Релейный регулятор

(я)5 О 05 В 13 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИ ЗОБРЕТЕН ОПИСА К АВТОРСКОМ В ДЕТЕ личение точноизобретенлен ия.г. 1 предсто регуляреты си ти уп Навлена структурная схеора; на фиг, 2 - 4 - фатемы управления; на ма релеиног зовые порт(56) Авторское свидетельство СССР М 809054. кл. 0 05 В 11/14, 1976.Авторское свидетельство СССР М 943640, кл. 6 05 В 11/14, 1980 (прототип). (54) РЕЛЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР(57) Изобретение относится к релейным системам автоматического управления динамическими объектами, Целью изобретения является увеличение точности управления. Сущность изобретения состоит в изменении зоны нечувствительности релейной систеИзобретение относится к системам управления динамическими объектами и может быть реализовано в релейных системах управления. Наибольшее применение изобретение может найти при необходимости полученйя управления с малыми перерегулированиями при отработке внешних возмущений в установившихся режимах. Кроме того, регулятор может быть использован для поддержания малых скоростей изменения ошибки управления в пределах зоны нечувствительности релейной системы управления.Ц мы управления, если скорость изменения сигнала ошибки управления выходит за заданные пределы. При этом смещаемая граница зоны нечувствительности устанавливается в положение, соответствующее ошибке управления в момент попадания ее скорости за заданные пределы. Устройство содержит регулирующий элемент, запоминающее устройство, трехпозиционный и двухпозиционный релейные элементы, обеспечивающие передачу информации запоминающего устройства на вход формирующего элемента. Запоминающее устройство обеспечивает изменение зоны нечувствительности регулятора и фиксацию ее втечение времени действия возмущения, б ил. фиг. 5 - пример построения запоминающего О устройства, входящего в релейный регулятор; на фиг. 6 - пример построения коммутирующего элемента.Устройство содержит релейный регулятор 1, входы задания сигналов ошибки 2 и О скорости 3 ошибки, регулирующий элемент Од 4, звено 5 запаздывания на выключение, трехпозицион ный релейн ый элемент (Р Э) б, запоминающее устройство (ЗУ) 7 с входамиюапЪ "Сброс", информационным (а), управляющими (б и в) и выходом (г), двухпозиционные РЭ 8 и 9, апериодический фильтр 10, при этом регулирующий элемент 4 выполнен на трехпозиционном релейном элементе 11, охваченным цепью инерционной ООС 12 через сумматор, коммутирующий элемент 13, выходную шину 14, объект 15 управления.5 10 На фиг. 5 обозначены; интегратор 16, выполненный на операционном усилителе(ОУ), управляемые ключи 17 и 18, формирователь 19 одиночных импульсов, элементИЛИ 20, резисторы 21-23, На фиг. б обозначены; управляемый ключ 24, триггер 25,трехвходовой элемент ИЛИ-НЕ 26, На фиг,2 - 4 обозначены; Х - сигнал ошибки управления, У - сигнал скорости ошибки управления,1,2,1,2 - линии переклочения, М- положение изображающей точки на фазовой траектории, пх; Ьх - граница зоны нечувствительности по сигналу ошибкиуправления, пу - граница фиксируемой скорости ошибки управления.Релейный регулятор выполнен следующим образом (фиг. 1).Входы формирующего элемента 4, трехпозиционного РЭ и информационный входЗУ 7 соединены с входом 2. Выход регулирующего элемента 4 через звено 5 соединенс выходной шиной 14. Выход ЗУ 7 соединенчерез коммутирующий элемент 13 с вторымвходом регулирующего элемента 4 (с вторым входом сумматора, через который РЭ11 охвачен цепью инерционной ООС 12),Выход элемента 4 через звено 5 соединен свыходной шиной 14 устройства.Вход 3 соединен с входами РЭ 8 и 9через фильтр 10, Выходы РЭ 8 и 9 соединены с управляющими входами ЗУ 7 и с двумявходами коммутирующего элемента 13, Стретьим входом этого ключа соединен выход РЭ 6 и вход "Сброс" ЗУ 7.ЗУ 7, один из вариантов которого представлен на фиг. 5, выполнен следующим образом,В качестве запоминающего элемента всхеме используется интегратор 16, выполненный на ОУ с конденсатором в цепи ООС.