Трехпозиционный регулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 59208 119) (14 с 05 В 11/8 Р 35А.А.Петрыкин з и синтез апаздыванием,74, с,303,енсации за теме. Авто ХХП. 196,ти5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(57) Изобретение относится к области автоматики, Цель изобретения -упрощение конструкции и расширениеобласти применения. Регулятор содержит задатчик параметра, элемент срав.нения, трехпозиционный релейный блоки два усилителя мощности. В него введены триггер, одновибратор, три элемента ИЛИ и два элемента И. Регулятор позволяет осуществлять управление объектом в том случае, когда запаздывание входит в структуру объекта управления. 3 ил.Регулятор содержит заддтчик 1 регулируемого параметра, элемент 2сравнения, трехпозициоццый релейцыйблок 3, первьп и второц усилители4 и 5 мощности, триггер 6, одновибратор 7, первьттт, второй и третий элементы ИЛИ 8-10, первый и второй элементы И 11 и 12. Трехпозттционттыйт релейцьят блок 3 содержит целицейцьптэлемент 13, первый и второй вентильные элементы 14 и 15 и ицвертор 16,В качестве усилителей 4 и 5 мощности используются ключевые элементы. Регулятор управляет работой исполнительного устройства 17,Работа регулятора осуществляетсяследующим образом,Нд вход регулятора поступает сигнал Ч , пропорциональный текущемузначению регулируемого параметра. Заддтчиком 1 осуществляется установказаданного значения регулируемогопараметра. На выходе элемента 2 сравнения формируется сигнал рассогласования Ч , пропорциональный разностимежду заданным и текущим значениями.регулируемого параметра. Сигнал Чпоступает на вход нелинейного элемента 13, обладающего характеристикой трехпозиццоццого релейного элемента, в общем случае имеющего зонунечувствительности а и гистерезис д а.В слУчае, если сигнал Чп ца вхоДе нелинейного элемента 13 находится впределах его зоны нечувствительности (а +тта), сигнал Ч на выходе нелинейцого элемента 13 равен О, усилители 4 и 5 отключены и подачи управИзобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть применено при регулировании различных процессов в теплоэнергетике, химии и других отраслях промьппленности в случае, если в контуре регулирования имеется чистое запаздывание.Цель изобретения - упрощение конструкции и расширение области применения устройства.На фиг.1 . приведен пример практической реализации предложеццого устройства; на фиг. 2 - времеццой график процесса регулирования при использовании предложенного устройства; на фиг. 3 - фазовый портрет сис - темы автоматического регулирования при использовании предложенного устройства. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 ляющего воздействия ца исполнительное устройство це происходит,При превьппеции сигналом рассогласования Ч зоны нечувствительности нелинейного элемента 13 происходит срабатывание последнего. Например, в случае, если регулируемый параметр меньше, чем задаццое значение, на выходе трехпозиционцого релейного блока 3 формируется кусочнопостоянный сигнал положительной полярности. Сигнал т положительнойполярности проходит через вентильныйэлемент 14 нд первые входы элементовИЛИ 8 и 9 и на К-вход триггера 6,Сигнал Ч, поступает с выхода элементаИЛИ 9 на управляющий вход усилителя4, который подключает исполнительноеустройство 17 к цепи питания, вызывая изменение регулируемого параметра в сторону уменьшения сигнала рассогласования Ч . Одновременно происходит срабатывание триггера 6 и наего инверсном выходе появляется сигнал Ч, поступающий на первый входэлемента И 2 и подготдвливающийдальнейшую работу схемы, Появляетсясигнал и ца входе одцовибратора 7,однако его запуска це происходит, таккак запуск одцовибратора 7 осуществляется по заднему фронту входногосигнала, т.е. при уменьшении входного сигнала до нулевого уровня. Подвлиянием управляющего воздействияна выходе регулятора происходитуменьшение сигнала рассогласования,В момент уменьшения сигнала рассогласования. Ч, до величины меньшей,чем зона нечувствительности а нелинейного элемента 3, сигнал. ЧР наего выходе становится равным О. Про.исходит отключение усилителя 4 и запуск одновибратора 7, С выхода одновибратора 7 сигнал длительностью 4 поступает на второй вход элемента И 2.