Импульсный регулятор

(н 737918 ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 270677 (21) 2500393/18-24 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет - . С 05 В 11/16 Государственный комите 1 ССС.Р по делам изобретениИ и открытий(088,8) Дата опубликования описания 30 Л 580(54) ИМПУЛЬСНЫЯ РЕГУЛЯТОР Изобретение относится к области автоматики к предназначено для автоматического регулирования различных параметров, например тока электропривода иэмельчктелей различных материалов, температуры и других электрических и неэлектрических величин.Известен регулятор, предназначенный для стабилизации различных параметров технологического процесса,содержащий датчик с измерительной схемой, электронный усилитель, релейное устройство и исполнительный механизм 1).укаэанное устройство .имеет недо статочные точность, быстродействие и надежность работы.. Наиболее близким к предлагаемому по, техническбй сущности является импульсный регулятор, содержащий исйтолнительный орган защиты от перегрузок, элемент сравнения, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первыми" выхо- цами датчика тока, источника опорного напряжения и стабилизированного источника питания, а первый и второй выходы - через первый и второй интегрирующие элементы - с первыми входами первого и второго пороговыхэлементов";,:второй выход стабилизированного-истбчника йитайия "подключен5через третий интегрирующий элементк первому входу- третьего йороговогоэлемента,"через релаксацйонный гейератор - ко вторым входам, а непосредственно - к третьим входам первого,(О второго -и третьего пороговых элементов, второй выход датчика тока подсоединен через четвертый интегрирующийэлемент. к первому входу четвертогопорогового элемента, второй входкоторого подключен ко второму выхо-ду источника опорного напряжения,триггер, первый, второй, третий ичетвертый входи-которого соединены- с выходами соответствующих пороговых"элемейтбв,"йервый, второй и третий выходы - соответственно черезпервый, второй и третий коммутаторыссоответствующими входамиисполнительного электродвигателя 2),Данный импульсный регулятор имеетнедостаточное быстродействие,Цель изобретения - повышениебыстродействия регулятора.Эта цель достигается тем, чтов известный импульсный регулятор737918 ьвведены Разделительные ключи, четвер-.тый коммутатор, пятый и шестой ин - тегрируюцие элементы и пятый и шестойпороговые элементы, первый входыкоторых подключены соответственночерез пятый и шестой интегрирующиеэлементы к первому и второму выходам элемента сравнения, а вторыеи третьи входы - к выходу релаксационного генератора и ко второмувыходу стабилизированного источникаПитания, выходы первого и пятогоинтегрирующих элементов подключенысоответственно через первый и второйразделительные ключи к первому выходутриггера, выходы второго и шестогоинтегрирующих элементов через третийи четвертый разделительные ключико второму выходу триггера, выходытретьего и четвертого интегрирующихэлементов, пятый и шестой разделительные ключи - к третьему выходу триг Огера,- четвертый выход которого черезседьмой ключ соединен со вторым выходом триггера, а через четвертыйкоммутатор- со входом исполнительного органа защиты от перегрузок 25На фиг,1 приведена функциональная"схема регулятора; на фиг,2 - принципиальная электрическая схема.Функциональная схема содержит датчик 1 тока, источник 2 опорного напряжения, стабилизированный источник3 питания, элемент 4 сравнения, пороговые элементы 5 - 10, интегрирующиеэлементы 11-16, релаксационный генератор 17, триггер 18, коммутаторы19 - 22, исПолнительный электродвигатель 23, исполнительный орган 24 защиты от перегрузки и разделительныеключи 25 - 31Принципиальная электрическая схемарегулятора содержит датчик тока, абразованный трансформатором 31 тока,выпрямительным мостом 32 с конденсатором 33 фильтра и потенциометром 34,источник опорного напряжения, образованный одной из вторичных обмоток35 трансформатора 36, выпрямительныммостом 37, опорным диодом 38 и потенциометром 39, стабилизйрованнйй источник питания, составленный вторйчной обмоткой 40 трансформатора, диодным мостом 41, конденсатором 42фильтра, опорным диодом 43 и потенциометром 44, пороговые элементы, образованные, например однопереходнымитранзисторами 45 - 50, потенциометрами 51 - 56 и помехозащитными конденсаторами 57 - 61, интегрирующиеэлементы, составленные последовательными 62 -. 