Частотно-импульсный регулятор

(51)4 С 11/3 В" ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР )1 1105859 з кл, С 05 В 11/26 з 1982Авторское свидетельство СССР Ф 1117585, кл. С 05 В 11/36, 1983,Авторское свидетельство СССР )1 1096608, кл. ( 05 В 11/30, 1983, (54) ЧАСТОТНО в ИМПУЛЬСН РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к тепло- энергетической и химической технике и может быть использовано при регулировании различных технологических процессов в сочетании с исполнительными механизмами постоянной скорости. Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение перерегулирования регулятора. Поставленная цель достигаетсяследующим образом. Сигнал задания сравнивается с регулируемым параметром. Полученный сигнал рассогласования преобразуется во входном фильтре, в качестве которого используется апериодическое звено. Его выходной сигнал поступает на информационные входы компараторов, эоны нечувствительности которых задаются соответствующим выбором опорных сигналов, Выходные сигналы компараторов преобразуются в выходные импульсные сигналы и усиливаются по мощности. Выходные сигналы компараторов по" ступают на входы элемента ИЛИ, выходной сигнал которого преобразуется в импульсный сигнал. Этот сигнан управляет разрядом интегратора входного фильтра Выходные сигналы компараторов преобразуются в импульсные сигналы, суммируются.и результирующий сигнал подается на вход корректирующего фильтра, например, апериодического , звена. Его выходной сигнал уменьшает величину сигнала рассогласования.3 ил1287Изобретение относится к теплоэнергетической и химической технике и может быть использовано при регулировании различных технологических процессов в сочетании с исполнительными ме 5ханизмами постоянной скорости.Целью изобретения является повышение быстродействия и уменьшение перерегулирования регулятора.На фиг. представлена функциональная схема регулятора; на фиг.2 -структурная схема системы регулирования с данным регулятором; нафиг.3 амплитудно-фазовые частотные характеристики систем регулирования с прототипом и предлагаемым регулятором,Устройство содержит блок 1 сравнения, сумматор 2, задатчик 3, источники 4 и 5 опорных сигналов, входной фильтр 6, корректирующий фильтр 207, первый и второй компараторы 8 и 9,ключ 10, четвертый, пятый, третий,первый и второй одновибраторы 1115, элемент ИЛИ 16, первый и второйусилители 17 и 18 мощности, резисторы 19 - 22, операционные усилители23 и 24, компараторы 25 и 26, нелинейный элемент 27 типа "квантовательуровня", динамические блоки 28 и 29,блок 30 положительной обратной связи 30объект 31 регулирования, измеритель32 рассогласования, сумматор 33, апериодические звенья 34 и 35, регулятор 36, годографы 37-40 амплитуднофазовых частотных характеристик, 35На чертежах обозначено: 41 и 42области допустимых значений коэффициентов нелинейного блока 27, Пв -выходной сигнал датчика регулируемого параметра или регулируемая координата, Б, - выходной сигнал задатчика 3, 11 - сигнал рассогласования иливыходной сигнал блока 1 сравнения,0 - выходной сигнал входного фильтЯра 6, 11 , П - вьгходные сигналы соответствейно первого и второго компараторов 8 и 9, Б , П - выходные сигналы соответственно четвертого и пятого одновибраторов 11 и 12, Бг,БВвыходные сигналы соответственно первого и второго усилителей 17 и 18мощностей, П " выходной сигнал элемента ИЛИ 16, 0 - выходной сигналтретьего одновибратора 3,выходные сигналы соответственно первого и второго одновибраторов 14 и15, Ц 1 - вьгходной сигнал сумматора 2,Б - выходной сигнал корректирующеЙго фильтра 7, Т, Т - постоянные вре 100 2мени апериодических звеньев 34 и 35, К и К - коэффициенты усиления апериодических звеньев 34 и 35 У 312 длительности прямоугольных импульсов, И р) - передаточная функция объекта регулирования 31,- зона нечувствительности компараторов 8 и 9, б- уровень квантования нелинейного элемента 27 типа "квантователь уровня",х - выходной сигнал измерителя 32 рассогласования, х - выходной сигнал сумматора 33, х - выходной сигнал апериодического звена 34, х - выход 3 ной сигнал нелинейного элемента 27 типа квантователь уровня", х - выл ходной сигнал динамического блока 28, х г - выходной сигнал блока 30 положительной обратной связи, ха - выходной сигнал динамического блока 29, х - выходной сигнал апериодического звена 35, ха - выходной сигнал объекта 31 регулирования или регулируемая координата, хд - сигнал задания. Первый компаратор 8 в сочетании с первым источником 4 опорного сигнала образует первый релейный блок с несимметричной релейной характеристикой, а второй компаратор 9 в сочетании со вторым источником 5 опорного сигнала образует второй релейный блок с несимметричной релейной характеристикой.