Позиционный регулятор для систем с запаздыванием

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 5 В 11/18 НИЕ ИЗОБРЕТЕН ОП сче ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Гурецкий Х. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. М,; Машиностроение, 1974, с. 303, рис. 3 Х. 10.Авторское свидетельство СССР 9 1259208, кл. С 05 В 11/18, 24. 10.85.1(54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ(57) Изобретение относится к техническим средствам систем автоматического управления и может быть исполь-. зовано для регулирования различных процессов в теплоэнергетике. Целью изобретения является повышение точ, - ности регулирования при работе в двухпозиционном режиме управления эат компенсации влияния запаздывания при осуществлении корректирующих воздействий в интервалы времени запаздывания срабатывания регулятора. Регулятор содержит задатчик регулируемого параметра, элемент сравнения, позиционный релейный блок, усилители мощности, управляющие работой исполнительного механизма, первый и вто" рой формирователи импульсов соответственно по переднему и заднему фронтам, первый, второй и третий триггеры, осуществляющие управление работой схемы, а также генератор импульсов, первый и второй счетчики импульсов, четыре схемы сравнения параллельного кода и восемь элементов И. Причем че"о тыре схемы сравнения и четыре элемента И выполняют роль времязадающих элементов. Импульс с выхода пятого или шестого элемента И обеспечивает Се начало корректирующего воздействия, а с выхода седьмого или восьмого эле" мента И - его окончание. Выходы второго триггера также управляют работой усилителей мощности. 3 ил.Изобретение относится к техникеавтоматического регулирования и можетбыть применено при регулировании различных процессов в теплоэнергетике,химии и других отраслях промышленности. в случае, если в контуре регулирования имеется чистое запаздывание.Целью изобретения является повышение точности регулирования. 10На фиг. 1 и 2 показано предлагаемое устройство; на фиг. 3 - временныеграфики процессов регулирования,Регулятор (фиг, 1) содержит задатчик 1 регулируемого параметра, эле 15мент 2 сравнения, двухпозиционный релейный блок 3, формирователи 4 и 5импульсов, выполняющие функции выработки импульсов соответственно по пе 20реднему и заднему фронтам, первый -третий триггеры 6 - 8, генератор 9импульсов, первый и второй счетчики10 и 11 импульсов, первый - четвертыйэлементы И 12 - 15, первый - пятыйэлементы ИЛИ 16 - 20, первую - четвертую схемы 21 - 24 сравнения параллельного кода, пятый - восьмой элементы И 25 - 28,шестой и седьмой элементы ИЛИ 29 и 30, первый и второйусилители 31 и 32 мощности, выполнен 30ные в виде ключевых элементов. В процессе регулирования регулятором осуществляется управление перемещениемисполнительного механизма 33 постоянной скорости. На фиг. 2 показаны схемы 21 - 24 сравнения параллельногокода, каждая из которых состоит изтумблеров 34 - 37, имеющих выходы поколичеству разрядов задаваемого кода(в нашем примере четыре разряда) и 40соответствующие им двойные входы.Вторые входы тумблеров 34 - 37 подключены к источнику напряжения +5 В,В качестве формирователей импульсов могут быть использованы одновибраторь 1.Работа регулятора осуществляетсяследующим образом,Формирователи 4 и 5 импульсов настроены на срабатывание соответственно по переднему и заднему фронтам.Подключение питания к первой обмотке исполнительного механизма 33 обеспечивает увеличение регулируемогопараметра, а к второй обмотке - егоуменьшение. На вход регулятора, являющийся первым входом элемента 2сравнения поступает сигнал от датчикарегулируемого параметра Ч . Иа второи вход элемента 2 сравнения поступает сигнал Ч от задатчика 1 регулируемого параметра, Сигнал рассогласования Ч , равный разности между заданным Ч и текущим Чг значениями регулируемого параметра, поступает на вход двухпозиционного релейного блока 3. В зависимости от знака сигнала рассогласования на выходе двухпозиционного релейного блока 3 всегда присутствует сигнал Чположительного или нулевого уровня,Дальнейшую работу системы рассмотрим на примере, когда объект управления можно характеризовать