Устройство для программного регулирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИС ТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ю)5 6 0 23/19 г ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ мент 8, исполнительный элемент 9, первый ключ 10, развязывающий диод 11, конденсатор 12, триггер 13 Шмитта, второй ключ 14, первый счетчик 15, множительно-делительный блок 16, кодоуправляемый источник 17 питания, второй счетчик 18. С вводом в устройство для программного регулирования ЙЯ-триггера, элемента И, триггера Шмитта, дифференцирующего конденсатора, развязывающего диода, первого и второго ключей, первого и второго счетчиков и множительно-делительного блока удается повысить точность воспроизведения программы регулирования эа счет того, что исключается необходимость измерения величины отклонения текущего значения регулируемого параметра от значения, заданного по программе регулирования, при ,этом регулирование осуществляется в момент достижения регулируемым параметром заданного по программе значения пропорционально отношению интервала времени, за который регулируемый параметр достиг заданного значения. к интервалу времени, заданному по программе для достижения этого значения, 4 ил. ГОСУДАР СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОУУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторское бюро "Теллур" с опытным производством Института физики АН АЗССР(56) Авторское свидетельство СССР М 1168912, кл, 0 05 О 23/19, 1985.Авторское свидетельство СССР В 978109, кл, 6 05 О 23/19, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ(57) Изобретение относится к технике автоматического программного регулирования, в частности регулирования температуры, Цель изобретения - повышение точности устройства. Устройство для программного регулирования содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, ВЗ - триггер 3, элемент И 4, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 5, блок 6 измерения параметра, элемент 7 сравнения, регулирующий элеО н 1 б 74086 А 1Изобретение относится к автоматическому программному регулированию, в частности к регулированию температуры,Цель изобретения - повышение точности устройства.На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - графикработы устройства на примере регулирования температуры; на фиг, 3 - временнаядиаграмма работы составных частей устройства в первом режиме; на фиг, 4 - диаграмма работы составных частей устройстваво втором и третьем режимах.Устройство содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты, ВЗ-триггер 3,элемент И 4, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, блок 6 измерения параметра, элемент 7 сравнения, регулирующийэлемент 8, исполнительный элемент 9, первый ключ 10, развязывающий диод 11, дифференцирующий конденсатор 12, триггерШмитта 13, второй ключ 14, первый счетчик15, множительно-делительный блок 16, кодоуправляемый источник 17 питания и второй счетчик 18.Устройство работает следующим образом (на примере регулирования температуры),Известно, что для изменения температуры объекта на Л Т градусов к нему необходимо при нагреве подвести (приохлаждении отвести) некоторое количествотепла О, т, е,О = вс ЛТ, (1)где гп - масса тела, температура которогоизменяется на ЬТ;с - удельная теплоемкость материалатела.Это количество тепла также равно0= Р т(2),где Р - мощность источника энергии;т - время воздействия источника смощностью Р на тепло,СледовательногпсЛ Т = Р ф т (3) .Таким образом, изменить температурутела массой щ, удельной теплоемкостью сна одну и ту же величину ЛТ можно двумяпутями: 1) при малом значении мощности Р 1и сравнительно большом времени воздействиями 1; 2) при большом значении мощностиР 2, но за меньший отрезок времени г 2,СоответственноР 1 т 1 = Р 2 т 2.ТогдаГР 2=Р 1 - р (4)5 фиг. 2 участку программы ОА с меньшей 10 15 202530 35 40 Исходя иэ заданной точности регулирования, криволинейную программу регулирования (на фиг, 2 представлена условная программа) методом кусочно-линейной апроксимации можно представить в виде последовательности прямых отрезков. На фиг.2 кривая ОАВСОГ заменена пятью отрезкаграммы осуществляется ступенчато изменяющимся напряжением с постоянным шагом изменения Л О, При этом скорость изменения программы определяется частокаждого из прямолинейных отрезков частота следования строго постоянна. Так, на крутизной соответствует меньшая частота, участку АВ с большей крутизной - большая частота. Изменению напряжения задания на ЛО и в пределах всей программы регулирования соответствует строго определенное приращение температуры. Л Т.