Дискретный регулятор (его варианты)

щ 960728 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(5 М. Кл.з с присоединением заявки М 9 0 05 В 11/26 Государственный комитет СССР ао делам изобретений и открытий(088.8) Опубликовано 230982, Бюллетень 8935 Дата опубликования описания 230982 Н.Н. Литвиненко, А.Н, Тупиков, М.Р. Макароски В.М, Хомутов 1""Запорожский филиал Всесоюзного научно-исс едовуельскогои конструкторского института ф 1 Цветметавт ика 1" :(7 ) Заявитель 4) ДИСКРЕТНЫЙ РЕГУЛЯТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ) ааяя Изобретение относится к автоматическому регулированию и может бытьиспользовано для управления медлено протекающими процессами в инерционных объектах, снабженных щаговыми грубоквантованными исполнительными механизмами, например, для регулирования расхода электроэнергиипо заданному графику в печах выплав.ки карбида кремния в абразивномпроизводстве,Известен регулятор для инерционных объектов, имеющий формировательошибки, на выход которого подключе. -йо три канала регулирования, содержащие сумматор, дифференциатор симпульсным звеном и запирающим вентилем, пороговый и двухпозиционныйрелейный элементы и две схемы совпадения. Устройство обеспечиваетстатическую и динамическую .точностьс узкой зоной нечувствительностипри работе исполнительного механизма в непрерывном динамическом режи-:ме выработки команд 11Недостатком его является низкточность вследствие того, что длэнергоемких инерционных объектов,имеющих грубоквантованные исполнительные механизмы, при непрерывном воздействии на исполнительный механизм и малой зоне нечувствительности будет постоянное перерегулирование, т.е. раскачка режима.Увеличение же зоны нечувствительности до уровня квантованияисполнительного механизма приведет,в конечном итоге, к большой погрешности регулирования расхода энерго"носителя в заданный технологамидлительный интервал времени (кампнию) .Наиболее близким техническим решением является экстремальный регу 15 лятор, содержащий блок определенияпроизводных, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, второйэлемент И, триггер реверса и.,последовательно соединенные датчик, пер 20 вый квантователь уровня, первый блопамяти и третйй элемент И, первыйвход блока определения производныхсоединен с вторым входом первогоквантователя уровня 21,25 Для инерционных объектов с исполнительными механизмами, имеющимибольшой шаг квантования, ; технологический процессв которых определяется заданным интегральнью расходом30 энергетического параметра за большопромежуток времени, такое устройство будет иметь большое число переключений исполнительного механизма. Увеличенйе же зоны нечувствительности регулятора приведет к тому, что произойдет значительное рассогласование времени завершения процесса по заданному интегральному расходу с запланированным. Все это не обеспечивает высокой точности регулятора.Цель изобретения - повышение точ ности регулятора.Поставленная цель достигается тем, что в дискретный регулятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент К, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, причем первый вход блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня, дополнительно введен второй блок памяти, второй и третий квантователи уровня, причем первый выход генератора тактовых импульсов соединен через пбследовательно соединенные блок определения производных и триггер реверса с вторым входом третьего элемента И и с первым входом второго элемента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент И - с первым входом второго квантователя уровня, вторым входом соединенного с первым входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первого и второго блоков памяти и с выходом первого элемента И, Выходы первого и второго блоков памяти соединены с первым и вторым входами первого элемента И, выход датчика соединен с третьим входом блока определения производных и с третьими входами третьего и второго .элементов И, выход третьего элемента И соединен со вторьм входом третьего квантователя уровня.По второму варианту регулятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, пер.