71 или параллельными 72,73 ВС-контурами, триггер с общиманодным резистором 74, состоящий из Щтиристоров 75 - 78, резисторов 7982 и коммутирующих конденсаторов83 - 8 бразделительные ключи,образованные диодами 87 - 93, релаксационный генератор, выполненный Д на однопереходном транзисторе 94 с ВС-контурам 95,96 в эмиттере и резистором 97 на выходе, к которому подсоединены резисторы 98-100, подключенные к базам транзисторов 45 49, исполнительный электродвигатель 101 с фазосдвигающим конденсатором 102, коммутаторы на симисторах 103 106 и исполнительный орган защиты от перегрузки, подключаемый к клемме 107,Работает регулятор следующим образом.Датчик 1 тока преобразует значение регулируемого тока в пропорциональное ему выпрямленное напряжение. Это напряжение сравнивается элементом 4 сравнения с напряжением источника 2 опорного напряжения, и их разность (сигнал рассогласования) складывается с напряжением одного выхода стабилизированного источника 3 питания и поступает через интегри-: рующие элементы 11, 12, 15 и 16 соответственно на пороговые элементы 5,6,9 и 10, Напряжение срабатывания пороговых элементов 5, б выбрано таким, чтобы при нулевом рассогласовании они не срабатывали, а напряжение срабатывания пороговых устройств 9, 10 устанавливается несколько выше,с таким расчетом, чтобы при отклонениях тока регулирования в пределах 10-20 они не включались, При этом постоянные времени интегрирующих элементов 11, 12, подключаемых ко входам пороговых элементов 5, б выбирается примерно на порядок больше постоянных времени интегрирующихэлементов 15, 16 пороговых элементов 9, 10. Выходы пороговых элементов 9, 10 соединены с двумя из четырех входов триггера 18, один выход которого подключен ко входу коммутатора 19 прямого включения исполнительного электродвигателя 23, а второй выход соединен с коймутатором 20 реверсивного включения электродвигателя, Питание пороговых элементов 5,6,7,9, и 10 осуществляется От стабилизированного источника 3 питания, а порогового элемента 8 - от источника 2 опорного напряжения, Для повышения входного сопротивления пороговых элементов 56,7,9 и 10 они соединены с выходом релаксационного генератора 17, При нулевом сигнале .рассогласования срабатйвает пороговый элемент 7, вход которого через интегрирующий элемент 13 соединен непосредственно с выходом.: стабилизированного источника 3 питания. При этом на вход триггера 18, соединенный с выходом порогового элемента 7, поступает включающий импульс и триггер открывает ; коммутатор 21, осуществляющий динамическое торможение исполнительного электродвигателя 23. При отрицательном сигнале рассогласования, превышающем зону нечувстви"тельности регулятора, через интервал времени, определяемый постоянной времени интегрирующего элемента 11, срабатывает пороговый элемент 5, вызывая переключение триггера 18, Теперь сигнал управления подается на .коммутатор 19, который, открываясь, вызывает прямое вращение исполнительного электродвигателя 23, Поскольку выход триггера 18 соединен при помощи разделительного ключа 25 со вхо- о дом порогового элемента 5, соответствующее плечо триггера не срабатывает, пока включен элемент 5, Через интервал времени, определяемый постоянной времени интегрирующего элемента 13, срабатывает пороговый элемент 7, вызывая переключение триггера 18:, включение коммутатора 21 и динамическое торможение электродвигателя 23, Таким образом, до тех пор, пока имеется сигнал рассогласования, исполни О тельный электродвигатель 23 периодически включается и выключается. При положительном сигнале рассогласования начинают периодически переключаться пороговые элементы б и 7 и поочередно 25включаться коммутаторы 20, 21, осу" ществляя импульсное реверсивное