторые входы первого и вто огор о и второго Когда в результате отработки регу- элементов И 12 и 13. В зависимостизависимости лятором внешнего воздействия постоянот полярности напряжения рассогла- ная составляющая напряжения рассогласования Бпроисходит появленйе нап- сования Ц достио игает заданнои велим ряжения О, (или 0 ) на выходе элемен-чины (например, момент времени С та И 12 (или 13)( 13), что определяется фиг.21, то напряжение Пв на выходе соответственно наличием напряжения третьего релейног б 325 й ого лока пропадает.0 (или Ц,) на выходе релейного бло- При возникновении на выходе широтно). р о влении напряже- импульсного модулятора 6 переднего ния Б на выходе четвертого релейно- фронта очередного импульса напряжего блока 2 происходит срабатывание ния У происходит замыкание ключа 9 одновибратора 7 по переднему фронту и напряжение Г - с выхода детектора напряжения 0 . На выходе одновибрато-Зо8 поступает на управляющий вход шира 7 возникает короткий импульс нап- ротно-импульсного модулятора 6 и, ряжения Б , поступающий на управляю- соответственно, на второй вход суммащий вход входного фильтра 1 и вызыва- тора 16, При этом длительность имющий его обнуление. В дальнейшеми оДальнейшмпро- пульсов напряжения Ц определяется исходит пропадание напряжения 0 на 35 суммой напряжений У и У выходе широтно-импульсного модулятов 6 ф ра 6, поскольку напряжение 0 посту- Если в системе управления в котоФ пает через сумматор 16 на вход интег- рой применяется данный регуляторЭ ратора .19 и при достижении его выход- обеспечивается симметричный автоколеным напряжением величины, достаточ бательный режим работы, характеризуюмнои для срабатывания пятого релейного щийся тем, что ось колебаний выходб лока 18, происходит обратное переклю- ного сигнала 0, регулятора находится чение триггера 17 и возврат широтно- на одинаковом расстоянии от значения импульсного модулятора 6 в исходное сигнала 0 в в момент отсутствия им. состояние. При сохранении напряжения 45 пульсов. напряжений Б и О на выходахП 1 З рассогласования 0на входе регулято- пеРвого и второго элементов И 12 и ра процесс регулирования повторяется 13, то на выходе регулятора импульсы и на выходе усилителей 14 и 15 мощ- сигнала Пв, имеют постоянную длительности формируются прямоугольные им- ность. Это связано с тем, что симметпульсы напряжения управления постоянричному автоколебательному сигналувнои длительности.У на выходе исполнительного механизмаЕсли зона нечувствительности тре в регуляторе с модуляцией данного тьего релеййого блока 3 не равна ну- класса соответствует симметричный лю, в регуляторе обеспечивается до- процесс изменения напряжения на выполнительная модуляция импульсов уп ходе входного фильтра 1. В .этом сигравляющих йапряжений по длительности. нале при различных полярностях напря- Н аибольший эффект от применения дан- жения рассогласования 0 длительностьвл ного регулятора обеспечивается в ав- импульсов выходного сигнала У регуви Регу1238 3лятора увеличивается в результатевоздействия корректирующего напряжения0 на одну и ту же величину. Если изза соответствующих начальных условийв регуляторе возник несимметричныйавтоколебательный выходной сигналБ или несимметричный автоколебательный выходной сигнал 0 , явился следствием внешнего возмущения (например,момент времени С, Фиг.2), то соответственно происходит изменение напряжения 0 на выходе входного фильтра 1, При этом происходит коррекциядлительности импульсов управляющихнапряжений 0 ц и Ц на выходах первого и второго элементов И 12 и 13 дотех пор, пока на выходе регулятора неустановится симметричный автоколебательный сигнал бц.В случае, если в качестве входногофильтра 1 используется первый известный вариант выполнения входного фильтра (см.фиг,2), то за счет обеспечения симметрии выходного сигнала регулятора Цц обеспечивается повышениеточности регулятора, так как обеспечивается уменьшение величины отклонения регулирующего параметра от егозаданного значения,Если в качестве входного фильтра1 используется второй известный вариант выполнения входного Фильтра(см.фиг.3), то существенно повышаетсябыстродействие регулятора. Это объясняется тем, что при использованиивторого варианта выполнения входного 35фильтра в автоколебательном режимеработы регулятора величина постоянной составляющей его выходного сигнала Б , зависит только от степени егонесимметрии и равна нулю при снммет причном выходном сигнале 08, регулятора. При этом замена первого варианта выполнения входного фильтра вторымвариантом существенно улучшает динамические характеристики регулятора. 45Повышение быстродействия данного ре"гулятора обеспечивается за счет того,что в отличие от регулятора-прототипа коррекция выходного сигнала 0регулятора обеспечивается непосредственно при возникновении его асимметрии и постоянно, в то время как впрототипе указанная коррекция обеспечивается только при появлении третьего импульса управляющего напряжения 55относительно момента начала асимметрии выходного сигнала регуляторапрототипа. 025При необходимости в данном регуляторе может быть обеспечен режим работы с постоянной частотно-широтной модуляцией управляющего напряжения. В этом случае величина эоны нечувствительности третьего релейного блока 3 устанавливается больше, чем максимально возможная величина постоянной составляющей напряжения рассогласования Б.Таким образом, в данном регуляторе обеспечивается возможность создания внутреннего контура регулирования начальных условий, обеспечивающего устранение постоянной составляющей ,ошибки (т.е. статической ошибки) регулирования при работе регулятора в автоколебательном режиме, позволяющего при необходимости обеспечивать частотно-широтную модуляцию управляющих напряжений и обладающего по сравнению с известными импульсными регуляторами простотой технической реализации. Формула изобретения 1. Импульсный регулятор, содержащий первый и второй релейные блоки, входы которых соединены между собой, а выходы подключены к первым входам соответственно первого и второго эле)ментов И, вторые входы которых соединены между собой,.первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второму входам исполнительного механизма, входной фильтр, соединенный сигнальным входом через фильтр с входом третьего релейного блока, управляющим входом - с выходом одновибратора, а выходом через четвертый релейный блок .- с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, управляющим входом подключенного к выходу ключа, соединенного управляющим входом с выходом третьего элемента .И, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и упрощения регулятора, в йем, дополнительно установлен детектор, соединенный выходом с сигнальным входом ключа, а входом - с выходом входного фильтра, подключенного сигнальным входом к входу первого релейного блока, выход четвертого релейного блока соединен с входом одновибратора, выход широтно-импульсного модулятора подключен к второму входу первого элемента И и к первому входу1238025 8ного модулятора, подключенного управляющим входом к второму входу сумматора. третьего элемента И, соединенного вторым входом с выходом третьего релейного блока, выходы первого и второго элементов И подключены к входам соответственно первого и второго усилителей мощности,2 Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что широтно-импульсный модулятор содержит последовательно соединенные ЙЯ -триггер, сумматор, Ю интегратор и релейный элемент, подключенный выходом к Й -входу ЙЬ-триггера, соединенного 5 -входом с тактовым входом широтно-импульсного модулятора, инверсным выходом - с управ ляющим входом интегратора, прямым выходом - с выходом широтно-импульс 3. Регулятор по пп 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что входной фильтр содержит операционный .усили" тель, соединенный входом с первой обкладкой конденсатора и первыми выводами первого и второго резисторови ключа, а выходом - с второй обкладкой конденсатора, вторыми выводами второго резистора и ключа и выходом входного фильтра, входом соединенного с вторым выводом первого резистора, а управляющим входом - с управляющим входом ключа.1238025 каз 3289/47В Тираж 836 Подписное НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д