На выходе последнего возникает сигнал Ч 4, поступающий на один из входов элемента ИЛИ 10. Благодаря появлению сигнала Ъ"6 на выходе элементаИЛИ 10 происходит включение усилителя 5 и подача управляющего напряжения на второй вход исполнительногоустройства в течение времениПри изменении полярности сигнала рассогласования Ч, нд противоположный, работа регулятора происходит аналогично, но при изменении полярности сигнала ЧР на выходе целиней 1259208ного элемента 13. При этом сигнал 7 проходит через вентильный элемент 15 и инвертор 16, вызывая последовательное срабатывание усилителей 5 и 4, Инвертор 16 в примере- конструкции обеспечивает идентичность по полярности сигналов на выходах трехпозиционного релейного блока. Таким образом, в процессе регулирования при каждом отключении 1 О нелинейного элемента 13 происходит . включение на фиксированное время ) того выхода регулятора, на котором не было управляющего сигнала при включенном состоянии. нелинейного 15 элемента 13.Сущность изобретения заключается в следующем. При трехпозиционномуправлении объектом его управлениеобеспечивается при подаче управляю 20щих воздействий по двум питающимцепям, включение каждой из которыхприводит к изменению знака воздейст".вия на объект управления. При нали 25чии в системе автоматического регулирования чистого запаздывания отключение любой питающей цепи трехпозиционным релейным блоком происходитс задержкой на время запаздывания относительно момента, при .котором происходило бы отключение при отсутствии запаздывания. При этом объектрегулирования в течении времени запаздывания находится под излишнимвоздействием соответствующей питаю- . 35щей цепи, Если же в момент отключения питающей цепи трехпозиционнымрелейным блоком осуществить включе,ние другой питающей цепи на фиксированное время, то при соответствующем 40выборе длительности дополнительноговключения отрицательное влияние напроцесс регулирования запаздыванияможет быть скомпенсировано полностьюили частично, поскольку происходит 45торможение объекта регулирования,обеспечивающее компенсацию излишнего воздействия первоначального включения,При отсутствии гистерезиса в характеристике трехпозиционного релейного блока длительность дополнительного противовключения не должна превышать времени чистого запаздывания,так как в противном случае в системе 55могут возникнуть автоколебания награнице зоны нечувствительности. ПоРкажем это на примере системы с линей ной частью, описываемой передаточнойфункцией Дифференциальное уравнение, описывающее линейную часть системы (без учета запаздывания) имеет видс 1 У дУТ- + = КВ. (2)с Определим длительность дополнительного включения, при котором автоколебания на границе зоны нечувствительности невозможны. Пусть начальные условия в системе(3) У(О) с аУ(О) = О,/ "11 Я (ПГ О кВ+КВт 1 е кВ )У 2 В По окончании дополнительного воздействия происходит свободное движе- ние системы, причем где о - зона нечувствительности релейного элемента.Условия (3) являются наихудшими с точки зрения возможности возникновения автоколебательного режима на границе зоны нечувствительности. Вследствие запаздывания на объект ре гулирования в течение времени запаз"лдываниядействует, например, управляющее воздействие - В (если рассматривать начальные условия для анализа возможности автоколебаний . на другой границе зоны нечувствитель" ностй, то необходимо производить анализ при воздействии +В и начальных условиях у( О = а(О) О . Решая уравнение 2 ) и принимая 1 = ,потуг. чим л(5)1В момент времени= , с объекта сни1 мается воздействие -В и за счет дополнительного воздействия другой цепи на время подается воздействие +В.Решая уравнение (2) при. новых начальньгх условиях, соответствующих (Ц и (5), и принимая 1 , получюа фазовые траектории определяются решением уравнения2 от с-х-ктВЕ 11 х-ктв/, . (18)где С определяется из начальных условий,При наличии в системе запаздывания линии переключения определяются25 уравнениямис-.е -х 14 х-сх 4 е 1с 1 е 4 е-а,хгсС 19)Ч (е-х 14 хх 74 е 41-с/84 ха;са30 гдех=ТУ,Определим выражения для линий переключения, определяющих окончаниедополнительного включения, обеспечивающего коррекцию системы, ОбщийЗ 5 вид УРавнения (2) имеет видх - ).ктв 1-е ) х 1 о 1 е 20)Х 1-- Х с ( е - - с С 401х 1 е 14. е , 2 1)определим уравнения для дополнительных линий переключения, определивх(0) в выражении (21) иэ (20) и учтя,что значение у(0 определяется приреализации устройства в соответствии,с 1,Ф 9)Ф. Отсюда получимех (22)(23)Т Т Тта Е -1)Х-О-хат-1 гЕ -Етпри х О.