Импульсный регулятор

(504( 05 В 11 ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Кунцевич В.М., Чеховой Ю.Н. Нелинейные системы управления с частотно- и широтно-импульсной модуляцией. Киев: Техника, 1970, с.42-45Авторское свидетельство СССР 1( 1117585, кл. С 05 В 11/26, 1984. (54) ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к системам автоматического управления при использовании в качестве исполнительных устройств исполнительных механизмов с постоянной скоростью перемещения. 11 ель изобретения - повышение точности, надежности и быстродействия регулятора. Регулятор содержит первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второмувходам исполнительного механизма,последовательно соединенные предварительный усилитель и интегратор, соединенный управляющим входом с выходом первого одновибратора, а выходомс входами первого и второго релейныхблоков, широтно-импульсный модулятор,первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго релейных блоков, а первый и второй выходы соединены соответственно с входами первого и второго усилителей мощности. Информационный выход модулятора соей динен с входом первого одновибратора э Регулятор принудительно приводит управляемую систему к симметричному автоколебательному режиму, что существенно повышает точность управления и быстродействие в установившем- Д ся режиме. 2 з,п.ф-лы, 3 ил.5О 15 20 25 40 45 50 55 Изобретение относится к автоматическим импульсным регуляторам, в которых вьходной сигнал является прерывной функцией отклонения входного сигнала от заданной величины, и может быть применено в различных системах автоматического управления, в т.ч. с мапой инерционностью объекта управления, при использовании в качестве исполнительных устройств ис -палнительных механизмов с постояццои скоростью перемещения, например вустановках для приготовления смесижидкостей задаццой температуры путемизменения концентрации компонентовсмеси иэ двух жидкостей с различнойтемпературой.1Цель изобретения - повышение надежности, точности и быстродействиярегулятора, а также расширение егообласти применения.На фиг, 1 изображена функциональная схема регулятора; на фиг.2принципиальная схема управляемогоодновибратора; на фиг.3 - эпюры напряжений элементов регулятора при отработке управляющего воздействия.Регулятор содержит первый 1 ивторой 2 усилители мощности, исполнительный механизм 3, предварительный усилитель 4, ицтегатор 5, первыйодновибратор 6, первый 7 и второй 8релейные блоки, широтно-импульсцыймодулятор 9, второй 10 и третий 11одновибраторы, элемент ИЛИ 12 и третий релейный блок 13,Широтно-импульсный модулятор 9содержит второй элемент ИЛИ 14, первый 15 и второй 16 управляемые одновибраторы,Управляемый одновибратор состоитиз операционного усилителя 17, первого 18, второго 19 и трегьего 20резисторов, первого 21 и второго 22диодов, четвертого резистора 23,конденсатора 24, третьего 25, четвертого 26 и пятого 27 диодов,Регулятор работает следующим образом.Ва вход предварительного усилителя 4 поступает сигнал О , равныйЬюразности между заданным и действительным значениями регулируемого параметра. С выхода предварительногоусилителя 4 усиленный сигнал 1 поступает ца вход интегратора 5, а также ца вход третьего релейного блока13, При достижении сигналом 0 ца выходе интегратора 5 величины, превтштаюпей зону нечувствительностиодного из релейцых бттоков 7 или 8,происходит срабатывание пбследнего.В случае, если, например, заданноезначение больше, чем текущее значение регуляруемого параметра, предварительный усилитель 4 цеинвертирует входной сигнал, а интегратор 5осуществляет в процессе работы инвертирование входного сигнала, происходит срабатываецие блока 8. Репейные блоки 7 и 8 обладают двухпозиционными характеристиками и могут быть реализованы по схемам общеизвестных компараторов, При срабатывании релейного блока 8 ца его выходе возникает кусочно-постоянный сигнал 0 , поступающий на второй сигнальный вход широтно-импульсного модулятора 9, При этом происходит запуск управляемого одновибратора 16 широтно-импульсного модулятора 9.Запуск управляемого одновибратора 16 (фиг.2) осуществляетс.я следующим образом.1 В исходном состоянии, т.