Устройство для автоматическогоуправления обектами c tpahc портным запаздыванием

Союз Советскими Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и 796789 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(23) ПриоритетОпубликовано 15,01,81, Бюллетень Йо 2 Дата опубликования описания 18,0181(51)м, Кл 3 С 05 В 11/01 Государственный комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий%щ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯОБЪЕКТАМИ С ТРАНСПОРТНЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ. ф 3 ЙЪЙ 91 Щ,Изобретение относится к устройствам автоматического регулирования и может быть использовано для автоматического управления объектами широкого э профиля с транспортным запаздыванием Ю различных отраслях промышленности.Известны устройства, содержащие блоки сравнения, интегрирования, дифференцирования, суммирования и логики, которые Формируют регулирующее воздействие путем периодического введения в него составляющих, пропорциональных сигналу рассогласования и скорости его изменения, с последующим запоминанием этих составляющих 11 и 2.Недостатком таких устройств является низкое качество управления объектами с транспортным запаздыванием, обусловленное тем,. что длительность введения в управляющее воэдей ствие указанных составляющих, а также их величина далеки от оптимальных значений.25По основному авт.св. У 591811 известно устройство для автоматического управления объектами с транспортным запаздыванием, содержащее блок сравнения, выход которого через последовательно соединенные первый блок дифференцирования, первый блок выделения модуля, первый пороговый элемент, а также через последовательносоединенные второй блок выделения модуля, третий блок дифференцирования,второй пороговый элемент непосредст"венно пбдключен к управляющему входупервого ключа, к управляющим входамвторого ключа и переключателя и кпервому входу первого блока суммирова"ния, второй вход которого подключенк выходу первого блока дифференциро"вания, а выход через второ 6 ключ связан с первым входом второго блокасуммирования, а со вторым его входом - через последовательно включенные первый делитель напряжения и инвертор, вход второго блока дифференцирования соединен с выходом переключателя, второй вход которого подключен к выходу гервого делителя на"пряжения, третий вход - к выходу второго блока дифференцирования, соеди"ненному с первым входом блока интегрирования, выход блока интегрирования подсоединен к третьему входу второго блока суммирования, выход вто"рого блока выделения модуля подключен ко второму входу второго порогового элемента, а выход блока сравне 796789ния через первый ключ связан со вторым входом блока интегрирования 31 .снонной недостаток этого устройства заключается в том, что оно можетработать только с исполнительными меХанизмами пропорционального действия(позиционерами), в то время как н различных отраслях промышленности широкоиспользуются интегрирующие исполнительные механизмы (электродвигателипостоя н ной скорости ), для которых требуются регулирующие устройства с импульсным выходным сигналом, т,е. Устройстно обладает узкими функциональными нозможностями.Другой недостаток устройства - отсутствие регулируемой зоны нечунствительности, которая может оказатьсявесьма полезной при наличии помех врегулируемом параметре.Кроме того, устройство не отвечаеттакому важному требованию, предъянля О емому к современным регулирующим устройствам, как воэможность совместной работы с управляющей вычислительной машиной(УВМ) на один исполнительныймеханизм.25Цель изобретения - расширение Функциональных возможностей устройства.Поставленная цель достигается тем, что в устрой"тве установлены третий блок суммирования, первый и второй масштабирующие блоки и трехпозиционный релейный блок, первый вход которого соединен с выходом второго блока суммирования, второй вход - с выходомпервого масштабирующего блока,а выходчерез второй масштабирующий блок - со входом первого масштабирующего блока и третьим входом блока интегрирования, второй вход которого соединен с выходом первого, ключа через третий блок суммирования, второй вход третьего 40 блока суммирования соединен с выходом второго блока суммирования.На Фиг, 1 представлена блок-схема устройства;на Фиг. 2 - принципиальная электрическая схема устройства.45Устройство содержит блок 1 сравнения, первый блок 2 дифференцирования, первый блок 3 выделения модуля, первый пороговый элемент 4, первый ключ 5, второй блок 6 выделения модуля, второй пороговый элемент 7, второй ключ 8, переключатель 9, первый блок 10 суммирования, блок 11 интегрирования, второй блок 12 суммирования, делитель 13 напряжения, инвертор 14, второй и третий блоки 15 и 16 дифферен цирования, трехпозиционный релейный блок 17, первый и второй масштабирующие блоки 18 и 19, третий блок 20 суммирования, операционные усилители 21- 31, потенциометры 32-38, переменные резисторы 39 и 40, диоды 41-44, конденсаторы 45-48.