в виде последовательного соединения безынерционного усилительного звена и звена запаздь 1 вания.1Пусть в соответствии с фиг. 3 в начальный момент система отрабатывает управляющее или возмущающее воздействия из положения, когда значение регулируемого параметра ниже заданного значения. Пусть к начальному моменту регулятор уже отработал корректирующее воздействие. При наличии в системе запаздывания информация об изменении регулируемого параметра на вход регулятора поступает с задержкой, равной времени запаздывания, На фиг, 3 пунктирной линией изображен процесс изменения параметра на выходе объекта, а сплошной - на входе регулятора в предположении, что запаздывание включено между выходом ,объекта и входом регулятора, В момент времени, когда значение сигнала на входе регулятора Ч становится равГным значению сигнала Ч (точка А, на фиг. 3), происходит изменение состояния двухпозиционного релейного блока 3 и на его выходе сигнал Чк положительного уровня изменяется до нулевого уровня. В момент снижения сигнала Ч до нулевого уровня по заднему фронту запускается формирователь 5 и на его выходе появляется импульс, который переводит триггеры 6-8 в нулевое состояние, а счетчики 10 и 11 импульсов обнуляет. Сигналы Ч и Ч 4 с выходов триггера 7 соответственно подаются на усилители 31 и 32, осуществляя переключение питающего напряжения Ч на вторую обмотку исполнительного механизма 33 и обеспечиваятем самым уменьшение регулируемого параметра. Одновременно сигналы с инверсных выходов триггеров 6 - 85 10 Ф 15 20 25 30 35 40 45 50 55 разрешают прохождение импульсов ст генератора 9 импульсов через элемент И 13 и элемент ИПИ 16 на счетный вход счетчика 10. Сигнал с инверсного выхода триггера 7 также разрешает работу элемента И 26. Цифровой код на выходных шинах счетчика 10 начинает изменяться, и по истечении времени С, его значение становится равным коду на схеме 22 сравнения параллельного кода, срабатывает элемент И 26 и на ее выходе появляется сигнал., который обнуляет счетчик 10 и переводит триггер 7 в нулевое состояние. Сигналы Чз и Ч осуществляют переключение питающего напряжения Ч на перПвую обмотку исполнительного механиз" ма 33 и обеспечивают тем самым увеличение регулируемого параметра (точка А на фиг. 3 - начало корректирующего воздействия). Одновременно нулевой уровень сигнала с инверсного выхода триггера 7 блокирует доступ импульсов на счетчик 10 от генератора 9 импульсов через элемент И 13, а высокий уровень сигналов с прямого выхода триггера 7 и с инверсных выходов 1 триггеров 6 и 8 разрешает прохождение импульсов от генератора 9 импульсов через элемент И 15 и элемент ИЛИ 17 на счетный вход счетчика 11, Сигнал с инверсного выхода триггера 8 также разрешает работу элемента И 28. По истечении времениравного времени заполнения емкости счетчика 11 до значения, соответствующего коду на задатчике 24 параллельного кода, на выходе элемента И 28 вырабатывается импульс, который обнуляет счетчик 11, а триггеры 7 и 8 переводит соответственно в нулевое и единичное состояния, обеспечивая тем самым переключение питающего напряжения Ч на вторую обмотку исполнительного механизма, вновь уменьшающего регулируемый параметр (точка А 4 на фиг, 3 - конец корректирующего воздействия), и осуществляя запрет на прохождение импульсов через элемент И 15 от генератора 9 импульсов. Снижение регулируемого параметра происходит до момента времени, когда вновь произойдет изменение состояния двух- позиционного релейного блока 3 (точка А на фиг. 3), после чего в системе устанавливается автоколебатель" ный процесс.