включение электродвигателя 23, В зависимости от величины сигнала рассогласования меняется время паузы, умень шаясь с увеличением сигнала, что ускоряет процесс отработки возмущающего воздействия и обеспечивает ловышение качества регулирования. С целью еще большего повышения быстродействия З 5 регулятора в него введены пороговые элементы 9,10 и интегрирующие элементы 15, 16. хотя их напряжение срабатывания выше, чем у пороговых элеэлементов 11 и 12, при отклонениях тока регулирования более чем на 10- 20 от установки начинают срабатывать пороговые элементы 9 и 10, так как постоянные времени интегрирующих элементов 15 и 16 примерно на порядок меньше постоянных времени интегрирующих элементов 11 и 12. Таким образом, при отработке больших рассогласований значительно уменьшается пауза, т.е. увеличивается быстродействие регулятора, 50В случае аварийной перегрузки срабатывает пороговый элемент 8, вызывая переключение триггера 18 в четвертое положение, открытие коммутатора 22 и включение исполнительного органа 55 24 защиты от перегрузки, Четвертый выход триггера 18 через разделительный ключ 31 связан со вторым выходом триггера, что обеспечивает включение коммутатора 20 и исполнительного 6 О электродвигателя 23. Так как этот же выход триггера 18 соединен со входом порогового элемента 7 через разделительный ключ 29, блокируя его сра" батывание, переключение триггера 18 65 происходит лишь при снижении тока регулирования ниже уставки срабатывания, т.е. при срабатывании порогового элемента 5, Дпя этого момента вращение исполнительного электродвигателя 23 осуществляется непрерывно, т.е, с максимальной скоростью.При помощи трансформатора тока 31 , выпрямительного моста 32 и кон 8денсатора 33 фильтра регулируемый ток преобразуется в выпрямленное напряжение, которое сравнивается с напряжением, снимаемым с потенциометра 39 источника опорного напря- жения. Алгебраическая сумма измеряемого и опорного напряжения при помо"щи "ремисгоров 108 и 109, образующих делитель напряжения, складывается с напряжением стабилизированного источника питания, снимаемым с потенциометра 44, Это напряжение устанавливается такой величины, чтобы порог срабатывания транзисторов 45 и 46 был вьпае этого напряжения на зону нечувствительности регулятора. К потен" циометру 44 и резистору 108 подключены ВС-контуры 62, 63 и 66,67, а к этому потенциометру и резистору 109 подключены ВС-контуры 64, 65 и 70, 71Параллельный ВС-контур 72, 73 непосред. ственно подключен к стабилизированному опорным диодом 43 источнику питания.При включении регулятора в сеть через конденсатор 73, эмиттер, базу транзистора 47 и резисторы 99 и 97 проходит зарядный импульс койденсатора 73, под действием которого отпирается отключающий тиристор 76 триггера. Конденсатор 73 через разделительный диод 89 подключается к открытому тиристору 76 и поддерживается в заряжейном состоянии до тех пор, пока тиристор 76 открыт. Если стабилизируемый ток ниже заданной величины, суммарное напряжение на потенциометре 44 и резисторе 108.превышает напряжение отпирания транзистора 45, Под действием этого напряжения через резистор 62 заряжается конденсатор 63, и, как только напряжение на нем превышает порог срабатывания транзистора 45, конденсатор 63 разряжается через транзистор 45 на резисторы 98 и 97, отпирается тиристор 75, который через резистор 79 открывает симистор 103. Электродвигатель 101 начинает вращаться в сторону, вызывающую увеличение регулируемого тока, Одновременно за счет общего резистора 74 и коммутирующих конденсаторов 83 и 84 закрывается тирис"тор 76, Пока открыт тиристор 75, конденсатор 63 через диод 88 разряжается на него.По истечении времени, определяемого постоянной времени ВС-контура 72, 73, конденсатор 73 разрядится.дояапряжения отпирания транзистора 47,Последйий отпирается, вызывая открытие тйристора 76, а с помощью общегорезистора 74 и конденсаторов 83 и84 - закрытие тиристора 75 и симистора 103, при этом электродвигатель 01останавливается. Процесс периодического включения электродвигателя 101повторяется до тех пор, пока регулируемый ток не достигает заданной величйны; - т.