Система автоматического управления

Номер патента: 1249490

Автор: Цытович

ZIP архив

Текст

(51) 4 3/02 ННЫИ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИг) У 29 технич кого комсомола етельство СССРВ 23/02, 1981,ТИЧЕСКОГО УПРАВ зовать- ехнолоИзобретение м системах авто жет испо атизации А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 3786071/24-243.08.8407.08.86. БюлЧелябинский итут им. ЛенинЛ. И. Цытович62-50(0888)Авторское сви722, кл. б 05СИСТЕМА АВТОМА(57) гических процессов. Система автоматического управления (САУ) выполнена по принципу подчиненного регулирования параметров на основе автокслебательных развертывающих операционных усилителей (РОУ) с частотноширотно-импульсной модуляцией. Устройство позволяет повысить быстродействие САУ за счет введения в РОУ .блоков преобразования биполярногочастотно-импульсного сигнала в однополярный с тем же законом модуляции.,5 ил,Изобретение относится к областиэлектропривода и может применятьсяпри автоматизации технологическихпроцессов.Целью изобретения является повышение быстродействия системы автоматического управления (САУ),На фиг. 1 изображена функциональная схема САУ; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммьг ее сигналов; нафиг. 4 - схема, поясняющая техническую реализацию устройства; на фиг. 5 экспериментальные характеристики.В состав САУ (фиг. 1) .входят первый 1 и второй 2 сумматоры, первый 3,второй 4, третий 5 и четвертый 6интеграторы первый 7 и второй 8 релейные элементы, первый 9 и второй 10пропорционально-дифференцирующие регуляторы, первый 11 и второй 2 демодуляторы, первый 13 и второй 14одновибраторы, первый 15 и второй 16ключевые элементы с зоной нечувствительности, первый 17 и второй 18демодулирующие фильтры, вентильныйпреобразователь 19, исполнительный,электродвигатель 20, датчики 21 и 22обратных связей САУ, первые 23, 24и вторые 25, 26 входы интеграторов 5и 6, клемма 27 для подключения источника задающего сигнала, первый операционный усилитель 28 (фиг. 4),первый конденсатор 29, второй операционный усилитель 30, первый резистор 31, второй резистор 32, второйконденсатор 33, третий, четвертыйи пятый операционные усилители 34-Э 6,диод 37, ключевой элемент 38, тран-.зисторы 39-44, третий и четвертыйрезисторы 45 и 46, стабилитрон 47,пятый, шестой и седьмой резисторы48-50, потенциометр 51, восьмой резистор 52, третий конденсатор 53,второй стабилитрон 54, третий стабилитрон.55, а также резисторы 56-89,конденсаторы 90-103, диоды 104 и 105.Функциональное назначение и характеристики основных блоков САУ следующие,Сумматоры 1 и 2 имеют единичныйкоэффициент передачи во всем диапазоне статической характеристики"вход-выходИнтеграторы 3-6 с передаточнойфункцией ч(р)=1/Тр, где Т - постоянная времени. Кроме того, интеграто"ры 5 и 6 имеют входы 25 и 26 для установки нулевых начальных условий,что происходит под действием сигналас выхода блоков 13 и 14,Релейные элементы 7 и 8 имеют симметричные относительно "нуля пороги5 переключения и неинвертирующую петлюгистерезиса.Регуляторы 9 и 10 имеют передаточную функцию ъ(р)=Т /(7 +1).Блоки 11 и 12 служат для выпрямления выходных напряжений регуляторов 9и 10,Одновибраторы 13 и 14 формируютимпульсы заданной длительности и амплитуды синхронно с возникновением5 на выходе блоков 11 и 12.Ключи 15 и 16 реализованы с зонойнечувствительности +С.Фильтры 17 и 8 имеют передаточ 1ную функцию вида ч(р)= в в .1+т,Датчики 21 и 22, в диапазоне рабочих частот САУ являются безинерционными и преобразуют регулируемые координаты двигателя 20 в электрическийсигнал заданной мощности.Преобразователь 19 служит для питания двигателя 20 в функции напряжения на выходе фильтра 18.