Пусть в момент времени, соответствующий точке А, на фиг, 3 произойдет смена заданного значения регулируемого параметра, Новая ось координат на фиг3 показана пунктирной линией. До момента смены заданного значения произошло срабатывание позиционного релейного блока 3 (точка Аю на фиг. 3) и, по аналогии с процессом регулирования относительно точки А через промежуток времени регулятором вырабатывается корректирующий импульс длительностьюпо окончании которого вновь происходит уменьшение регулируемого параметра, Снижение регулируемого параметра про" исходит до момента времени, когда произойдет изменение состояния двух- позиционного релейного блока 3 (точка Ана фиг. 3), осуществляющее запуск по переднему Фронту формирователя 4 и перевод триггеров 6-8 сигналом Ч. в единичное состояние. Сигналы Ч и Ч с выходов триггера 7 осу 3ществляют переключение питающего напряжения Ч ца первую обмотку исполнительного механизма 33, обеспечивая увеличение регулируемого параметра, а сигналы с прямых выходов триггеров 6 - 8 разрешают прохождение импульсов от генератора импульсов через элемент И 12 и элемент ИЛИ 16 на счетный вход счетчика 10 импульсов. Сигналы с прямых выходов триггеров 7 и 8 также разрешают работу соответственно элементов И 25 и 27. По 1 истечеции времени С импульс ца выходе элемента И 25 изменяет состояние триггера 7 на противоположное, обеспечивая тем самым переключение исполнительного механизма 33 ца уменьшение регулируемого пг аметра и осуществляя запрет прохождения импульсов через элемент И 12 и разрешение прохождения импульсов через элемент И 14 на счетный вход счетчика 11, По истечении времениимпульс на выходе элемента И 27 изменяет на противоположное состояния триггеров 7 и 8, чем обеспечивает переключение исполнительного механизма на увеличение регулируемого параметра и блокирует доступ импульсов к счетчикам 10, 11 от генератора 9 импульсов. Увеличение регулируемого параметра происходит до момента времени, когда.вновь произойдет изменение состояния позиционного релейного блока 3 (точка А на;фиг. 3), после чего в системе устанавливается автоколебательный процесс, 1416935Обеспечение наибольшей точностирегулирования в установившемся режи" ме достигается настройкой схемы сле" дующим образом.5Выдержки времени , и С илиипо истечении которых происходит заполнение счетчиков до значений соответствующих кодов, выбираются такими, чтобы значения регулируемого параметра на выходе объекта в момент выработки корректирующего воздействия (импульса с выхода элементов И 25 или 26 - точки А и А на фиг. 3) и последующего срабатывания двухпозиционного релейного блока (точки А и А,. на фиг. 3) были равны. В соответствии с фиг. 3 равные значения регулируемого параметра должны соответствовать точкам А, Аб и А, Аз.20 Необходимо, чтобы были равны также и интервал времени между моментом перехода регулируемого параметра во время корректирующего воздействия через25 заданное значение и концом корректирующего воздействия и интервал времени между моментом перехода регулируемого параметра после окончания ко 1 ректирующего воздействия через заданное значение и последующим сраба" тыванием позиционного блока 3, т.е.или= 6. Осуществление корректирующего воздействия при обес" печении указанных условий соответствует тому, что сигналы на входе регу лятора с запаздыванием о повторяя изменение регулируемого параметра во время корректирующего воздействия, осуществляют выработку управляющих воздействий, которые, в свою очередь, 40 изменяют регулируемый параметр, как и при корректирующем воздействии. В дальнейшем процесс повторяется, и в САР устанавливается айтоколебатель- / ный процесс с параметрами корректиру ющего воздействия (точки А 4, Аз и А, А на фиг. 3). Следует отметить, что дальнейшая работа регулятора происхо" дит без корректирующих воздействий, т.е. без сигналов управления, выра батываемых схемой регулятора в интер" валы времени между срабатываниями двухпозиционного релейного блока 3. Это происходит потому, что при установившемся автоколебательном процессе 55 интервалы времени между срабатываниями двухпозиционного релейного блока 3 становятся меньше времени , и необходимого на заполнение счетчика 10,импульсов до значений, задаваемыхсхемами 21 и 22 сравнения параллельного кода, и, следовательно, выработка импульсов на начало корректирующего воздействия не происходит,В с.оответствии с фиг. 2, заданиепараллельного кода осуществляетсятумблерами 34 - 37 таким образом,чтобы коммутация выходов тумблеровдля нулевых разрядов кода осуществлялась через вторые входы тумблеров,подключенных к питанию +5 В (уровень"1"), а для единичных разрядов кода -через первые входы, подключенные квыходным шинам счетчиков 10 или 11.