е напряжениенапотерциометре 44 и резисторе 108 не снизитсяниже порога отпирания транзистора 45.Время включенного состояния испольнительного электродвигателя (имтульса) может быть изменено резистором72 и в процессе работы регулятора неменяется. Время паузы при отработкевозмущений зависит от их величиныснижаясь с ростом амплитуды возмущения. При,номинальном контролируемомтоке включен тиристор 76, и исполнительный электродвигатель неподвижен,Для повышения быстродействия приотработке значительных возмущенийпредназначен транзистор 48 скС-кон-туром бб, 67, Постоянная времениэтого ВС-контура примерно на поря док меныае постоянной времени ВСконтура 62,63, а порог срабатываниятранзистора 48 устанавливается на10-20 выше порога срабатывания транзистора 45, Поэтому, когда значениестабилизируемого тока ниже заданногозначения болыае чем на 10-20, начи -нает периодически отпираться транзистор 48, вызывая открытие тиристора 75 и симистора 103, Двигательпериодически вращается, но длитель, ность паузй между его включениямипри этом в несколько раз.меньше, т.е,отработка возмущения осуществляетсяс болыаей скоростью ." Когда значение регулируемого Токапревышает заданное, суммарное напря-.жение на потенциометре 44 и резисторе109 превышает порог срабатывания транзистора 46, последний начинает поочередно с транзистором 47 отпираться,вызывая кратковременное открытие тиристора 77 и симистора 104, и электродвигатель 101 вращается в обратнуюсторону (в сторону уменьшения с 1 абилизируемого тока). Периодическое включениеисполнительного электродвигателя происходит до тех пор, пока регулируемый ток не снизится до заданной величины. Как и при недогрузке,время паузы между включениями электродвигателя зависит от -степени"перегрузки, логарифмически уменьшаясьпри ее увеличении,Для изменения (уменьшения) времени паузы при перегрузке, превышающейнорму на 10-20, предназначен транзистор 49 с 70, 71 ВС-контуром-в цепи эмиттера, Как ипри значительнойнедогрузке, в этом случае резко,.-"уменыаается время паузы и ускоряетсяотработка возмущения, вызывающегоперегрузку. Потенциометром 39 задается требуемое значение тока регулирования (уставка тока), а с помощьюпотенциометра 44 - зона нечувствительности регулятора. В случае, если регулируемый ток значительно превышаетдопустимое значение (достигнет величины тока перегрузки), через резистор 68 заряжается конденсатор 69 до нао пряжения отпирания транзистора 50, .Последний отпирается, вызывая открытие тиристора 78 и включение симистора 106, который вызывает включение исполнительного органа защиты от перегрузки, например полностью прекра щающего подачу перерабатываемого продукта в измельчитель. Через диод 93тиристор 78 вызывает отпирание симистора 104, Который включает в сторону уменыаения подачи продукта в измель читель электродвигатель 101. Исполнительный орган защиты от перегрузки срабатывает при пуске электродвигателя измельчителя, аварийных,снижениях напряжения питания и в других д 5 аварийных режимах работы измельчителя,Перегрузка, при которой срабатывает симистор 106, задается с помощью потенциометра 34. Для исключения периодического срабатывания симистора 106 при разрядке конденсатора 73 на резистор 72 и отпирания транзистора 47 и тиристора 76 служит разделительный диод 92, подключенный к аноду тиристора 78. Для того, чтобы периоди ческое Отпирание тиристора 77 при Отпирании транзистора 46 не вызывало запирание тиристора 78, служит диод 110,включенный последовательно с тиристором 77.140 При снижении стабилизируемого токаниже минимальнбго заданного значениясрабатывают транзистор 45 и тиристор75, вызывая отключение тиристора 78,симисторов 104 и 106. Выключается исполнительный орган защиты от перегрузки, а симистор 103 периодически включает электродвигатель 101 в сторонуувеличения регулируемого токаДля повышения точности работы ичувствительности регулятора в неговведен релаксационный генератор на однопереходном транзисторе 94, Генерируемые последним, импульсы, с частотой,значительно превышающей частоту переключений тиристоров триггера, подаютв цепь без транзисторов 45-49. Этопозволяет резко уменьшить ток утечкитранзисторов в зоне напряжения их. переключения и, тем самым, обеспечивавт стабилизацию порогов срабатыва ния при увеличении постоянной времениВС-контуров, установленных в цепиэмиттеров этих транзисторов.