Работа регулятора осуществляется следующим образом.На третий (инверсный) вход блока Е сравнения поступает сигнал Пс выхода датчика регулируемого параметра. На первый (неинвертирукчпий) вход блока 1 сравнения поступает сигнал Пз с выхода задатчика 3 регулируемого параметра. Результирующий сигнал рассогласования Б с вьгхода блока 7 сравнения поступает на информационный вход входного фильтра 6. При достижении сигналом Ъ на выходе входного фильтра 6 величины, превышающей значение зоны нечувствительности соответствующего компаратора 8 (или 9), происходит срабатывание последнего. Например, если сигнал Бз в процессе изменения задания становится больше сигнала П, то сигнал 11 больше О, сигнал Б меньше О 1 в случае, если входной фильтр 6 осуществляет инвертирование сигнала), происходит срабатывание второго компаратора 9. Порог срабатывания первого и второго компараторов 8 и 9 опре287100 10 5 20 25 35 45 55 деляется величиной сигналов на выходах источников 4 и 5 опорных сигналов. При срабатывании второго компаратора 9 на его выходе формируется кусочно-постоянный сигнал Б. По его переднему фронту происходит запуск пятого, третьего и второго одновибраторов 12, 13 и 15. Длительность импульса на выходе пятого одновибратора 12 выбирается исходя из требуемого коэффициента усиления системы и характеристик исполнительного устройства. Длительность импульса на выходе третьего одновибратора 13 выбирается минимально возможной исходя из . условия полного разряда компаратора 25 входного Фильтра 6 за время импульса, так как при запуске третьего одновибратора 13 происходит срабатывание ключа 10 и разряд компаратора 25 фильтра 6. Длительность импульса на выходе второго одновибратора 15 выбирается расчетным или опытным путем исходя из динамИческих характеристик системы и параметров регулятора, например построением при принятой длительности импульса частотной характеристики приведенной линейной части системы автоматического регулирования. При запуске всех одно вибраторов 11 - 15 регулятора (фиг,1) предполагается, что сигнал на их выходе при входном импульсе имеет положительное значение и равен 0 при отсутствии импульса на входеВыходной сигнал У второго одновибратора 15 через сумматор 2 поступает на вход корректирующего фильтра 7. При этом на выходе корректирующего фильтра 7 начинает возрастать сиг нал Ъ , который поступал на второй (инверсный) вход блока 1 сравнения, частично компенсируя сигнал рассогласования 01.При сохранении величины сигнала рассогласования Б 1 описанный процесс повторяется и на выходе регулятораформируется последовательность моделированных по частоте и знаку импульсов управления. Чем больше величина 50 сигнала рассогласования Б, тем больше частота импульсов, тем больше корректирующее воздействие обратной связи, образованной корректирующим фильтром 7, сумматором 2 и первым и вторым одновибраторами 14 и 15, При уменьшении величины сигнала рассогласования Ц в процессе отработки управляющего или возмущающего воздействия частота импульсов уменьшается и уменьшается величина корректирующего сигнала Б 1 на выходе фильтра 7.Таким образом, в установившемся режиме на величину статической ошиб-. ки регулирования обратная связь не оказывает воздействия, увеличивая быстродействие регулятора во время переходного процесса,Эффективность предложенного регулятора может быть пояснена при рассмотрении его структурной схемы в составе системы, При использовании в качестве входного фильтра 6 апериодического звена первого порядка на основании имеющихся результатов исследования частотно-импульсных систем управления структурная схема системыавтоматического регулирования с использованием данного регулятора может быть представлена в виде, показанном(на Фиг.2), где У - нелинейныйэлемент 27 вида "квантователь уровня", 28 и 29 . - динамические блоки спередаточной функцией И(р)=1-е 1,характеризующие Формирователи прямоугольных импульсов длительностью ,30 - блок положительной обратной свя зи с коэффициентом передачи К=ТРА/К,характеризующий влияние периодического сброса входного фильтра 6 наработу системы. Поскольку динамические блоки 28 и 29 формирователи прямоугольных импульсов) с передаточной функцией 1-е 1 представляют собой звенья дискретного дифференцирования, то на высоких частотах отрицательная обратная связь регуляторапри соответствующем коэффициенте передачи обеспечивает компенсацию положительной обратной связи и работарегулятора становится близкой к работе статического регулятора. На иизких частотах действие обратной связи с корректирующим фильтром 7 уменьшается и становится равным 6 при отсутствии импульсов управления на вы ходе регулятора. Поэтому в установившемся режиме статическая ошибка регулятора не превышает величины, до. статочной для срабатывания компараторов 8 и 9.На фиг.З представлены амплитуднофазовые частотные характеристики сгстемы автоматического регулирования с передаточной функцией объекта управления в видегде К = 501- 1,5;Т = 20;2 =041Т,=Т,= 0,1; 5д = 0,1;о = 1,0д0 Для регулятора-прототипа амплитуднофазовая частотная характеристика приведенной линейной части системы характеризуется годографом 37 при отрицательном инверсном комплексном коэф фициенте усиления нелинейного элемента 27 (занимающего область 41 на Фиг.З), Как видно из фиг.3, данная система неустойчива. Для предлагаемого регулятора комплексный коэффици ент усиления нелинейного элемента 27 занимает область 42 на фиг.З. Годограф 39 соответствует амплитудно-фазовой частотной характеристи ке системы при отключенной отрицательной обратной связи, годограф 38 - амплитудно-Фазовой частотной характеристике системы при работе данного регулятора, годограф 40 - амплитудно- ЗО фазовой частотной характеристике системы при использовании в качестве корректирующего Фильтра,7 интегратора, а в качестве одновибратора в цепи отрицательной обратной связи - 35 дифференциатора, т.е. при полной компенсации положительной обратной свя- зи еАмплитудно-фазовые частотные характеристики систем показывают, что 40 быстродействие предлагаемого регуля-. тора близко к предельному при высоких точностных характеристиках. Предельное быстродействие может быть получено при использовании в качестве 15 корректирующего фильтра 7 интегратора, однако в этом случае в системе регулирования возникает статическая ошибка, зависящая пропорционально от величины задания. Теоретический анализ показывает, что использование описываемого регулятора позволяет существенно повысить динамические характеристики систем регулирования, в том числе уменьшить время регулирования, уменьшить перерегулирование при одновременном исключении автоколебательных режимов и при простоте технической реализации.Ф о р м у л а изобретенияЧастотно-импульсный регулятор содержащий сумматор, первый и второй одновибраторы и последовательно соединенные задатчик, блок сравнения и входной фильтр, соединенный выходом с информационными входами первого и второго компараторов, подключенных опорными входами к выходам соответственно первого и, второго источников опорных сигналов, а выходами - к соответствующим входам элемента ИЛИ, соединенного выходом через третий одновибратор с управляющим входом входного фильтра, выход первого компаратора через четвертый одновибратор соединен со входом первого усилителя мощности, выход второго компаратора через пятый одновибратор соединен со входом второго исполнительного механизма, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродейст. вия и уменьшения перерегулирования регулятора, в нем дополниуельно установлен корректирующий фильтр, соединенный выходом со вторым входом блока сравнения, а входом - с выходом сумматора, подключенного первым и вторым входами к выходам соответственно первого и второго одновибраторов, соединенных входами с выходами соответственно первого и второго компаратороя.1287100 СоставиТехред ль И.ГлХоданич ов Корректор С.Черн актор К.Волощ Тираж 862 ИИПИ Государственного комитет по делам изобретений и откры 3035, Москва, Ж, Раушская