вый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, первый вход блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня, содержит второй блок памяти, второй и третий квантователи уровня, первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последоватеЛьно соединенные блок определения производных и триг" гер реверса со вторым входом третьего элемента И и с первьм входом вто" рого элемента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент И -с первым входом второго квантователяуровня, вторым входом соединенного 5 с первым входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первогои второго блока памяти и с выходомпервого элемента И, выходы первогои второго блоков памяти соединены 1 О с соответствующими входами первогоэлемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом третьего квантователя уровня, третий выходгенератора тактовых импульсов соеди нен с третьими входами второго итретьего элементов И.На фиг,1 и 2 изображены схемырегуляторов; на фиг.3 - циклограммаработы.Регулятор содержит квантователь 1уровня контролируемого параметра Х,последовательно соединенный с первойячейкой 2 памяти, первой схемой И 3и вторым квантователем 4 уровня,Генератор 5 тактовых импульсов последовательно соединен со второйячейкой ПАМЯТЬ б, второй схемой И 7,и третьим квантователем 8 уровня,Третья схема И 9 соединена входамис выходами первой и второй ячеекПАМЯТЬ 2 н 6, сбросовые входы которых соединены со сбросовыми входамивторого и третьего квантователей4 и 8 и с выходом третьей схемы И 9.Второй выход генератора 5 соединен 33 с входом блока 10 определения знакапроизводной, второй вход которогосоединен с датчиком регулируемогопараметра Х, а выход - с триггером11 реверса, выходы которого соедине ны с вторыми входами первой и второйсхем И 3 и 7. Третьи входы первойи второй схем И 3 и 7, соединены сдатчиком регулируемого параметраВеличина заданного значения расходуе мого параметра за такт в блоке 10определения знака производной и уровень квантования первогО квантователя 1 задается задатчиком, выход которого Х соединен с соответствуюашими входами первого квантователя 1и блока 10 определения знака производной. Второй н третий квантователи4 и 8, соединенные установочнымивходами с выходом блоков заданияуровня квантования Хи Хо, обеспечивают зону нечувствительности регулятсра в пределах ХО - 0 - +Хо,Для второго варианта (фиг,2)вторые входы первой и второй схемИ 3 и 7 соединены с третьим выхо- бО дом генератора тактовых импульсов 5.Устройство работает следующимобразом.Текущее значение регулируемого 65 параметра Х в виде дискретных имФиг.3) с выхода объекта регу-.лирования на вход первого квантователя 1 уровня, представляющего собой счетчик-делитель с коэффициентом деленияУ, и на блок 10 определения знака производной, представляющего собой устройство подсчета импульсов, синхронизируемое полу-.тактовыми импульсами от генератора5, со схемой сравнения в моментокончания такта с,заданным значе нием Уо/2. У, является нармирующимпараметром уровня квантования и определяется заданным во времени графиком ввода в объект энерГетическогопараметра, т.е. в каждый такт долж тно выполняться условие У =) Х(с)Ж= У(1) . По достижении равенстваовеличины интегрального значениярасхода контролируемого параметраг г +величине установки Уо =,) Х(е)Жт(2) на выходе первого квантователя формируется импульс, ВключающийПервую ячейку ПАМЯТЬ 2. Интервал отс да Г+ определяется текущим фактйческим значением времени,за которое в квантователе 1 достигаетсяЪзначение У . и в нашем случае определяется порядковым номером такта(фиг. 3 л,Г, Г ),На графике У(с) сплошной линиейпоказаны ход процесса накопленияинтегрального значения параметраХ(т.) в первом квантователе, а пунктирными - накопление этого же параметра в блоке определения знакапроизводной за полутакт синхроннос началом каждого полутакта. Все триквантователя уровня 1, 4 и 8, раба"тая в режиме кольцевого неполногосчетчика,. после достижения значенияустановок Уа,УО и УО 2 и Формирования на выходе квантователей одиноч-ного импульса, устанавливаются в исходное нулевое состояние и счет (накопление) начинается сначала,Генератор 5 тактовых импульсовгенерирует через равные тактовыепромежутки времени Т импульсы, включающие вторую ячейку ПАМЯТЬ б,Для .