е. при отсутствии сигналов 4 и 1,2 на входах огновибратора, операционный усилитель 17 находится в состоянии, при котором на его выходе напряжение равцо отрицательному значению питающегонапряжения. При постуттлеции сигналаЦ на сигнальный вход управляемогоодновибратора последний поступаетчерез резистор 8 ца плюсовой входодновцбратора. Величина входного сигнала ц параметры делителя на резисторах 18 и 19 выбираются таким образом,чтобы значение напряжения положительной полярности на плюсовом входе операгиоццого усилителя от сигнала 14превышало значение цапрякеттия отрицательной полярности на том же входеот в 4 ходцого напряжения усилителя,величина которого определяется напряжением питания и параметрами делителяца резисторах 20 и 19, Благодаря наличию положительной обратной связи,образованной резистором 20, усилитель17 переключается в состояние, при котором ца его выходе напряжение становится равным положительному значениюнапряжения питания, Данное напряжение проходит через диод 2 1 ца выходопновибратора, Одновременно начинаетзаряжаться конденсатор 24, причемскорость возрастания положительногонапряжения на его первой обкладке определяется постоянной времени цепи последовательно соединенных резистора 23 и конденсатора 24, При возникновении сигнала П на выходе управляемого 5 одновибратора последний поступает на второй выход широтно-импульсного модулятора 9 и на один иэ входов элемента ИЛИ 14. С выхода последнего сигнал П поступает на информацион . ный выход широтно-импульсного модулятора 9 и соответственно на вход одновибратора 6, Происходит запуск одновибратора 6 по переднему фронту входного сигнала П, Длительность импульса П на выходе одновибратора 6 устанавливается минимально возможной, но достаточной для полного обнуления интегратора 5, поскольку при поступлении сигнала П на управляющий вход 20 интегратора 5 происходит обнуление последнего. Соответственно становится равным нулю сигнал П на выходе интегратора 5, и происходит отключение релейного блока 8. Сигнал П 4 на 25 4 сигнальном входе управляемого одновибратора 16 также становится равным нулю. При достижении напряжением на первой обкладке конденсатора 24 величины, превышающей значение напря 30 жения на плюсовом входе операционного усилителя 17, происходит обратное переключение операционного усилителя 17, и напряжение на его выходе становится вновь отрйцательным. Благо даря диодам 22 и 25 происходит разряд конденсатора 24, напряжение на минусовом входе операционного усилителя становится равным нулю, а напряжение на выходе операционного40 усилителя остается отрицательнымблагодаря наличию обратной связи, Управляющий импульс Пб поступаетчерез усилитель 2 мощности на исполнительный механизм 3, обеспечивая 45 его перемещение в сторону уменьшения сигнала рассогласования, При отсутствии сигнала П на управляющем входе одновибратора 16 длительность управляющих импульсов постоянная и определяется,та ким образом. постоянной времени цепи последовательно соединенных элементов 23 и24, Таким образом, до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до определенной величины, на выходе регулятора формируется последовательность импульсов постоянной длительности, частота которых пропорциональна величине сигнала рассогласования, При приближении сигнала рассогласования к нулевому значению структурой регулятора обеспечивается коррекция длительности импульса управления и обеспечениеавтоколебательного режима с заданными характеристиками. Это осуществляется при работе релейного блока 13,одновибраторов 10 и 11 и элементаИЛИ 12. Релейный блок 13 обладаеттрехпозиционной характеристикой,приведенной на фиг.1. Данная характеристика может быть осуществленапри паралллельном включении двухрелейных блоков с характеристикамиблоков 7 и 8 и подключении их выходов к выходу блока через сумматорили элемент ИЛИ. В случае, если всистеме целесообразен симметричныйавтоколебательный режим, то величина зоны нечувствительности релейного блока 13 устанавливается. равнойили меньшей реакции объекта управления и исполнительного устройствана уменьшенный вдвое управляющийимпульс регулятора,В момент времени, когда сигнал рассогласования достигает значения зоны нечувствительности релейного блока вне зависимости от знака производной сигнала рассогласования, срабатывает один из одновибраторов 10 или 11. При уменьшении сигнала рассогласования до значения эоны нечувствительности релейного блока 13 по заднему фронту кусочно-постоянного сигнала на его выходе Ц срабатывает одновибратор 10, а при увеличении сигнала рассогласования до значения, большего зоны нечувствительности, - одновибратор 11 по переднему фронту сигнала П . При сраба 9тывании любого иэ одновибраторов 10 или 11 сигналы Цо или Ц, поступают на входы элемента ИЛИ 12, При появлении сигнала П, на выходе элемента ИЛИ 12 данный сигнал поступает на управляющий вход широтно-импульсного модулятора 