Для повышения точности работы регулятора в паузах между импульсами д 5 осуществляется динамическое торможение30 Формула изобретения Импульсный регулятор, содержащий исполнительный орган, элемент сравнения, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с З 5 первыми выходами датчика тока, источника опорного напряжения и стабилизированного источника питания, а первый и второй выходы - через первый и второй интегрирующие элементы - 4 О с первыми входами первого и второго пороговых элементов, второй выход стабилизированного источника напря", жения подключен через третий интегрирующий элемент к первому входу третьего порогового элемента, через релаксационный генератор - ко вторым входам первого, второго и третьего, а непосредственно - к третьим входам пороговых элементов, второй выход.дат,исполнительного электродвигателя101. Динамическое торможение электродвигателя происходит при отпирании тиристора 76, вызывающего откры.тие симистора 105. При этом через об"мотки электродвигателя 101, разделительные диоды 111 и 112, ограничитель-.ный резистор 113 и симистор 105, работающий в режиме тиристора, проходит пульсирующий выпрямительный ток,вызывающий торможение электродвига- Отеля 101,Потенциометры 51-56 служат длякорректировки порогов срабатываниятранзисторов. Кочденсаторы 57-61 предназначены для защиты схемы регулятора 5от помех. Импульсный режим работы регулятора обеспечивает устойчивое регулирование даже при значительном запаздывании, котороеможет иметь место в системе питатель - измельчитель,Изменение скважности импульсов в широких пределах, обеспечиваемое регулятором, позволяет применять исполнительные электродвигатели с редуктора"ми, имеющими различное передаточноеэтношение.25Предлагаемое изобретение позволяетповысить быстродействие регулятора,чика тока подключен через четвертый,ду четвертого порогового элемента,второй вход которбго подключен ковторому выходу иоточника опорного напряжения, триггер, первый, второй,третий и четвертый входы которого. соединены с выходами соответствующихпороговых элементов, апервый, второй и третий выходы - соответственночерез первый, второй и третий комму.таторы - с соответствующими входамиисполнительного электодвигатеЛя,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения быстродействия регулятора, он содержит ключи, четвер"тый коммутатор, пятый и шестой интегрирующие элементы и пятый и шестойпороговые элементы, первые входы которых подключены соответственно черезпятый и шестой интегрирующие элементы к первому и второму выходам элемента сравнения, а вторые и третьивходы - к выходу релаксационного ге-нератбра и ко второму выходу стабилизированного источника напряжения,выходы первого и пятого интегриру-ющих элементов подключены соответственно через первый и второй разделительные Ключи к первому выходутриггера, выходы второго и шестогоинтегрирующих .элементов через третийи четвертый разделительные ключи -ко второму выходу триггера, выходытретьего и четвертого интегрирующихэлементов, через пятый ишестой ключи - к третьему выходу триггера, четвертый выход которого через седьмойключ соединен со вторым выходом триггера, а через четвертый коммутатор -ро входомисполнительного -органа за-щиты от перегрузок.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Попков С. Л. Автоматическое ре-гулирование и управление процессамипереработки зерна, М., Колосф,1972, с. 160-.167, рис. 83,2, Москаленко А, И. Новое в автоматизации зерноперерабатывающих предПриятий. М., фКолосф, 1974, с. 112117, рис. 38.737918 Составитель Г.Нефедоваедактор С,Тимохина Техред О.легеза Корректор Г.Решетни 4/5 ф ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 2565/8 ЦНИИПИ Го по дел 113035, Моск