этого величину квантования Уи длительность такта выбирают сучетом инерционности объекта регулирования и дискретности квантованного шага регулирования исполнитель-ного механизма.Выражение (1) отображает идеальный режим регулирования расхода,Если Ч: совпало с началом такта исоблюдается,условие равенстваФ 2Хй =Ха = уо, то ие вылрабатываются управляющие воздействияна исполнительный механизм. В устройстве пуск регулятора с момента времени г и синхронная выдача импуль-сов через время Ф- с Т с выходаквантователя 1 и генератора 5 тактоводновременна включают обе ячейкиПАМЯТЬ 2 и б, которые, включая,схему И 9, сбрасываются после появленияна вторых (сбрасовых) входах их сигнала с выхода схемы И 9.Первая и вторая схемы И 3 и 7 невключаются, второй и третий квантова тель 4 и 8 не выдают команд управления.Однако в последующий момент времени в процессе обжига и расходаэнергии объект изменяет свое тепло вае состояние и параметры (электрическое сопротивление или газопроницаемость), что при неизменных характеристиках энергоисточников приводит к изменению скорости потребле-20 иия энергии объектом.,цопустим, .что за второй такт интегральное значение Х достигаетраньше заданного 2 , чем закончит-ся длительность такта Т., т,еЬ, -22 Т(фиг.3); 9 этом случае сформированнымимпульсом квантова-ель 1 включаетячейку ПАМЯТЬ,. 2 и подготавливаетсяпа первому входу к работе перваясхема И 3.Одновременно блок 10 определениязнака производной определяет отклонение реальной скорости процесса вданный такт от заданной, В нашемслучае это счетчик, синхронизируемый импульсами тактового генератоЗ 5 ра 5, следующими с удвоеннойчастотой. Задание уровня У в этотсчетчик внутри схемы 10 уменьшенов два раза, Тогда, поскольку процесс потребления энергии объектом 40 возрос, счетчик блока 10 определениязнака производной раньше, чем придетполутактовый сигнал от генератора 5,выдает на триггер 11 реверса импульс,что указывает о заполнении счетчика 45 ДО УРовнЯ Уа/2.Сигналом с первого выхода триггера 11 реверса разрешается работапервой схемы И 3, которая пропускаетимпульсы. расхода энергии на второй 50 кваитователь 4, уровень квантованиякоторого Уо,г определяет зону нечувствительности регулятораЕсли за оставшуюСя длительностьвторого такта 2 Т -с в квантователь4 пОступит числО импульсОВ Регулируемого параметра Х больше У , иавыходе этого квантователя в моментпоявится импульс регулирования,воздействующий на шаговый исполнительный механизм в направленииуменьшения расхода (график 4 и 4 аФиг3) .ПО окончании второго такта вмомент времени 2 Т генератор 5 тактов запускает ячейку ПАМЯТЬ 6, поя вившийся сигнал на выходе схемы И 9отключает ячейку ПАМЯТЬ 2 и б и устанавливает в исходное состояние счетчик кнантователя 4. Для блока 10 определения знака производной цикл подсчета начинается снова,так как полутактовыми,сигналами генератора 5 счетчик блока 10 сбрасывается в исходное нулевое состояние.После выработки управляющего воз" действия с момента С" скорость потребления энергии объектом снизйлась, что о ображено на графике У(С) изменением наклона в интервале времениС начала третьего такта,т.е. с 2 Т счетчик блока определения знака производной с нулевого состояния начал подсчет фактического расхода энергии за контролируемый полутакт. Хотя с начала процесса идет еще опережение потребления энергии (момент времени завершения поцсчета третьей порции Г 4 с ЗТ), в середине третьего такта блоком 10 определения знака производной по первому сигналу полу- такта от генератора 5 формируется сигнал, переключающий триггер 1 ре-, верса н состояние, определяющее установление скорости потребления энергии ниже заданной. Разрешающий сигнал с первой, схемы И 3 снимается, а на входе второй схемы И б ноявляется (строка 11 + и 11 в , фиг.З). Таким образом, появление на выходеячейки ПАМЯТЬ 2 импульса длительностью ЗТ-не вызывает лишних переключений, поскольку накопленное опережение процесса практически н ближайшие последующие такты будет скомпенсировано снижением скорости процесса потребления, начаншжлся с момента СкОбычно длительность тактавыбирают с учетом инерционности объекта, поэтому возможное отставание процесса из-за снижения скорости потребления; как правило, не смсжет произойти в следующем такте больше, чем на полтакта, За следующий четвертый такт с переходом на пятый(интервал работы квантонателя Г 4. (;. ), ввиду снижения скорости, процесс из опережающего стал отстающим по суммарному потреблению энергии,4 Тт.