фазовый портрет системы покаэыва 55ет, что в момент окончания дополни-тельного включения питающей цепи,обеспечивающей противоположное первоначальному воздействие на объект, и(15) при 2 = Зс,Зс, а = 2, В =+1,0; ЬаО,применение предложенного регулятора позволяет существенно повысить качество регулирования при простоте технической реализации и при наличии запаздывания в объекте управления, т.е, в наиболее существенном для практического применения случае. Это объясняется тем, что при применении предложенной конструкции регулятора полностью компен сируется влияние запаздывания при Для того, чтобы в системе не возникли автоколебания на границе зоны нечувствительности, должно выполняться,условие со) саПоложим Ч(оо) =а, тогда 1 4 Таким образом, автоколебания невозможны, если(12) Если трехпозиционный релейный элемент обладает гистерезисом Ь а, то для рассматриваембго объекта условием отсутствия автоколебаний на границе зоны нечувствительности являет- ся 1(оз) са+ ыа, (13)Следовательно, в предельном .случае Изложенное доказывает наличие положительного эффекта при реализации предложенного устройства.На фиг. 2 представлены временные зависимости изменения сигнала Рассогласования при отработке управляющего воздействия и соответствующие временные зависимости изменения управляющих сигналов.Иэ фиг. 2 видно, что для рассмотРанной в качестве примера системы, передаточная функция объекта которой без учета запаздывания описывается выражением фИ"1х. (16р(1+Тр ) р (1+20 Р 1 х входе сигнала рассогласования в зонунечувствительности регулягора.Подтверждением этого является фазовый портрет системы автоматического регулирования, представленный нафиг. 3 и соответствующий системе,линейная часть которой описываетсябез учета запаздывания выражением(16) .Построение фазового портрета осу О ществляется следующим образом. Дляобычного трехпозиционного регулятора при отсут твин гистерезиса д а иг4 = 0 уравнения линий переключенияимеют вид15при выборе его длительности в соо:гветствии с (15)( в приведенном примере при 6 а = 0) изображающие точки А, А, А и А оказываются на тех же траекториях, на которых находи лись бы при полном отсутствии запаздывания в системе, т.е. если бы отключение релейного элемента проис- .ходило в моменты времени, соответ.ствующие точкам В В, В и В 4.3 то показывает полную компенсацию эффекта запаздывания при вхождении сигнала рассогласования в зону нечувствительности релейного элемента. Из фазового портрета Фиг.З также видно, 5 .что нри значительных рассогласованиях, когда время прохождения сигналом рассогласования зоны нечувствительности равно или меньше времени дополнительчого включения (равенство указан- Ю ных времен характеризует точка С фиг. 3), работа системы становится ,сходной с работой двухпозиционной системы с обратным гистерезисом релейного элемента. Это обеспечивает по вышенное бистродействие систем автоматического регулирования при применении предложенной конст рук ции регулятора ..Ф,.о р м у л а и з .о б р е т е н и яТрехпозиционный регулятор, содер- ЗО жащий задатчик регулируемого парамет ра, элемент сравнения, трехпозиционный релейный блок, а также первый ивторой усилители мощности, причемвход элемента сравнения подключен квыходу задатчика, в выход - к входутрехпозиционного релейного блока,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью упрощения конструкции и расширения области применения, он дополнительно содержит триггер, одновибра.тор, три элемента ИЛИ, а также дваэлемента И, причем первый выход трех.позиционного релейного блока подключен к первым входам первого и второго элементов ИЛИ и триггера, второйвыход - к вторым входам первого итретьего элементов ИЛИ и триггера,выход первого элемента ИЛИ подключен через одновибратор к первым входам первого и второго элементов И,первый и второй выходы триггера подключены соответственно к вторым входам первого и второго элементов И,выходы которых подключены соответственно к второму входу второго элемента ИЛИ и к первому входу третьегоэлемента ИЛИ, выходы второго итретьего элементов ИЛИ подключены соответственно через первый и второйусилители мощности к выходам регулятора.