В состав САУ входят два идентич 30 ных регулятора на основе РОУ с частотно-широтно-импульсной модуляцией.Первый регулятор (внешний контур(внутренний контур регулирования)2, 4, 8, 6, 16, 18, 10, 12,. 14.Каждый из регуляторов САУ предназначен для регулирования соответствующими параметрами электродвигателя 20,информация о которых поступает с выхода датчиков 21 и 22 обратных связей САУ.Принцип действия регулятора САУидентичен, поэтому ограничимся рас 45 смотрением каскада, включающегозвенья 1, 3, 7, 5, 15, 17, 9, 11, 13(фиг. 1 и 2 а).Основной тракт РОУ включает в себя автоколебательную систему на ба 50 зе звеньев 1, Э, 7, с помощью которых аналоговые сигналы, поступающиена вход сумматора 1, преобразуютсяв импульсный .биполярный сигнал счастотно-широтно-импульсной модуляЫ цией,Релейный элемент 7 имеет симметричные относительно нулевого уровня САУ пороги переключения +В, а его5 10 15 20 25 30 35 45 50 55 выходной сигнал может меняться дискретно в пределах, определяемых нап- .ряжением исночника питания РОУ.Устройство работает следующим образом.При отсутствии сигнала на входе,например, 27 РОУ (фиг. 2 а) на выходе релейного элемента 7 формируетсясигнал у (С) типа "меандр" со средним нулевым значением (фиг. 2 б).Выходной сигнал у (С) интегратора 3з( фиг. 2 б) имеет форму симметричной"пилы с амплитудой, ограниченнойзначением порогов переключенияВрелейного элемента 7,Наличие сигнала управления навходе 27 РОУ влечет за собой изменение производной развертки у(С)(фиг. 3 а). В один из полупериодовавтоколебаний темп нарастаниявыходного сигнала интегратора 3 определяется разностью сигналов навходах сумматора 1 (фиг, 2 а), а вдругой пелупериод - зависит от сум-мы этих сигналов. В результате запериод автоколебаний РОУ постояннаясоставляющая импульсов на выходезвена 7 достигает уровня, пропорционального величине входного сигналаРОУ (фиг, 3 а).Звенья 5, 9, 11, 13 и 15(фиг. 2 а) предназначены для преобразования биполярного выходного сигнала звена 7 в однополярный, что вконечном итоге, позволяет повыситьбыстродействие сигнала САУ.Ключевой элемент 15 имеет симметричную относительно "нуля" РОУзону нечувствительности С (фиг. 2 в,фиг3 д).4Под действием выходного сигналазвена 7, выходной сигнал интеграл 1тора 5 нарастает в положительномнаправлении (фиг. 2 в). В моментывремени изменения знака сигналау (С) (фиг. 2 б) на выходе пропор 7ционально-дифференцирующего регулятора 9 формируются дифференцирующиеимпульсы у (С) (фиг. 2 а, фиг, 3 б),которые затем демодулируются (выпрямляются) с помощью демодулятора 11(фиг. 2 д, фиг. 3 в). Получаемый таким образом сигнал у (С) служит длязапуска одновибратора 13, выходнойсигнал у (С) которого представляет13собой импульсы малой и стабильнойдлительности с фиксированной амплитудой (фиг. 2 а, фиг. 3 г),С помощью импульсов у, (С), подаваемых на второй вход 25 интегратора 5, синхронно с моментом времениизменения знака сигнала у (С)(фиг. 2 а, фиг, 3 а) производитсяустановка нулевых начальных условийсигнала у (С) (фиг. 2 в, фиг. 3 д).Зонанечувствительности 0 звена 15,или постоянная времени интегратора 5(фиг, 2 а) выбираются таким образом,чтобы при нулевом значении сигналауправления на входе РОУ сигнал навыходе ключевого элемента 15 был быравен нулю,При изменении скважности импульсов тт(С) (фиг. 3 а) на выходе звена 15 формируются однополярные импульсы у (С) (фиг, 3 е), так как установка нулевых начальных условийинтегратора 5 осуществляется в моменты времени, когда у (СС (фиг. 3 д).