Система экстремального регулирования электронно-лучевым вентилем

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 938257(22)Заявлено 25,08.80 (21) 297325 М 18-24с присоединением заявки Эй(51) М. Кл. 6 05 В 13/00 3 нвударстеениык квинтет СССР йв;делам изобретений и открытий(088.8 Э Дата опубликования описания 25.06,82(72) Авторы изобретения В.С. Липатов и Н.А. Рассадина Отделение Всесоюзного электротехнического ийститутв". им. В.И. Ленина(54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫМ ВЕНТИЛЕМ1Изобретение относится к самонастраивающимся системам автоматического регулирования и может быть использовано для оптимизации работы различных технологических систем,5 имеющих экстремальные статические характеристики при одном управляющем воздействии .в частности для управления электроннолучевым вентилем,Известен экстремальный шаговый регулятор, содержащий датчик экстремума, вывод которого соединен с первымивходами двух компараторов, выход первого компаратора соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход второго компаратора соединен с входом реверсивного элемента, выход которого соединен с входом исполнительного меха низма 1.Однако в этом регуляторе формируется множество уровней квантования с постоянным шагом. Создание множест 2ва квантованных уровней должно отвечать требованию высокой стабильности. для обеспечения заданной точности, что существенно усложняет практическую реализацию поставленной задачи.Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является система экстремального регулирования электроннолучевым вентилем, содержащая последовательно соединенные счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый источник питания, датчик Экстремума, второй вход которого соединен с анодом электроннолучевого вентиля, третий - с управляющей сеткой, запоминающее устройство, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которого соединены с выходом датчика экстремума, последовательно соединенные генератор импульсов и элемент И, второй вход запоминающего устройства3 93825соединен с выходом генератора импульсов 2 ,Недостатком системы является малое быстродействие при использовании ее в устройстве управления злект-роннолучевым вентилем в качествеэкстремального регулятора минимальныхпотерь мощности,Известная система экстремальногорегулирования не обеспечивает формирования переходных процессов привключении и набросе тока нагрузкивентиля. Кроме того, она обладаетнизкой надежностью из-за необходимости точного поддержания "плавающего уровня". Цель изобретения - повышение бысто родействия при включении и набросе тока нагрузки вентиля и повышение надежности.Поставленная цель достигается тем, /что в систему введены ключ, элемент ИЛИ, последовательно соединенные формирователь одиночных импульсов и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные блок управляющих сигналов, третий элемент ИЛИ, блок начальной установки счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами счетчика импульсов, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора, второй вход соединен с выходом второго компаратора и вторым входом третьего элемента ИЛИ, первый вход ключа соединен с вторым выходом регулируемого источника питания, второй вход - с выходом блока управляющих сигналов, входом формирователя одиночных импульс сов и входом генератора импульсов, а выход - с третьим входом датчика экстремума, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И, а выход соединен с вторым входом счетчика импульсов, выход пер 15 ваго элемента ИЛИ соединен с входом элемента И.При закрытом состоянии электроннолучевого вентиля с помощью сигнала с блока начальной установки напряжение источника управления вентилем принимает максимальное значение, что позволяет лри включении вентиля обеспечить его высокое быстродействие.МНадежность устройства повышается за счет формироватепя одиночных импульсов, служащего для начального запуска системы и для последующего ее опроса.На фиг 1 приведена функциональ ная схема предлагаемой системы экстремального регулирования; на фиг.2- временные диаграммы ее работы; на фиг. 3 -,регулировочные характеристики электроннолучевого вентиля.Как видно из кривых (фиг, 3), суммарные потери мощности в электроннолучевом вентиле, равные суммепотерь мощности на аноде и управляющем электроде, увеличиваются с увеличением анодного тока 31. Однакодля каждого значения тока Зс 1 существует определенное значение напряжения управления О, при котором указанные потери минимальны. Экстремальный регулятор осуществляет выход в точку "минимум" потерь для любого значения тока анода.Система экстремального регулиро.