Так, в нашем примере (фиг2) на схеме 21 сравнения параллельного кодаустановлен код 0110, т.е. выходытумблеров 34 и 37 подключены к источнику питания +5 В, а выходы тумблеров35 и 36 подключены к второй и третьейвыходным шинам счетчика 10, Код 0110двоичной системы счисления саатветст"вует числу 6 десятичной системы счисления, Таким образом, при заполнениисчетчика 10 шестью импульсами от генератора 9 импульсов на его выходныхшинах образуется код 0110, которыйсовместно с единичными сигналами навыходах тумблеров 35 и 37 преобразуется в код 1111, необходимый для срабатывания элемента И 25. Формула изобретенияПозиционный регулятор для систем сс запаздыванием, содержащий задатчикрегулируемого параметра, элементсравнения, позиционный релейный блок,первый и второй усилители мощности,подключенные выходами к соответствующим входам исполнительного механизма, триггер, три элемента ИЛИ и дваэлемента И, причем первый вход элемента сравнения соединен с выходомзадатчика, второй - с входом регулируемога параметра регулятора, а выход - с входом позиционного релейно"го блока, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности 1 регулирования, в него введены два формирователя импульсов, генератор импульсов, второй и третий триггеры, два счетчика импульсов, четвертый, пятый, шестой и седьмой элементы ИЛИ, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой и восьмой элементы И и четыре схемы сравнения параллельного када,причем позиционный релейный блок вы 1416935полнен в виде двухпозиционного релейного блока, выход которого подключен к входу первого формирователя импульсов и к входу второго формирова,5 теля импульсов, выход первого формирователя импульсов подключен к уста,новочным входам первого, второго и третьего триггеров, к первым входам четвертого и пятого элементов ИЛИ, 1 О выход второго формирователя импульсов подключен к вторым входам четвертого и пятого элементов ИЛИ, к входам сброса первого, второго и третьего триггеров, выходы четвертого и пято го элементов ИЛИ подключены соответственно к обнуляющим входам первого и второго счетчиков импульсов, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго 20 элементов ИЛИ, первые входы которых подключены соответственно к выходам первого и третьего элементов И, а вторые входы - соответственно к выхо" дам второго и четвертого элементов 25 И, выходы первого счетчика импульсов соединены с соответствующими входами первой и второй схем сравнения па раялельного кода, выходы второго счетчика импульсов соединены с соот" ЗО ветствующими входами третьей и четвертой схем сравнения параллельного кода, выходы первой, второй, третьей и четвертой схем сравнения параллельного кода подключены соответственно к входам пятого, шестого, седьмого35 и восьмого элементов И, выходы пятого и шестого элементов И подключены соответственно к первому и второму входам шестого элемента ИЛИ, выходкоторого подключен к третьему входучетвертого элемента ИЛИ и к первомувходу третьего элемента ИПИ, выходыседьмо 1 о и восьмого элементов И подключены соответственно к первому ивторому входам седьмого элемента ИЛИ,выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, с третьимвходом пятого. элемента ИЛИ и со счетным входом третьего триггера, выходтретьего элемента ИЛИ подключен ксчетному входу второго триггера, инверсный выход которого соединен стретьими входами первого и четвертогоэлементов И, с дополнительным входомшестого элемента И, а также с входомвторого усилителя мощности, прямойвыход второго триггера соединен стретьими входами второго и третьегоэлементов И, с дополнительным входомпятого элемента И, а также с входомпервого усилителя мощности, прямойвыход третьего триггера подключен кчетвертому входу первого элемента Ии к дополнительному входу седьмогоэлемента И, инверсный выход третьеготриггера соединен с четвертым входомвторого элемента И и с дополнительнымвходом восьмого элемента И, прямойвыход первого триггера подключен кпервым входам первого и третьего элементов И, а инверсный выход - к первым входам второго и четвертого элементов И, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого элементов И соединены с выходом генератора импульсов.