9 и соответственнс на управляющие входы управляемых одновибраторов 15 и 16, При поступлении сигнала П, на управляющий вход управляемых одновибраторов 15 и 16 сигнал П, (фиг.2) поступает через диод 27 на минусовой вход операционного усилителя 17. При этом происходит сброс одновибратора в исходное положение внезависимости от величины заряда на конденсаторе 24 и обнуление последнего. При безынерционных и малоинерционных объектах управления возникновение корректирующего импульса 1 происходит в момент действия управляющих импульсовпли Б, ри указанных параметрах зоны нечувствительности релейного блока 13, Таким обра зом, система принудительно приводится к симметричному автоколебательному режиму, причем в отличие от регулятора-прототипа длительность управляющего импульса в установившемся режи ме может быть установлена весьма малой, теоретически до значения, близкого к нулевому. Это позволяет существенно повысить точность управления в установившемся режиме. Посколь ку установление заданного режима обеспечивае.тся автоматически при входе в автоколебательный режим, а не после его установления, изобретение позволяет повысить бьгстродействие систем регулирования. Установкой заданной несимметричности зоны нечувствительности релейного блока 13 в системе регулирования при использовании предлагаемого регулятора может 30 быть обеспечен процесс с заданной несимметричностью выходного режима и соответственно с заданной частотой автоколебаний.Изобретение может быть использована и для регулирования объектов, обладающих инерционностью. В этом случае параметры эоны нечувствительности релейного блока 13 устанавливаются40 экспериментально с тем расчетом, чтобы возникновение корректирующего импульса 1, происходило в заданный момент действия управляюшего импульсаили45ФОрмула изобретенияИмпульсный регулятор, содержащий первый и второй усилители мощности, подключенные выходами к первому и второму входам исполнительного механизма соответственно, последовательно соединенные предварительный усилитель и интегратор, подключенный управляющим входом к выходу первого одновибратора, а выходом - к входам первого и второго релейных блоков, широтно-импульсный модулятор, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго репейных блоков, первый и второй выходы подключены соответственно ковходам первого и второго усилителеймощности а информационный выходк входу первого одновибратора, второй и третий одновибраторы, элементИЛИ и третий релейный блок, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюФповышения надежности, точности ибыстродействия регулятора, а такжерасширения его области применения,выход предварительного усилителясоединен через третий релейный блокс входами второго и третьего одновибраторов, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, а выход элемента ИЛИ подключен к управляющемувходу широтно-импульсного модулятора.2. Регулятор по п,1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что широтно-импульсный модулятор содержит второйэлемент ИЛИ, первьгй и второй управляемые одновибраторы, сигнальныевходы которых соединены соответственно с сигнальными входами широтноимпульсного модулятора, выходы соединены соответственно с первым ивторым выходами широтно-импульсногомодулятора и с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ, а управляющие входы - с управляющим входомширотно-импульсного модулятора, выход второго элемента ИЛИ подключенк информационному выходу широтноимпульсного модулятора,3, Регулятор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что управляемый одновибратор содержит операционный усилитель, плюсовой вход которого соединен через первый резистор с сигнальным входом одновибратора, через второй резистор - с общей шиной питания и через третий резистор - с выходом операционного усилителя, выход которого подключен через первый диод к выходу одновибратора и через параллельно включенные второй диод и четвертый резистор к первой обкладке конденсатора и к первым выводам третьего и четвертого диодов, вторая обкладка конденсатора и второй вывод третьего диодаподключени к общей шине питания,второй вывод четвертого диода подключен к иинусовому входу операционного усилителя и череэ пятьй диод к управляющему входу управляемого одновибратора.1251025 ставитель П.К хред Н.Бонкал рявцев Корректор С .Черн едактор Е.Копча аказ 4409/4 4 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, у ктная, 4 Тираж 83 ИИПИ Государс по делам изо 3035, Москва, енного ком етений и о-35, Раушс Подписноетета СССРкрытийая наб