- вания содержит датчик 1 экстремума,компараторы 2 и 3, запоминающее устройство 4, генератор 5 импульсов,логические элементы И 6, ИЛИ 7,ИЛИ 8, ИЛИ 9, формирователь 10 одиночных импульсовсчетчик 11 импульсов, блок 12 начальной установкисчетчика импульсов, цифроаналоговыйпреобразователь 13, выход которогоподключен к регулируемому источнику 14 питания, являющимся объектом регулирования. Выход регулируемого источника 14 питания через ключ 15 подключен к управляющему электроду вентиля 16. Ключ 15 соединен с блоком17 управляющих сигналов.Запоминающее устройство 4 включает в себя ключи 18 и 19 и конденсаторы 20 и 21, Датчик 1 экстремума включает датчики потерь мощностио на аноде и управляющем электроде вентиля, а также устройство суммирования указанных потерь.Блок 12 содержит вентили 22 записи. Счетчик 11 импульсов состоит из счетного триггера 23, триггеров 24 типа К 5 и схем И 25. Число разрядов счетчика импульсов выбираетсяисходя из обеспечения необходимойточности поддерживания режима работы электроннолучевого вентиля в точке экстремума. Выходы Я триггеров 24 управляют ключами 26 цифроаналогового преобразователя 13, С помощьюданных ключей резисторы 27, имеющиеодинаковые "веса", подключаются кэталонному напряжению Е.57 бчто приводит к срабатыванию первоготриггера счетчика. Логический нульс выхода Я первого триггера подается на ключ 26, который отключает отисточника Е резистор 27 первого триг"гера. Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя уменьшается, что приводит к уменьшениюнапряжения на выходе источника дозначения О, и, соответственно,к уменьшению потерь мощности фи напряжения Ор на входах Ь компараторов 2 и 3.Компараторы выполнены таким образом, что при положительной разности напряжений на входах с 1 и Ъ(йО = О - О) 0) компаратор 2 навыходе выдает единицу, а компаратор3 - нуль; при отрицательной разности ЬО ( О), наоборот. Если разностьаО будет равна нулю, с выходов компараторов на элемент ИЛИ 7 поступает нуль. Начиная с момента 1 5070единица с выхода компаратора 2 разрешит прохождение импульса с генератора 5 и на вход счетчика, С при"ходом второго импульса с генератора5 (момент с), ключ 18 снова кратковременно. замыкается, а 19 размыкается, напряжение О на конденсаторе 20 принимает новое значениенапряжения с датчика 1 экстремума,равное Ор. Состояние компаратора 2не изменяется, так как разность аОостается положительной. Поэтому вто"рой импульс с генератора 5, поступаячерез элементы И 6 и ИЛИ 8 на входсчетчика 11, изменит состояние триггера второго разряда, напряжение навыходе 13 и 14 уменьшается. Далеепроцессы повторяются.После каждого переключения очередного триггера регистра, напряжение управления вентилем 16 уменьшается. При этом уменьшается и величина ЬО, стремясь к нулевому значению. В момент Ц, когда ьО = 0 и напряжение источника 14 достигает значения О, потери мощности будут минимальными Р = Рп (точка 2, фиг. 3), компаратор 2 переходит в другое состояние, запрещая через элемент И 6 прохождение импульсов на вход счетчика. В системе регулирования наступает установившийся режим, характеризующий,ся минимальными потерями мощности на вентиле Р Р, 1 для тока ЭсиРассмотрим процессы при сбросе .и набросе нагрузки. 5 9382Система экстремального регулирования работает следующим образом.При отсутствии управляющего сигнала, О (интервал О - й, фиг. 2)с блока 17 управляющих сигналов ключ15 и электронный вентиль 16 закрыты,черезэлемент ИЛИ 9 на входы вентилей 22 записи поступает сигнал,разрешающий запись единицы во всетриггера 24, которые принимают оди онаковые состояния. Единицы на выходах О открывают ключи 26 цифроаналогового преобразователя 13, которыеподключают резисторы 27 к эталонномуисточнику Е. На выходе.преобразовате-зля устанавливается максимальное напряжение О,. Это напряжение поступает на вход регулируемого источника 14 питания, на выходе которогоустанавливается максимально заданное 26напряжение управления О= О, вентилем.В момент й сигнал управления сблока 17 отпирает ключ 15 и, соответственно, электронный вентиль 16, дс помощью вентилей 22 записи запрещает запись единицы на входы триггеров 24 счетчика 11 импульсов, запускает генератор 5 импульсов и формирует в момент й на выходе формиро-зователя 10 одиночный импульс, Повышенное начальное напряжение, прикладываемое к управляющему электроду вентиля, форсированно перезаряжает входную емкость вентиля, уменьшая тем самым длительность переднего фронта.Напряжение Ор с датчика экстремума, пропорциональное суммарным потерям мощности в вентиле (точка 1 фиг, 3), поступает на входы компараторов 2 и 3,-выполняющих роль устройств сравнения и на вход электронного ключа 18. Первый импульс Ог с генератора 5 кратковременно открывает ключ 18 и начальное значение напряжения ОР 1 запоминается на конденсаторе 20. Ключи 18 и 19 работают в противофазе. При отсутствии импульса с генератора 5 ключ 18 закрыт,а 19 - открыт. Поэтому после окончания первого импульса напряжение в конденсатора 20 перезаписывается на конденсатор 21.