Устройство импульсного регулирования

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик н 1960759(22) Заявлено 11.07,80 (21)2955093/18-24 РМ Кп з6 05 0 23/19 С 05 В 11/18 с присоединением заявки М 9 -Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(.088. 8) Дата опубликования описания 23.09.82 2) Авторы изобретения(71) Заявитель 4) УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО РЕГУЛИРОВ ению двухпо-, езистор и этим х в яетсядном,способого Изобретение относится к импульсным позиционным системам регулирова ния и предназначено для регулированияразличных технологических процессов, например температуры.Известны импульсные позиционные системы регулирования, в основу построения которых положен генератор импульсов с двумя задатчиками скважности импульсов. Задатчики подключенык генератору через перекидной контактдвухпозиционного релейного элемента.В зависимости от рассогласованияподключается либо первый, либо второй задатчик скважности и соответственно меняется скважность подаваемыхв объект регулирования импульсовэнергии 11. Наиболее близким к изобреявляется регулятор, в которозиционный элемент шунтируетв схеме генератора импульсовизменяет скважность подаваеьиобъект импульсов 2).Недостатками устройств явмалое быстродействие в перехпроцессе и то, что онн работны только с датчиком контакттипа. Целью изобретения является повышение точности и расширение областиприменения устройства.5 Поставленная цель достигается тем,что устройство иМпульсного регулиро вания, содержащее генератор импульсов и соединенные последовательнопервичный преобразователь контролируемого параметра, фазовый модулятор,вторым входом связанный с источникомпеременного напряжения сети, а треть"им - с задатчиком параметра, а такжеустановленный на объекте исполнительньй элемент, содержит усилитель-ограничитель и подключенные к его выходу первыми входами первый, второйи третий элементы И, а также первыйвторой и третий пороговые формирователи и элементы памяти, последователь-но соединенные четвертый элемент И,элемент ИЛИ и пятый элемент И, соединенные последовательно основной идополнительный одновибраторы и формирователь импульса запуска, входом 21 связанный с выходом генератора импульсов и входом основного одновибратора, а выходом - с первыми входамипервого, второго и третьего элементовпамяти, вторые входы которых соеди иены соответственно с выходами перного, второго и третьего элементов И,вторые входы которых соответственночерез первый, второй и третий пороговые формирователи подключены к источнику переменного напряжения 1 сети,причем выход первого элемента памятисвязан с первым входрм четвертогоэлемента И, второй вход которого подключен к выходу дополнительного одновибратора, выход второго элемента па-.мяти соединен с вторым входом.элемен-щта ИЛИ, третьим входом подключенногок выходу основного одновибратора,а выход третьего элемента памяти соединен с вторым входом пятого элемента И, выходом подключенного к исполннтельнйеу элементу. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства импульсного регулирования; на фиг. 2 - временные З 1 диаграммы напряжений элементов, формирующих пороги переключений; на фиг. 3 - то же, формирующих управляющие воздействия.. Устройство импульсного регулирования содержит исполнительный элемент 1, первичныйпреобразователь 2 контролируемого параметра, фазовый модулятор 3, к второму входу которого подключен выход задатчика 4 параметра, а к выходу подключен усилитель-ограничитель 5. Выход усилителя- ограничителя подключен к первым входам первого б, второго 7 и третьего 8 элементов И. Вторые входы элемеитов И 6-8 подключены соответственно к выходам первого 9, второго 10 и третьего 11 пороговых формирователей.Выходы элементов И 6-8 подключены к входам первого 12, второго 13 и40 третьего 14 элементов памяти, соответственно. Выход элемента 12 памяти подключен к первому входу четвертого элемента И 15, выход элемента 13 памяти - к первому входу элемен- . 45 та ИЛИ 16, выход элемента 14 памяти - к первому входу пятого элемента И 17. Выход генератора 18 через формирователь 19 импульса запуска подключен к вторым входам элементов 12-14 памяти, элементу И н к входу основного одновибратора 20. Выход одноЬибратора 20 подключен к входу дополнительного одновнбратора 21 и второму входу элемента ИЛИ 16. Выход одновибратора 21 подключен к вто, рому входу элемента И 15,фЮЬвД кбтЬ рого подключен к третьему входу элемента ИЛИ 16. Выход элемента ИЛИ 16 подключен к второму входу элемента И 17, выход которого подключен к вхо ду исполнительного элемента 1. Вы- ход задатчика 4 связан с вторым вхо.- ." дом одновнбратора 20. Истечник 22 . цпеременного напряжениясетинщклюе, чек к входам пороговых формировате лей 9"11 и к первому входу фазовогомодулятора 3.