е. 4 У, ) Х Ж.4В этом интервале н момент времени 4 Т сигналом тактового генератора 5 включается вторая ячейка ПАМЯТЬ б и включается в работу вторая схема И 7; которая пропускает на третий кнантователь 8 импульсы расхода и течение интервала времени 4 Т (строка 7 фиг.З), Если отставаниепроцесса незначительное, т.е, меньше зоны нечувствительности Х заданной в третьем кнантователе, то число подсчитанных счетчиком квантователя 8 импульсон за интервал 4 Т-Ф будет меньше заданных УОаВ момент времени Т сигналом навыходе первого квантователя 1 включается ячейка ПАМЯТЬ 2, срабатывает5 схема И 9 и ячейки ПАМЯТЬ 2 и б исчетчик квантонателя 8 сбрасываетсяв исходное нулевое состояние,Новый цикл отсчета счетчикомкнантователя 1 расхода с практически1 О неизменной заниженной скоростью приведет .к тому, что интегральное значение расхода с начала работы регулятора отстает от заданного, Поэтомув момент завершения пятого такта5 Т включается первой по сигналугенератора 5 ячейка ПАМЯТЬ б.и откроется схема И 7, которая начнет сэтого момента пропускать на третийквантователь 8 импульсы расходаэнергии, После накопления счетчиком,квантонателя 8 импульсов расхода,равного заданию Уо, т.е. Х Ж(строка 8, фиг . 3 ) . В моментвремени С (время выработки второйкоманды) на выходе кнантователяформируется командный импульс регулирования, воздействующий на шагоный исполнительный механизм в направлении .увеличения расхода (график8 а фиг,З), С момента выполнения команды шаговым исполнительным меха-.низмом скорость потребления энергииобъектом возрастает, что отображено на графике У фиг.З увеличенйемнаклона в интервале времений-С 6З 5 В этом же интервале с моментаС" начинается новый цикл подсчета импульсов расхода Х третьим квантователем8. Если бы отставание фактическогоинтегрального расхода энергии н мо 40 мент временибыло значительным отзаданного, то возможно через следующий промежуток времени, необходимыйдля подсчета импульсов энергии Х,.равных заданию У , формированиена выходе квантователя 8 второй импульсной команды в направлении увеличения.скорости потребления объектом энергии,За интервал времени 6 д Гь квантокватель успевает подсчитать число импульсов меньше задания Уо, поэтомувторой команды на увеличение расходаисполнительному механизму не формируется.В интервале времени перного-шестого полутакта (5 ТТ ) счетчик блока 10 определения знака производнойуспевает раньше завершения полутактанабрать число импульсов расходаэнергии, равное У /2, поэтому на вы 69 ходе блока 10 появляется сигнал+ф, переключающий триггер 11 реверса. Последний блокирует схемуИ 7 и разрешает работу схемы И 3(график 11 фиг,З). Дальнейший циклотсчета импульсов расхода кнантова1 О 15 20 25 30 ти регулятора,. Формула изобретения 35 40 45 50 55 60 65 телем 1 с момента времени Х начнется с большей скоростью, Однако накопленное отставание с начала кампании (с третьего такта) приведет ктому, что в момент времени 6 Т генератор 5 вклк)Чит ячейку ПАМЯТЬ 6, ав момент Г когда заполнится счетчик квантователя 1 очередной порцией импульсов равной У, ячейкаПАМЯТЬ отключается схемой И 9,В интервал(,. 6 Т-Г регуляторне выдает никакой команды, так каксхема И 7 заблокирована сигналом оттриггера 11 реверса, Процесс потребления энергии в объекте постепенно приходит в заданный ритм(интервалы 6 Т-Т фиг.3). Это говорито том, что при повышении скоростипотребления энергии за такт, интегрально накопленное отставание будетликвидировано в течение 2-3 тактовбез лишнего переключения мощныхкрупношаговых исполнительных механизмов.При достаточно. больших разбалансах фактических параметров расходаот заданных в течение семи тактовпрактически выполнено регуляторомдва переключения исполнительным ме- .ханизмом. При этом разбаланс повремени не достигал больше длительности полутакта.В качестве квантованных импульсов,определяющих зону нечувствительностирегулятора (уставки Уи У ) можноиспользовать также временные метки,т.е. какую-то фиксированную частоту,вырабатываемую генератором 5. Этачастота значительно выше, чем частота импульсов, определяющих тактовыйинтервал Т, и может быть легко выделена из схемы генератора по третьему выходу.