Вход интегратора через ключ 17 и резисторы 21 и 22 подключен к управляющим иинформационным входам соответственно,Управляющие входы объединены через элемент ИЛИ 20 на входе формирователя 19,выход которого соединен с управляющимвходом ключа 17. В цепи обнуления интегратора 16 включен ключ 18, управляющийвход которого является входом "Сброс" схемы,Коммутирующий элемент 13 (фиг. 6) содержит ключ, управляющий вход которогосоединен с выходом триггера 25, Управляющий вход триггера 25 (например, вход Я)соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 26,объединя ющим три уп равля ющих входа, Квходу обнуления В триггера 25 подключенацепь обнуления.Пусть в некоторый момент изображающая точка М пересекла границу эоны нечув 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ствительности Ь (т.М 1) Начиная сэтого момента и до попадания изображающей точки на линию выключения2(т.М 2) происходит отработка скорости ошибки управления исполнительными органами системы управления, На участке М 2-Мз скорость изменяется только эа счет демпфирования (трения). На участке Мз - М 4 за счет того, что изображающая точка оказалась вне зоны нечувствительности, определяемой границами Ьх и Ьу(по сигналу Х), происходит гашение скорости исполнительными органами, и в дальнейшем изображающая точка оказывается всостоянии покоя (т.Мь),Рассмотренный процесс относится крежиму отработки начальных условий и качественно присущ практически всем устойчивым релейным системам. При этомотличия процессов могут быть обусловленытолько положением линий переключения нафазовом портрете,Пусть, например, по окончании переходного процесса в момент нахожденияизображающей точки в положении Мб насистему управления подействовало возму/щение, способствующее увеличению скорости У, Тогда, под действием возмущенияизображающая точка достигает установленного предела йу(т.Мт), В этот момент фиксируется сигнал позиционного отклонения Я,равный5=Х-г,где г - демпфирующий сигнал, например,пропорциональный сигналу У, либо сформированный иным образом, но обеспечивающий устойчивость управления,Предполагается, что при -йх ХпхЯ = Х. Линия включения1(значение сигнала срабатывания РЭ, определяющего значение гх) устанавливается в положение,соответствующее зафиксированному значению Х, т,е,1 занимает положение 11, а2занимает положение2. Изображающаяточка попадает за границу зоны нечувствительности, и исполнительными органамисистемы управления обеспечивается переводт.М в положение Мв. Далее процесс повторяется и возникает режим установившихсяавтоколебаний.При исчезновении возмущения, например, в т, Му, если изображающая точка попадает на границу 1, линия Ьустанавливается в исходное состояние ( 1).Если изображающая точка в процессе движения не попадает на границу Ь, то границаЬ остается в положении Ьх, При длитель 1ном воздействии возмущения стабилизацияпроизводится в области точки йх,Если, например, в процессе отработкипоявившегося возмущения изображающаяточка вновь пересекает границу Ьу, то линиявключения переходит из положения .1 (фиг,3) в положение 1 и т.д, Далее процессповторяется аналогичным образом.Рассмотрим функционирование релейного регулятора (фиг, 1), используя фазовыепортреты, представленные на фиг. 2 - 4,Пусть, например, сигнал Х изменяетсясо скоростью У, которая больше по абсолютной величине зоны нечувствительностиодного из РЭ 8 или 9. При достижении сигналом Х порога срабатывания Ь РЭ 11 последний включается, и на его выходепоявляется релейный сигнал, который пройдя через звено 5, поступает на выходнуюшину 14 и воздействует на объект управления, обеспечивая изменение его скоростина участке М 1-М 2 фазовой траектории, Демпфирование скорости У обеспечивается засчет действия ООС (выходной сигнал цепиООС 12, изменяющий сигнал Я),При попадании сигнала Я в зону нечувствительности РЭ 11, что соответствуетт,М 2, последний выключается, а на объектуправления начинает действовать толькодемпфирующая сила (например, сила трения, или сила внутренней диссипации энергии, участок М 2 - Мз), Далее на участкеМз - М 4 процесс аналогичен процессу на участке М 1 - М 2.