Постоянная составляющая сигнала у (С)15(фиг, 3 е), так же как и импульсову,(С) (фиг, 3 а), пропорциональна велйчине управляющего воздействия навходе РОУ. Разница между импульсамиу (С) и у (С) заключается в том, что7сигнал у (С) содержит более низкийуровень высших гармоник, чем биполярные импульсы у (С). Поэтому прифильтрации сигнала у, (С) постояннаявремени фильтра 17 (фиг. 1) можетбыть существенно уменьшена по сравне- .нию с тем значением, которое обеспечило бы подавление высокочастотногоспектра импульсов у (С). Принцип работы регулятора на основе РОУ с элементами 2, 4, 8, 6, 16, 10, 12, 14аналогичен.Следовательно, введение звеньев 5,9, 11, 13, 15 и 6, 1 О, 12, 14, 16(фиг. 1) приводит к уменьшению постоянных времени фильтров 17, 18 и обеспечивает повышение быстродействия САУ.Другой особенностью предлагаемойСАУ .является то, что принцип преобразования биполярного выходного сигна"ла релейного элемента 7(8) (фиг. 1)в однополярный сигнал, несмотря наналичие инерционных звеньев 5 и 6,не изменяет динамических параметровкаскадов 1, 3, 7 и 2, 4, 8, определяемых частотой их автоколебаний.Это является следствием того,чтоинтеграторы 5 и 6 выполнены с периодической в функции знака выходных импульсов автоколебательного трактаРОУустановкой нулевыхначальных условий.Пример технической реализации РОУ,на основе которого выполняются регуляторы предлагаемой САУ, представлен на фиг. 4.Звенья 1, 3, 7, (фиг. 2 а) реализуются на операционных усилителях(ОУ) 28 и 30 (фиг. 4). Релейный элемент 7 ( фиг. 1) представляет собойрегенеративный компаратор с реэистором 31 ( фиг. 4) в цепи положительнойобратной связи ОУ 30. Интегратор 3(фиг. 2 а) выполнен на ОУ 28 с конденсатором 29 в цепи отрицательнойобратной связи (фиг. 4), Конденсатор 53, стабилитрон 54 и резистор 52предназначены для дискретного увеличения постоянной времени РОУ в случае, когда амплитуда помехи на входе РОУ превышает линейный (допустимый) диапазон изменения входногосигнала развертывающего усилителя."Вход 1" и "Вход 2" служат для подключения источников сигнала управления. Передаточная функция РОУ опре. деляется характером сопротивлений 48-50. Потенциометр 51 предназначен для установки "нуля" выходногосигнала РОУ,Дифференцирующее звено 9 (фиг, 2 а) зореализуется на пассивной ВС-цепи32,33 (фиг. 4).Демодулятор 11 и формирователь 13(фиг. 2 а) выполенны на ОУ 34 и 35,стабилитроне 47 и диоде 37.Интегратор 5 (фиг. 2 а) представляет собой ОУ 36 (фиг. 4) с конденсатором и ключевым элементом 38 вцепи отрицательной обратной связи.Ключевой элемент 15 (фиг. 2 а) ,1 Ореализован на транзисторных каскадах 39-44 и резисторах смещения 45и 46 (фиг. 4), с помощью которых определяется уровень зоны нечувствительности + С выходного каскада РОУ,В качестве базового элемента РОУиспользуются интегральные ОУ типаК 153 УД 1,На фиг. 5 показаны экспериментальные характеристики у =1(д.) дляРОУ с биполярным выходным сигналом(фиг. 2 а, звенья 1, 3, 7) и дляРОУ предлагаемой САУ с однополярнымхарактером выходных импульсовнеизменным.Сравнительный анализ представленных результатов позволяет сделать следующие выводы.При,использовании в САУ биполярного РОУ для получения амплитуды пульсаций на выходе демодулирующего фильтра 17 первого порядка на уров--2не у =510 необходимо обеспечить значение ТЪ 10 (фиг, 5, прямая 2).Предлагаемый принцип построения; САУ при том же значении Т=10 (фиг. 5, кривая 6) обеспечивает максимальный уровень у10 0,8).Таким образом, для получения одного и того же значения у постоянная времени фильтров 17 и 18 (фиг, 1) в предлагаемой САУ может быть значительно уменьшена, что влечет за со- бой повышение быстродействия системы управления в целом,Например, при Т=10 (фиг. 5, прямая 4) у для РОУ с бицолярными им 1ы (о) = - т 1+ТфАТ=Т/ТТ,х(1)11 1А амплитуды у,.