На Фиг, 2 условно обозначены выходной сигнал О -ого блока устройства, эона нечувствительности Ь трехпозиционного релейного блока 17, постоянная времени интегрирования ь иблока 11 интегрирования по второмуходу, постоянная времени дифференцирования у блока 2 дифференцировании,коэффициент передачи ап устройства,длительность выходных импульсов сп,постоянная времени 0 второго блока 16дифференцирования, коэффициент передачи Кдифференцирующего блока 16,опорное напряжение Осигнал задания Х, регулируемый параметр Х, управляющий сигнал У,Устройстно работает следующим образом.На вход блока 1 сравнения поступают сигналы задания х и регулируемого параметра хп, а на его выходе формируется сигнал рассогласования О 1= Е = х- х, который затем дифференцируется йервым,блоком 2 дифференцирования О = 1 д где ь -сйаспостоянная времени дифференцированияблока 2. На первом блоке 10 суммирования осуществляется сложение сигналоврассогласования 01 и его первой производной О,Одй40 0 сБлок 6 выделения модуля, блок 16 дифференцирования и пороговый элемент 7 формируют первую, а блок 3 выделения модуля и пороговый элемент 4 формируют вторую функции переключения, соответственно равные:сЯЕ.ц =6: Ваи(т - - ц 104: 6 =бдн(ь-а),д 6где Т - постоянная времени дифференцирования третьего блока 16дифференцирования (параметрнастройки перной функции переключения, определяющий наклон линии переключения),д - сигнал смещения, подаваемыйна первый пороговый элемент 4(параметр настройки второйфункции переключения).Вьщодные сигналы промежуточных блоков определяются выражениями:Если первая фуйкция переключенияб(6(Ов положительна (1 - Ц) О), то втоарой ключ 8 замкнут, а переключатель 9: Р - Дс,1 ь дс 15 Выходной сигнал второго блока 12 суммирования,=с(1-О)Яа Р - а(Со игде у = , сО) поступает на вход трехпозиционногорелейного блока 17 через входное динамическое звено, образованное блоком 12 суммирования и последовательновключенными в цепь его отрицатеЛьнойобратной связи блоком суммирования 2и блоком 11 интегрирования, передаточная функция которого имеет вид 30 а (р):-"р,а Ет е =:к О оа к 18 1 935 второй ключ 8 разомкнут, а переключаель 9 закорачивает второй блок 15 диуф"еренцирования. В момент са с сменьф первой функции переключения сигнал на входе второго блока 12 суммирования уменьшается на величину Ь.О"-ц)(сС), что приводит к появлению на выходе устройства импульса от" рицательной полярности длительностьюу (с) сЪ ( 1 Р)( сс ) где ду(й ) - длительность импульсас4 отрицательной полярности, формирующе гося на выходе устройства в момент смены знака первой функции переключения на отрицательный.При отрицательных значениях второй функции йереключения О (Тд 1 --КС"О)ОЕ, ключ 5 замкнут и на вход третьего находится н положении, при которомна вход второго блока 15 дифференцирования с первого делителя 13 напряжения подается сигнал О, О 1, где Р -коэффициент передачи делителя 13 напряжения. Суммарный сигнал на второми третьем входах блока 12 суммирования оказывается равным О + О а =(1- 9 )%, а сигнал на его первом входе,обусловленный интегрированием блоком 11 интегрирования выходного сигнала второго блока 15 дифференцирования, равен О -О а ОО:(а-Ю)Я ) - ас Фдя 2. ю а сьссгдеь - постоянная времени интегрирования блока 11 интегрирования по второму входу,Трехпоэиционный релейный блок 17охвачен положительной обратной связьючерез последовательно соединенные втоюй 19 и первый 18 масштабирующиеблоки, которые определяют ширину петли гистерезиса трехпозиционного релейного блока 17 45К= 100 ККа 9 19где- ширина петлй гистерезисатрехпоэиционного релейного блока 17(,% от входного сигнала).Сигнал отрицательной обратной связиЯтрехпозиционного релейного блока 17снимается со второго масштабирующегоблока 19 и подается на апериодическоезвено, образованное последовательновключенными блоком 11 интегрирования.и вторым блоком 12 суммирования, замкнутыми отрицательной обратной связью через третий блок 20 суммирования. Передаточная Функция звена отрицательной обратнойсвязи равна Где Т, - постоянная времени интегрированйя блока 11 интегрирования по третьему входу,Если выполняются известные условия существования скользящего режима работы трехпозиционного релейного блока 17, то на его выходе образуется последовательность электрических импульсов, суммарная длительность которых изменяется пропорционапвйО Вы" ходному сигналу второго блока 12 суммирования, т.е. пропорционально сигналу О суммарная длительность выходных импульсов регулирующего устройства;длительность -оговыходного импульса; коэффициент передачи регулирующего устройства, В с/входа,Минимальная длительность выходных импульсов, являющаяся одним иэ параметров настройки регулирующего устрой- ства, определяется выражением откуда видно, что настройка коэффициента передачи ф и и минимальной длительности выходных импульсов сЪсуществляется независимо друг от друга первым 18 и вторым 19 масштабирующими блоками.При отрицательных эначениях первой дШФункции переключения (Тбс- 1 с 3( О)блока 20 суммирования с выхода блока 1 сравнения поступает сигнал рассогласования 7 . При этом на втором блоке 12 суммирования появляется дополнительный входной сигнал, обусловленный интегрированием блоком 11 интегрирования сигнала рассогласования.