Если сигнал Ут - отфильтрованныйфильтром 10 сигнал У, в дальнейшем будемсчитать, что У У, так как фильтр 10 обеспечивает подавление сигналов высокочастотной помехи и его постоянная временизначительно меньше постоянной воемениобъекта 15 управления становится поабсолютной величине меньше Ьу (порогсрабатывания РЭ 8 и РЭ 9),замыкается коммутирующий элемент 13. Условие замыканиякоммутирующего элемента 13 (фиг, б) - отсутствие сигналов на его логических входах(срабатывает элемент ИЛИ-НЕ 26 ивключает триггер 25). Замыканием коммутирующего элемента 13 обеспечиваетсяподключение выхода ЗУ 7 к входу элемента 4.Если в некоторый момент времени(например, т М 7) вследствие возникновения внешнего возмущения сигнал У становится большезначения порога срабатывания РЭ 8 (9), науправляющий вход б (или в) ЗУ 7 поступаетсигнал, поддействием которого в ЗУ 7 запоминается сигнал Х.После ввода в ЗУ 7 сигнала Х на его выходе формируется сигналпри Х О илиЮ=Х+ Ь при ХО.т.е, ЗУ 7 исключает начальный уровень Ьсрабатывания РЭ 11 и заменяет его запомненным сигналом Х,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 В результате обеспечивается смещениелиний переключения Ь и2, в положениеЬ( 1 и2), формирующий элемент в этомслучае обеспечивает процесс стабилизацииизображающей точки вблизи положения Ьх.Если сигнал Х попадает в область включения РЭ 6, последний обнуляет ЗУ 7, ипороги РЭ 11 устанавливаются в исходноеположение (т.е, Ю = 0).Если в процессе изменения сигнала Х впределах эоны нечувствительности РЭ 6сигнал У вновь включает РЭ 8 или 9, в ЗУзаписывается новое значение Х и далее процесс повторяется,Рассмотрим функционирование ЗУ 7,При появлении релейного сигнала навходах б или в на выходе формирователя 19появляется импульс т 1, На время импульсаинтегратор 16 переходит в режим апериодического звена, на вход которого поступаютсигнал Х и сигнал Ь от входов б или в, впротивофазе, По окончании импульса г 4 навыходе интегратора 16 оказывается сформированным сигнал И 7.Точность управления достигается засчет уменьшения перерегулированияЛ(фиг, 3), возникающего при отработке скоростной ошибки управления,отработка сигнала скорости производится внутри зоны нечувствительности, т,е.по сигналу ошибки управлсния устраняетсяперерегулирование, являющееся следствием внешнего возмущения. Для оставшегосяперерегулирования Ь 1, вызванного отработкой остаточной скорости Уос, всегдаЛЬ,Помехаустойчивость обеспечиваетсятем, что сигнал скорости ошибки управления используется не для формированиярегулирующего сигнала, а только для формированиялогических признаков переключения закона управления. В этом случаескоростной сигнал может быть отфильтрован необходимым образом, без внесениязапаздывания в сигнал ошибки управления.Формула изобретенияРелейный регулятор, содержащий регулирующий элемент, апериодический фильтр,т 1:ехпозиционный релейный элемент, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличенияточности управления, дополнительно введены запоминающее устройство, коммутирующий элемент, звено запаздывания навыключение, первый и второй двухпозиционные релейные элементы, выходы которыхсоединены соответственно с первым и вторым управляющими входами коммутирующего элемента, третий управляющий входкоторого соединен с входом "Сброс" запо 4минающего устройства и выходом трехпозиционного релейного элемента, вход которого соединен с информационным входом запоминающего. устройства и с первым входом регулирующего элемента, который является входом .задания сигнала ошибки регулятора, выход запоминающего устройства соединен с информационным входом коммутирующего элемента, выход коммутирующего элемента соединен с вторым входом регулирующего элемента, выход которого через звено запаздывания на выключение соединен с выходной шиной 5 регулятора, а входы первого и второго двухпозиционных релейных элементов соединены с выходом апериодического фильтра, вход которого подключен к входу задания сигнала скорости ошибки регулятора.1 О1695263Составитель В. Пилищкин Редактор И.Касарда Техред М.Моргентал КоРРектоР М,шароши Заказ 4161 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101