В момент й импульс с формирова 55 теля 1 О через элемент ИЛИ 8 поступает на вход счетчика импульсов и вызывает появление на выходе От счетного триггера 23 логической единицы, 938257 8При сбросе нагрузки (Э с 1 =3 д ,момент 1) потери мощности на вентиле снижаются (точка 3, фиг. 3) напряжение на входе Ь компараторовуменьшается до величины ОРЗ, чтовновь приводит к появлению положительной разности И О. Импульсы с генератора 5, поступая в счетчик, приводят к уМеньшению напряжения на выходе регулируемого источника 14 пи отания до тех пор, пока суммарные потери мощности не достигнут минимального значения Р, для тока,З с 1 (точ"ка 4),При набросе нагрузка (Дд = Зс 1 15момент й) потери мощности увеличиваются (точки 5 и 6), разность ь Остановится отрицательной, так какнапряжение на запоминающем конденсаторе 21 становится меньше напряжения Ор, пропорционального возникшимпотерям мощности, Срабатывает компаратор 3 и его положительный перепаднапряжения О через элемент ИЛИ 9и блок 12 записывает единицу во всетриггера счетчика. Напряжение управ-,ления электронным вентилем скачкомувеличивается, форсируя переходнойпроцесс. С приходом тактового импульса (момент й ) происходит записьнапряжения Она конденсатор 20 исброс счетчика, напряжения Оу и Оруменьшаются. Так как напряжение наконденсаторе 21 меньше Ор, то величина 50 по прежнему остается отри 35цательной. В момент 18 вновь происходит запись на конденсатор 20,сброс регистра и дальнейшее уменьшение напряжения О.чщВ момент 1после окончания тактового импульса происходит перезапись напряжения на конденсатор 21,разность напряжения ЬО становитсяположительной, компараторы 2 и 3меняют свое состояние. Далее устрой 45ство регулирования начинает работатьаналогичным образом,что и при включении вентиля, но по другой диаграммеперемещения напряжения управления(по кривой 6, 7, Фиг. 3).Для повышения надежности работыэкстремального регулятора необходимо выполнить условие, чтобы длительность тактовых импульсов генератора была меньше постоянной времени 55контура регулирования напряжения Оснимаемого с датчика 1 экстремума.Если на выход цифроаналогового устройства поставить усредняющее уст-, ройство, регулировочная характеристика источника 14 и соответственно напряжения О, Ор, О , ь О будут иметь не ступенчатый, а плавный ха рактер.Частота формирователя 10 одиночных импульсов выбирается значительно меньше частоты генератора 5 импульсов. Формирователь 10 служит для начального запуска системы экстремального регулирования и для последующего опроса ее состояния, что повысит надежность устройства. Так, например, при потере информации в запоминающем устройстве 4, очередной одиночный импульс позволяет системе вновь выйти на режим и достичь точки "экстремума".Применение предлагаемой экстремальной системы регулирования электроннолучевым вентилем вентилем обес" печивает минимальные потери мощности в вентиле во всех режимах его работы и разбросе конструктивных параметров, повышает быстродействие и надежность устройства управления вентилем.Формула изобретенияСистема экстремального регулирования электроннолучевым вентилем, содержащая последовательно соединенные счетчик. импульсов, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый источник питания, датчик экстремума, второй вход которого соединен с анодом электроннолучевого вентиля, третий - с управляющей сеткой, запоминающеее устройство, выход которого соединен с первым входом первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с выходом датчика экстремума, последовательно соединенные генератор импульсов и эле-; мент И, второй вход запоминающего устройства соединен с выходом генератора импульсов, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности системы, в нее введены ключ, элемент ИЛИ, последовательно соединенные формирователь одиночных импульсов и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные блок управляющих сигналов, третий элемент ИЛИ, блок начальной установки счетчика импуль9 938257 10 сов, выходы которого соединены с чика экстремума, второй вход второго входами счетчика импульсов, первый элемента ИЛИ соединен с выходом элевход первого элемента ИЛИ соединен мента И, а выход соединен с вторым с выходом первого компаратора, вто- входом счетчика импульсов, выход пер" рой вход соединен с выходом второго з вого элемента ИЛИ соединен с входом компаратора и вторым входом третьего элемента И.элемента ИЛИ, первый вход ключа сое- Источники инФормации, динен с вторым выходом регулируемого принятые во внийание при экспертизе источника питания, второй вход " с 1. Авторское свидетельство СССР выходом блока управляющих сигналов, 0 Ю 168216, кл, 6 05 В 11/01, 1975 входом Формирователя одиночных им. Авторское свидетельство СССР пульсов и входом генератора импуль- И 673982, кл. 6 05 8 13/00, 1979 сов, а выход - с третьим входом дат- (прототип).Состави Техред Л ль Л. Волк екарь Редактор рректор В, Бутяг н Заказ 4464/72 Тираж 914 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб д. 4/5