Этому сигналу соответствует формирование на выходе устройства последовательности импульсов, суммарная длительность которых изменяется по закону Общий закон изменения суммарной длительности выходных импульсов устройства можно записать в следующем виде: сфпД (1"Р)%сФ - ос+ 1 6 С 11о 25 1 при 6) 0О при. Я ( 00 при К01 при0 - коэффициент где ф Частным случаем указа50 Закон регулирования, формируемый предлагаемым устройством совместно с последовательно включенным интегрирующим звеном исполнительным механизмом 55 постоянной скорости или электронным интегратором 1 отличается от приведенного выше закона только коэффициентом передачи. Вместо коэффициента передаи сьев должен быть записан кьэффициент про- о порциональности Кп, определяемый по Формуле,% выхода , о ф входап- ООО им"памяти", определяю щий долюсигнала 9запоминаемую на блоке 11 ии- тегрирования в момент смены знака первой функцичпереключе 45ния 3,.нного закона лучай, когда где К- коэффициент пропорциональностиргулятораТн - время, в течение которого выходной сигнал интегрирующего звена(положение вала исполнительного механизма или выходной сигнал электронного интегратора) изменяется на 100.Если предлагаемое устройство предназначается для работы в комплектес электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, то минимальная длительность выходных импульсов устройства регулируется независимо от параметров формируемого законарегулирования делителем 18, Если кустройству предполагается подключитьэлектронный интегратор для получениянепрерывного электрического выходного сигнала, который может быть использован для управления позиционером, точастота выходных импульсов устройствадолжна быть увеличена ( примерно в100 раз) по сравнении со случаем работы устройства в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости.Это увеличение осуществляетсяза счет уменьшения постоянной времениинтегрирования блока 11 по третьемувходу (Ен) и коэффициента передачимасштабирующего блока 18 (Кф.Устройство допускает возможностьработы на один исполнительный механизмсовместно с УВМ, а также возможностьручного управления исполнительным механизмом, Для этого достаточно навход интегрирующего звена вместо вы 4 одного сигнала регулирующего устройства подать соответственно сигнал отУВМ или от источника опорного напряжения.Предлагаемое устройство может бытьреализовано на базе операционных усилителей. Пример реализации приведен на Фиг 2Елок 1 сравнения и второй блок 6 выделения модуля выполнены на усилителе 21 и диодах 40 и 41, первый блок 2 дифференцирования и первый блок 3 выделения модуля - на усилителе 22 и диодах 42 и 43, третий блок 16 дифференцирования - на усилителях 23 и24, первый 4 и второй 7 пороговыеэлементы - соответственно на усилителях 25 и 26, инвертор 14 - на усилителе 17, блок 11 интегрирования и втоРой блок 15 дифференцирования - на усилителе 28, первый, второй и третий блоки 10, 12 и 20 суммирования- соответственно на усилителях 29, 30 й 31. Делители напряжения реализовары на потенциометрах, а ключи и пере-. ключатель - на полевых транзисторах.Настройка постоянных времени интегрирования 7 у и дифференцированияд осуществляешься переменными резисторами 39 и 40. КоэФфициент передачи а Регулируется потенциометром 35. Минимальная длительность выходных импульсов 1 определяется положениемпотенциометра 34, Зона чувствительности Ь трехпозиционного релейного блока 17 изменяется подачей опорного напряжения с потеициометра 32. Коэффициент "памяти" Ф регулируется потенциометром 38. Постоянная времени Т определяющая наклон линии переключения 0 , настраивается потенциометром 36. Зона введения интегральной составляющей д регулируется потенциометром 33.Предлагаемое устройство по сравне-нию с известным обладает более широкими функциональными воэможностями, поскольку оно допускает возможность совместной работы с исполнительными механизмами как пропорционального 15 типа позицианерами ), так и интегрирующего типа двигателями .остоянной скорости) .Формула изобретенияУстройство для автоматическогоуправления объектами с транспортнымзапаздыванием по авт. св. Р 591811,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения Функциональных воэможностей устройства, в нем установлены третий бЛок суммирования, первыйи второй масштабирующие блоки и трех"позиционный релейный блок, первыйвход которого соединен с выходам вто"рого блока суммирования, второй вхадс выходом первого масштабирующегоблока, а выход через второй масштабирующий блок - со входом первогомасштабирующего блока и третьим входом блока интегрирования, второй входкоторого соединен с выходом первогоключа через третий блок суммирования,второй вход которого соединен с выходом второго блока суммирования.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Кон Л. В. и др, Об одном классерегуляторов с переменной структурой."Автоматика и телемеханика", 1965,Р 5.2, Авторское свидетельство СССРР 402862, кл, С 05 0 23/19, 1973.3. Авторское свидетельство СССРР 591811, кл. 6 05 В 11/01, 1976