Работа регулятора по второму варианту (фиг.2) отличается от первоговарианта только тем, что вместо мелкомасштабных импульсов расходаэнергии Х, квантователи 4 и 8 подсчитывают в интервалах времени сдвигамежду фактическим интегральным рас"ходом и заданным темпом процессамелкомасштабные импульсы времени,генерируемые генератором 5 и пропускаемые соответственно через схемуИ 3 или И 7.Поскольку за этот промежутоквремени мало изменяется взаимосвязьчастоты импульсов расхода со временем, а расход и ход времени всегдаодномерен, т,е. идет в одном направлении - увеличЕния параметра,то использование импульсов временидля измерения величины разбалансав медленно протекающих процессахнакопления (расхода эквивалентноиспользованию импульсов расходаэнергии,В настоящее время управление рас- ходом электрической энергии мощных печей выплавки карбида кремния, а также графита в электродном производстве осуществляется с помощью систем автоматического программного управления электрическим режимом АУР и САУГ, в которых задача снижения числа переключений мощных ис" полнительных механизмов достигается значительным расширением зоны нечувствительности регуляторов, что снижает точность регулирования расхода электроэнергии за кампанию.Использование предлагаемого устройства в указанных системах позволяет повысить точность реГулирования интегрального расхода электроэнергии за заданный промежуток времени (запланированную длительность кампании).В этом случае синхронность процесса часового расхода с временем за всю кампанию обеспечивается с точностью по времени - один полутакт, а по величине - половины величины заданного расхода за такт, что снижает относительную погрешность обеспечения заданного расхода за запланированное время до 1-0,5, вместо возможной 3-5 ранее, обусловленной практически, зоной нечувствительнос 1, Дискретный регулятор, содер-. жащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, первый вход блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит второй блок памяти, второй и третий квантователи уровня, первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определения производных и триггер реверса с вторым входом третьего элемента,И и с первым входом второго элемента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент И - с первым входом второго квантователя уровня, вторым входом соединенного с первым входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первогО и второго блоков памяти и с выходом первого элемента И, выходы первого и второго блоков памяти соединены с соответствующими входами первогоэлемента И, выход датчика соедийен с третьим входом блокаопределения производных и с третьими входами третьего и второго элемента И, выходтретьего элемента И соединен с вторым входом третьего квантователя 5 уровня.2. Дискретный регулятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импупьсоэ, первый элемент И, второй элемент И, триггер 10 реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, первый вход блока определения производных соединен с вто рым входоМ первого квантователя уровня, о т. л и ч а ю щ и й с я тем, что с целью повышения точности регулятора, он содержит. второй блок памяти, второй н третий квантователиуровня, первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определения производных и триггер реверса со вторьй входом третьего элемента И н с первьак входомвторого эле"мента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блокпамяти и второй элемент И - с первьивходом второго квантователя уровня,вторым входом соединенного с первымвходом третьего квантователя уровня,с вторыми входамн первого и второгоблоков памяти и с выходом первогоэлемента И, выходы первого и второго)блоков памяти соединены с соответствующими входами первого элемента И,выход третьего элемента И соединенс вторым входом третьего квантователя уровня, третий выход генераторатактовых импульсов соединен с третьими входами второго и третьего элементов И,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРР 370584, кл. С 05 В 11/26, 1973.2. Авторское свидетельство СССРР 468216, кл. 6 05 В 11/01 1975960728ЯИИПИ Заказ 7277/55 Тираж 914 Подписное илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проект