Устройство работает следующим образом.При изменении регулируемой величины изменяется выходной сигнал первичного преобразователя 2, пропорционально ему изменяется фаза синусоидального напряжения на выходе фазовогомодулятора 3. Это напряжение преобразуется в прямоугольноЕ напряжениеусилителем-ограничителем 5.Выходное напряжение усилителяограничителя 5 представляет собойпрямоугольные импульсы и принимаетзначение фО 1 и 1 1 ф, сдвигающеесяпо фазе на угол относительно сети 0 а.Единичный сигнал с выхода различныхблоков откладывается в отрицательнуюсторону (фиг. 2-3). Это соответствует истинной диаграмме напряжений всхеме интегрально-транзисторного регулятора. При увеличении регулируемойвеличины импульсы с усилителя-ограни-,чителя 5 сдвигаются влево. Максимальную чувствительность фазовый модулятор 3 имеет вточке квазибаланса, Вэтой точке выходное напряжение с фазового модулятора.3 сдвинуто относительно напряжения сети на 90 эл,град.Поэтому сдвиг фазы фНорма контролируется относительного этого исходного .значения Ч О=90 О . Пороговыйформирователь 9 переключения ф Нормафформирует угол Ч = 90, выдаетпрямоугольные импульсы 09, заднийфронт которых соответствует Ч : 90 О .формирователь 9 синхронизнрования систочником 22 переменного напряжениясети.При увеличении регулируемой величины сверх заданного значения импульсы 06 с усилителя-ограничителя 5 сдвигаются влево и текущий угол Ч становится меньше Ч . На входах элементаИ 6 присутствуют одновременно дваотрицательных импульса: 09 и 0, ина его выходе появляются иМпульсыОб . При уменьшении регулируемой величины угол Ч увеличивается, т.е. импульсы 05 сдвигаются вправо. Приуменьшении значения регулируемой величины ниже заданного угол Ч становится больше Чо, и на входах элементаИ 6 импульсы 09 и 05 появляются неодновременно, а Йа .его выходе импульсы 0 исчезают,Инфраниэкочастотний гецератор 18выдает сиьеетричиые ИЫпУамм фПередним фронтом этик импульсов запускаются одновибратор 20 и формирова:меь 19. Одновибратор 20 на каждыйимпульс генератора выдает свой импульс 02 О, длительность которогоьрределяется заданиемуровня регулированияИмпульсы 0 поступают навх 4 К"МюейентецИЛИ 16,МогоРый оеуще" 31ствляет сложение во времени длнтельности импульсов, поступающих на еговходы. Если сигналы на других входах:элемента 16 равны нулю, то на выходеего присутствуют импульсы длительностью 7, которые и определяют в этомслучае регулирующее воздействие, 5Задним фронтом импульсов П запускается одновибратор 21 с длйтельностью импульсов, равной приращениюь 7. Это приращение ьС прибавляетсяили не прибавляется к длительности Ов зависимости от знака отклонениярегулируемой величины от заданногоуровня регулирования.Сложение длительностей 7 и ьт осуществляется следующим образом. Каждый инфранизкочастотный период формирователь 19 коротким импульсом устанавливает элемент 12 памяти в единичноесостояние. Если регулируемаявеличина упала ниже заданного уровня,то импульсов на выходе элемента И 620нет и элемент 12 памяти остается вединичном состоянии. Единичный сигнал с его выхода разрешает прохожде.Ние импульса ь с одновибратора 21через элемент И 15 на вход элементаИЛИ 16, Таким образом, на один входэлемента ИЛИ 16 пришел единичный сигнал длительностью ь, а на другойвход сразу по окончании сигналапришел единичный сигнал длительностью ь"., длительность сигнала на вы,ходе элемента 16 будет ь+ь. Соответствующее регулирующее воздействиеС+ьбудет на входе исполнительного.элемента 1. Если температура выше заданной, то на выходе элементаИ 6 появляются импульсы с частотой источника 22 напряжения питающей сети,Формирователь 19 каждый инфранизкочастотный период пытается включить щэлемент 12 памяти в единичное состояние, но первый же импульс с элементаИ б, следующий с частотой питающейсети, т,е. более высокой, переключает элемент 12 памяти в нулевое состояние. Пэтому в момент, когда появляется сигнал с одновнбратора 21,сигнал на выходе элемента 12 памятинулевой, и элемент И 15 не пропускает сигнал ь, на выход элемента 16.Приращения длительности импульсов непроисходит и на вход исполнительногоэлемента 1 поступают импульсы длительностью С.Таким образом, когда регулируемаявеличина меньше задания, на исполнительный элемент 1 поступают импульсыдлительностью Г. +ьТ, и регулируемаявеличина растет, а когда регулируемаявеличина больше задания; на исполнительный элемент 1 поступают импульсы бОдлительностью 7, и регулируемая величина уменьшается, так осуществляется импульсное двухпозиционное регулирование на пороге переключения. Чо, -Норма. Ы На порогах переключения 1 иО " устройство импульсного регулирования функционирует следующим образом,Когда регулируемая величина многониже заданной, импульсы с усилителяограничителя 5 сдвигаются вправо так,что Ч становится больше Ч, где ЧпороГ переключения 1. Его величина определяется Формирователем 10,синхронизированным с напряжением сети. При Ч Чимпульсы с выхода элемента И 7 исчезают, так как ни водин из моментов времени сигналы наобоих его входах одновременно.