Релейная система регулирования

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 061081 (21) 3344709/18-24 И) М. КЛ.З с присоединением заявки Мо(23) Приоритет С 05 Й 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 2 302 Я 3 Р.Е. Пасынков, К.К. Войтюк, М.Г. Погибко и Ю.Н. Капланец(7 аявмтел аучно-производственное объе средств автоматизации горн оэ анюий"ение маши д, йа 3 щку,Автомат гормешп(54) РЕЛЕЙНАЯ С РЕГУЛИРОВАНИЯ Изобретение относится к релейным ,системам, содержащим релейный блок с инерционной обратной связью, и мо-, жет быть использовано при управлении и регулировании горными машинами, в частности при регулирования нагрузки проходческих комбайнов и буровых машин.Известна релейная система регулирования, содержащая последовательно соединенные эадатчик, блок сравнения, трехпозиционный релейный блок, испол- нительный механизм и объект регулирования, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, а также инерционный блок обратной связи, первый вход которого подключен к выходу трехпоэиционного релейного блока, а второй вход через блек коррекции подключен к выходу блока сравненияа выход подключен к второму входу трехпозиционного релейного блока 13.Однако регулятор известной систе" ьы имеет постоянный коэффициент усиления и поэтому она обладает низким быстродействием и точчостью в том случае, когда коэффициент усиления объекта регулирования изменяется в широких пределах. Появление высоко.частотных составляющих в известнойстепени приводит к частым срабатываниям релейного и исполнительного ме"ханизма, т.е. к сокращению срокаслужбы всей системы.Известна также релейная систЕма регулирования, содержащая последовательно соединенные э адатчик, блок сравнения1 О трехпозиционный релейный блок, исполнительный механизм, объект регулировання,выход которого соединен с вторым .входом блока сравнения, а также сум"мирующий блок, первый вход которогосоединен с выходом трехпозиционногорелейного блока, второй выход череэдатчик скорости подключен к выходуиспол.кительного механизма, а выходчерез инерционный блок соединен свторым входом трехпозицяонного релейного блока23.В этой системе за счет подстройкйкоэффициента усиления регулятора осУ"ществляется стабилизация общего кОзффициента усиления систеви в томслучае, когда коэффициент усиленияобъекта регулирования меняется в ши-роком диапазоне. Однако определениенеобходимого коэффициента усиления.регулятора этой системы производится т 0,на основе априорной информации обобъекте регулиронания, которая является некоторым приближением егореальных параметров, поэтому несмотря на стабилизацию обцего коэффициен -та усиления системы, открытым остаетсявопрос оп гимален ли он. Известно, что дляразличных режимон работы системынужны различные критерии оптимальности. Так например, при большом сигнале рассоглассвания оптимальным является критерий максимума быстродейст Овия, что достигается увеличением коэффициента усиления системы до максимального. При малых сигналах рассогласования критерием оптимальности является минимум ошибки, что имеет место на границе устойчивости системы.А при появлении высокочастотных составляющих н системе происходят частыссрабатынания регулятора вхолостую,что сокращает срок службы системы и,следовательно, и этом режиме критери,ем оптимальности является увеличениесрока службы системы. Таким образом,для различных режимов работы известной системы необходимы различные критерии оптимальности,а значит,и различныезначения коэФфициентов усиления системы, а не стабилизация значения коэффициента усиления, осуществляемаяв известной системе.Наиболее близкой к изобретению потехнической сущности является релейная система регулирования, содержащая последовательно соединенные детектор и инерционный блок и последовательно соединенные эадатчик, первый -ф-:блок сравнения, второй блок сравнения, усилитель, трехпозиционный релейный блок и исполнительнй механизм,подключенный выходом к входу объектарегулирования, подключеого выходом 40к второму входу первого блока сравнения, выход инерционного блока одключен к нторому входу второго блока:равнения 3 3.Недостатки известной системы - ,цнизкие точность и быстродействие, атакже малая ее долговечность.Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и долговечности системы.5 ОПоставленная цель достигается тем,что в системе дополнительно установлены последовательно соединенныетриггер и дифференцирующий блок, ныход которого соединен с входом детек-тора, а вход триггера подключен квыходу трехпоэиционного релейногоблока,На фиг. 1 представлена блок-схемасистемы; на фиг. 2 - временные диаграммы работы ее основных блоков, 6 ОСистема содержит первый блок сравнения 1, релейный усилитель 2, второй блок сравнения 3, усилитель 4,трехпозиционьп релейный блок 5,объект регулирования б, триггер 7, Я дифференцирующий блок 8, детектор 9,инерционный блок 10, задатчик 11, исполнительный механизм 12, , егулятор13, резисторы 14-1 б, конденсаторы17 и 18.Р, - сигнал на выходе 1 -огоблока системы, Ь - время.Система работает следующим образом,На блок сравнения 1 поступают Фактическое значение регулируемого сигнала Р с выхода объекта регулиронаЬния б и сигнал задания Р 3 с выходазадатчика 11, В блоке сравнения 1сигналы Рб и Р сравниваются и наего выходе формируется сигнал рассогласования Р, который поступаетна вход релейного усилителя 2,Трехпозиционный релейный блок 5 релейного усилителя 2 устанавливается в одноиз трех состояний: наброса (+ 1),сброса (,-1) и нейтральное (О), и зависимости от величины и знака сигнала рассогласования Р и коэффициентаусиления усилителя 4. Выходной сигнал,Рб релейного усилителя 2 через исполнительный механизм 12 воздействует наобъект регулирования таким образом,чтобы регулируемый сигнал Р стремил 6ся к сигналу задания Р, Одновременно выходные сигналы релейного усилителя 2 поступают на триггер 7, который в заниси ости от полярности нходногэ сигнала переключаетс. в одно изсвоих состояний (1,0). Пока на выходе релейного усилителя 2 отсутст .ует энакопеременный сигнал (,-1+1),триггер 7 находится в одном из устойчивых состояний (1 или О). Привыходной сигнал триггера 7 не роходит через дифференцирующий блоки на выходе сигнал Р 1 инерциок:,огоблока 10 будет ранен нулю, При зто.;.усилитель 4 имеет максимальный коэффициент усиления равный практически бесконечности,. что повышает быстродействие системы и минимизируетее ошибку, Рассмотренный случай характерен для режима систем, когдасредняя величина ее сигнала рассогласования не равна н.лю. Если средняя величина рассогласования Р сис 1темы равна нулю, то это означает достижение объектом регулирования б заданной нагрузки. Отклонение сигнала рассогласования от нуля в положительную или отрицательную сторонуприведет к появлению знакопеременного сигнала на выходе релейного усилителя 2, который воэдейстнует наобъект регулирования б таким образом,чтобы сигнал рассогласования Р 1 былравен нулю. Если этого сделать неудается, то на выходе релейного уси)ител, 2 знакопеременный сигнал неисчезнет и будет вызывать переключение триггера 7 с частотой изменениясигнала Р 5(фиг, 2). Знакопостоянныеимпульсы с выхода триггера 7 проходят дифференцирующий блок 8 и преобразуются в последовательность знакопеременных импульсов типа дельта- функции, временное положение которых соответствует положению перед"его и заднего фронтов прямоугольных импульсов на выходе триггера 7. Детектор 9 пропускает с выхода дифференцирующего блока 8 импульсы только одной полярности. Таким образом, на выходе детектора 9 появятся знакопеременные импульсы типа дельта-функции, которые поступают на вход инерционного блока 10, где происходит их сглаживание и накопление, Постоянная времени заряда Т 3 и постоянная времени разряда Тр инерционного блока 10 определяются по формулам519 й +й1 Тр С 9 Р Выходной сигнал инерционного блока 10 поступает на блок сравнения З,где вычитается из сигнала рассогласования Р . Это приводит к уменьшению коэффицйента усиления усилителя 2, до тех пор, пока знакопеременные импульсы на выходе релейного усилителя 2 не исчезнут, или их частота не станет меньше 0,1 Гц, Частота 0,1 Гц является нижней частотой знакопеременного сигнала релейного усилителя 2, как при возникновении в системе автоколебаний, так и при появлении в спектре сигнала Р высокочастотной помехи, которую система не успевает отрабатывать, Эта частота определена при анализе осциллограмм нагрузок широкого класса проходческих комбайнов, бурильных и буровых машин, как минимальная частота знакопеременного выходного сигнала релейного усилителя 2 в установившемся режиме работы системы, т.е, при среднем значении ошибки рассогласования Р, равной нулю. Таким образом, если в спектре сигнала Р присутствует высокочастотная помеха, которую система из-за ограниченного быстродействия нв успевает отработать, то коэффициент усиления усилителя 4 уменьшается, что предотвращает частые срабатывания регулятора вхолостую и увеличивает срок его службы. Если в системе отсутствуют высокочастотные помехи, то она выводится на границу устойчивости, где достигается минимум ошибки, а следовательно, увеличивается ее качество.