пульсаций сигналана выходе демодулирующего фильтра РОУ первого порядка с передаточной функцией; амплитуда импульсов на выходе РОУ(амплитуда импульсов на выходезвеньев 7 и 15 равны по модулю,фиг, 2 а);нормированное значение постояннойвремени Т демодулирующего фильтра РОУ;период автоколебаний каскада 1, 3,7 при нулевом значении сигнала навходе РОУ (клемма 27, фиг. 2 а);нормированное значение амплитудывходного сигналаРОУ при условии,что за период автоколебаний егозначение остаетсяпульсами составит 5 1 О , а для однополярного РОУ (кривая 8) максимальное значение у не привышает10 (Ю=0,8), т.е. уровень пульсацийв предлагаемой САУ оказывается болеечем на 3 порядка меньше амплитудыпульсации, которая характерна длябазовой САУ при использовании в нейапериодического фильтра первогопорядка. 1 О Формула изобретения15Система автоматического управления, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, первый интегратор, первый релейный элемент, выход которого соединен с вторым вхо дом первого сумматора, первый вход которого подключен к источнику задающего сигнала, последовательно включенные первый демодулирующий фильтр, второй. сумматор, второй интегратор, 25 второй релейный элемент, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, последовательно включенные второй демодулирующий фильтр, вентильный преобразователь и испол нительный электродвигатель, к первому и второму выходам которого подключены соответственно входьг первого и второго датчиков обратной связи сисФтемы автоматичекого управления, а вы-З 5 ходы первого и второго датчиков обратной связи подключены к третьим 1 входам соответственно первого и второго сумматоров, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышениябыстродействия системы автоматического управления, в нее введены последовательно включенные первый пропорционально-дифференцирующий регулятор,первый демодулятор, первый одновибратор, последовательно включенные второй пропорционально-дифференцирующийрегулятор, второй демодулятор, второй одновибратор, последовательновключенные-третий интегратор и первый ключевой элемент с зоной нечувствительности, последовательно включенные четвертый интегратор и второйключевой элемент с зоной нечувствительности, причем выход первого релейного элемента соединен с входомпервого пропорционально-дифференцирующего регулятора и с первым входомтретьего интегратора, а выход первого одновибратора подключен.к второмувходу третьего интегратора, выходпервого ключевого элемента с зонойнечувствительности соединен с входомпервого демодулирующего фильтра, выход второго релейного элемента подключен к входу второго пропорционально-дифференцирующего регулятора и кпервому входу четвертого интегратора,второй вход которого соединен с выходом второго одновибратора, а выходвторого ключевого элемента с зонойнечувствительности соединен с входомвторого демодулирующего фильтра.5 О,О;1 О ОЯ 6 ие,5 для Т=1,62,6 Юля 7=(О3,7 дмя т = й 19,Р оля Т= О а аснабе и ыАооны Составитель В, КороТехред Н.Бонкало тор П. Косс оррект ско писное Тираж 836. ПоГосударственного комитета СССРелам изобретений и открьтийосква, Ж, Раушская наб., д. Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 з 4323/48 вниипи по 113035, Для регистрами иРОМ с 5 иполярныным сигналомдля егисщро 6 на основе РОУ с однааолярным Йым 3- и сигналом

Смотреть

Заявка

3786071, 31.08.1984

ЧЕЛЯБИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. ЛЕНИНСКОГО КОМСОМОЛА

ЦЫТОВИЧ ЛЕОНИД ИГНАТЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G05B 23/02

Метки:

Опубликовано: 07.08.1986

Код ссылки

<a href="https://patents.su/8-1249490-sistema-avtomaticheskogo-upravleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Система автоматического управления</a>

Похожие патенты