не присутствуют.Каждый инфранизкочастотный пе-риод от формирователя 19.поступаетзапускающий импульс на вход элемента13 памяти и переводит его в единичноесостояние. В этом режиме импульсы сэлемента И 7 на сброс элемента 13 памяти не поступают.и он. постоянно выдает единичный сигнал на элементИЛИ 16. Таким образом, в этом режимена выходе элемента 16 постоянно присутствует сигнал, а не импульсная последовательность длительностью Т илиТ + ь 7, как в режиме, регулированияНорма", На объект подается максимально возможное регулирующее воздействие и скорость нарастания регулируемой величины также максимальна. Режим регулирования .1 ф наблюдаетсяпри выходе объекта на режим регулирования или при увеличении уставкизадатчика и происходит до тех пор, пока регулируемая величина не приблизится на вполне определенную, заранееизвестную величину к заданию, тогдарежим 1 1 автоматически перейдет врежим Норма импульсного регулирования.При значительном превышении регулируемой величиной заданного уровняимпульсы с усилителя-ограничителя 5сдвигаются сильно влево. Текущая фаза Ч уменьшается до значенияУ,где Ю 1 - порог. переключения "фО,Его величина определяется формирователем 11, синхронизированным напряжением сети. На входы элемента И 8одновременно поступают электрическиесигналы и на его выходе будут присутствовать импульсы 0, которые переключают элемент 14 памяти в нулевоесостояние, Хотя сигнал с формирователя 19 каждый инфранизкочастотныйпериод будет пытаться перевести блок14 памяти в единичное состояние, импульсы П 6, следующие с частотой сети,более высокой, будут тут же переключать его в нулевое состояние. На выходе элемента 14 сигнал будет отсутствовать. Элемент И 17 будет закрыт.На объект регулирующее воздействиеподаваться не будет . Регулируемая величина будет уменьшаться с максимальной скоростью. Режим 0 ф будет наблюдаться при аварийных ситуациях или при уменьшении уставки задатчика.Таким образом, устройство импульс.ного регулирования обеспечивает фор-" мированный выход на режимрегулирования максимальным регулирующим воздействием, импульсное,двухпозиционное регулирование малымй приращениями регулирующего воздействия на заданном уровне регулирования и полное 10 снятие, регулирующего воздействия, если регулируемая величина значительно превысит заданный уровень. Кроме того, Возможна работа в двухпозицнонном режиме на порогах 1 фф и фОф.При регулировании температуры жидкостного термостата в диапазоне от 30 до 250 ОС обеспечена точность поддержания температуры +0,01-0,02 С.формула изобретенияУстройство импульсного регулирования, содержащее генератор импульсов н соединенные последовательно первичный преобразователь контролиру- емого параметра, фазовый модулятор, вторым входом связанный с источником переменного напряжения сети, а третьим - с задатчиком параметра, а также установленный на объекте исполнительный элемент о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точ-ности и расширения области применения устройства, оно содержит усили- ЗЗ. тель-ограничитель и подключенные к его выходу первыми входами первый,Второй и третий элементы И, а такжепервый, второй и третий пороговыеформирователи и элементы памяти, .последовательно соединенные четвертыйэлемент И, элемент ИЛИ и пятый элемент И, соединенные последовательнооснбвной.и дополнительный одновибрато 1 ы и формирователь импульса запуска, входом связанный с выходомгенератора импульсов и входом основного одновибратора, а выходом - спервыми входами первого, второго итретьего элементов памяти, вторыевходы которых соединены соответствен.но с выходами первого, второго итретьего элементов И, вторые входыкотонх соответственно через первый,второй и третий пороговые формирователи .подключены к источнику переменного напряжения сети, причем выходГпервого элемента памяти связан с первым входом четвертого элемента И,второй вход которого подключен к выходу дополнительного одновибратора,выход втЬрого элемента памяти соеди)нен с вторым входом элемента ИЛИ,третьим входом подключенного к выходу основного одновибратора, а выходтретьего элемента памяти соединен свторым входом пятого элемента И, выходом подключенного к исполнительномуэлементу.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРВ 395804, кл. 6 05 В 11/18, 1973.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 2369052/18-24,кл, 6 05 О 23/19, 1979 (прототип).960759 НИИПИ Заказ 7278/5 бираж 914 Подписное илиал ППП "Па Ужгород Ул Нор нт",Проектная