Происходит это следующим образом.Пока сигнал рассогласования не меняет своего знака, сигнал местной отрицательной обратной связи равен нулю, и коэффициент усиления усилителя 4 практически равен бесконечности,Однако максимальный коэффициент усиления усилителя 4 приводит к возникновению автоколебаний, отрицательныепоследствия которых общеизвестны.Ьвтоколебания вызывают появление знакопеременного сигнала на выходе релейного усилителя 2 с частотой больше0,1 Гц. Это вызывает увели .ение сигнала местной отрицательной обратнойсвязи, а следовательно, уменьшение 6 коэффициента усиления усилителя 4 дотех пор, пока автоколебания не исчезнут, то с ними исчезает знакопеременный сигнал на выходе релейного усилителя 2, что вновь вызовет увеличение 15 коэффициента усиления усилителя 4,Таким образом, коэффициент усилениясистемы. будет иметь величину, близкую к границе устойчивости, не переходя в область неустойчивости, что д обеспечивает устойчивую работу системы с минимальной ошибкой. Причемнахождение системы на границе устойчивости обеспечивается при широкомизменении как параметров объекта регулирования б, так и самого регулятора 13.Если сигнал рассогласования представляет собой колебатвльный сигналс переменным во времени средним значением, например нарастающим, этоимеет место, когда среднее значение Р больше Р 3, то на выходе релейного усилителя 2 будут появлятьсясигналы преимущественно одного знака( н данном случае сброса нагрузки ),а частота следования знакопеременныхИмпульсов на его выходе будет уменьшаться, это приведет к уменьшению выходного сигнала инерционного блока10, а следовательно, к увеличению ко" 40 эффициента усиления усилителя 4 иповышению быстродействия системы,что обеспечивает отработку сигналарассогласования с минимальным временем. Таким образом, если среднее значение Фактического сигнала Р измеЬняется во времени, то общий коэффициент усиления системы становитсямаксимальным. Если среднее значениеР стабилизируется на заданном уровне, то общий коэффициент усилениясистемы приближается к границе устойчивости. Если в системе появятся высокочастотные помехи, которые регулятор 13 не успевает отработать, токоэффициент усиления его уменьшаетсядо уровня, при котором эта помеха через регулятор 13 не проходит.Если в системе появится сигнал смалым отклонением от среднего значения, которое стремится к заданному, Ю то он не будет вызывать появлениезнакопеременного сигнала на выходерелейного ус лителя 2, что приведет.к увеличению коэффициента усиленияусилителя 4 практически до бесконвч" 65 ности, благодаря чему этот сигналгулятора 13 и увеличивает срок службы системы в 1,5-2 раза по сравнениюс известным,Испытания экспериментального образца импульсного регулятора проводилисьв лабораторных условиях. Полоса частот входного сигнала выбиралась нижеполосы среза регулятора, но выше0,1 Гц. Количество срабатываний регулятора определялось эа 20 периодовколебаний входного, сигнала. При этомрегулятор. предлагаемой системы срабатывал 2-3 раза, а регулятор известной системы - 20, т.е. известное тех"ническое решение реагировало на каждое колебание входного сигналаа 15предлагаемое - только на каждое десятое колебание.Проведенные щахные испытания подтвердили работоспособность предлагаемой системы и ее высокое качество. 20Было отмечено также отсутствие частыхсрабатываний регулятора в системе придостижении заданной нагрузки объектарегулирования, что увеличивает срокслужбы системы.25Формула изобретенияРелейная. система регулирования,содержащая последовательно соединенные детектор и инерционный блок ипоследовательно соединенные эадатчик,первый биок сравнения, второй блоксравнения, усилитель, трехпоэиционный релейный блок и исполнительныймеханизм, подключенный выходом квходу объекта регулирования, подключенного выходом к второму входу перного блока сравнения, а выход инерционного блока подключен к второму входу второго блока сравнения, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюповышения точности, быстродействияи долговечности системы, в ней дополнительно установлены последовательно соединенные триггер и дифференцирующий блок, выход которого соединенс входом детектора, а вход триггераподключен к выходу трехпоэиционногорелейного блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. 1, Авторское свидетельство СССР9 391532, кл, С 05 В 11/16, 1971,2. Авторское свидетельство СССРР 266019, кл, 6 05 В 11/00, 1968.3. Авторское свидетельство СССРМ 430352, кл, 6 05 В 11/00, 1972