Интервалы временит 1 и т 2 измеряются количеством импульсов и и И, поступающих с выхода генератора 1 за время длительности этих интервалов, Таким образом, в формуле (4) интервалы времени г 1 и т 2 заменяются пропорциональным им числом импульсовР 2= Р 1 -М(5)Так как интервал времени т 2, задаваемый программой регулирования, при данной скорости изненения температуры - величина постоянная, в формуле (5) резульитат зависит от отношения - равного отноЯшению величин интервалов т 1 и г 2, а не от их абсолютных значений, то, очевидно, числа и и М могут быть любыми произвольными числами, удовлетворяющими этому требованию. Следовательно, число импульсов К, определяющее интервал времени г 2, при любой скорости изменения температуры может быть неизменным. Критериямивыбора числа импульсов К являются заданная точность регулирования и постояннаявремени устройства. Перед началом работы на установочные входы 01 - Оп второго счетчика 18 подается и записывается на его выходе код числа М. Диаграммы (фиг, 3, 4) работы составных частей устройства предс гавлены для случая й = 100,На выход множительно - делительного блока 16 в соответствии с программой регулирования выводится код расчетного значения мощности, который устанавливает на-40 45 50 выходе кодоуправляемого источника 17 питания значение мощности Р 1 (фиг, 3 и 4, О 10), соответствующие этому коду, Одновременно этот код подводится к информационному входу С множительно - делительного блока 16, На выходе ВЯ-триггера 3 действует уровень "0" ( О 3), удерживающий второй ключ 14 в закрытом состоянии. На выходе генератора 1 устанавливается частота следования импульсов (О 1), обеспечивающая необходимую скорость изменения температуры, Первый счетчик 15 обнулен (О 11),На выходе блока б измерения параметра действует линейно зависящее от температуры напряжение 0 7,Задание текущего промежуточного значения температуры на выходе ЦАП 5 производится линейным ступенчато изменяющимся напряжением О 5 с постоянным (Ь О) шагом изменения.В исходном состоянии на выходе ЦАП устанавливается первый уровень напряжения О 5 задания, соответствующий промежуточному значению температуры Т 1.С пуском устройства на выходе элемента 7 сравнения действует напряжение О 6 рассогласования, включающее регулирующий элемент 8, и на исполнительный элемент 9 с выхода кодоуправляемого источника 17 питания поступает напряжение(0 10), развивающее на исполнительном элементе мощность Р 1.Температура обьекта, а вместе с ней, и напряжение О 7 на выходе блока б измерения параметра изменяются со скоростью, пропорциональной выходной мощности Р 1 кодоуправляемого источника 7 питания. Одновременно напряжение О б с выхода элемента 7 сравнения переводит выход триггера Шмитта 13 в состояние "0" (О 8),который, поступая на управляющий вход первого ключа О, открывает его, Через открытый первый ключ импульсы О 1 с выхода генератора поступают на вход прямого счета первого счетчика 15,В зависимости от уровня мощности Р 1 в работе устройства возможны три случая:, Температура достигает заданного промежуточного значения Т 1 за время поступления пМ импульсов, т, е, скорость изменения температуры ниже заданной (фиг, 3, О 7).В момент времени с 1, т, е. при поступлении с выхода генератора 1 М - го импульса, на выходе делителя 2 частоты вырабатывается импульс О 2. который поступает на вход РЕ разрешения считывания второго счетчика 18 и обеспечивает перезапись кода числа 1 ч с его входов 01 - Оп на его выход (О 12). Одновременно импульс О 2 переводит ВЗ 5 10 15 20 25 30 35 триггер 3 в состояние "1" (О 3), поступа 1 огцей на первый вход элемента И 4.В момент времени с 1 температура не достигла заданного значения Т 1 (О 7); на выходе элемента 7 сравнения действует напряжение О б, отличное от нуля, Поэтому на выходе триггера Шмитта 13 и, соответственно, на выходе элемента И 4 удерживаются уровни "0". Благодаря этому напряжение О 5 задания температуры остается на прежнем уровне К и не изменяет своего значения до выхода на температурный уровень Т 1.Под воздействием напряжения "0" 0 8 с выхода триггера Шмитта 13 первый ключ 10 остается в открытом состоянии, и импульсы О 1 с выхода генератора 1 продолжают поступать на входы прямого счета первого счетчика 15.При достижении заданного температурного уровня (момент с 2, фиг, 3) число импульсов, поступающих в первый счетчик 5, составляет и = Й + гп, где гп - число импульсов, поступивших за интервал с - с 2, т, е. с момента появления на выходе делителя 2 частоты импульса 02. На диаграмме (фиг. 3) щ = 25 и, следовательно, и =- 125 (О 11).Таким образом, после корректировки значение мощности Очевидно, мощность Р 2 обеспечивает в следующем цикле работы устройства (от промежуточного значения температуры Т 1 до значения Т 2) изменение температуры за интервал времени, соответствующий К импульсам. Таким образом, скорость изменения температуры будет соответствовать заданной программе. Однако, так как уровень температуры Т был достигнут с запаздыванием на интервал с 1 - с 2, соответствующий гп импульсам, то на следующий температурный уровень Т 2 устройство выйдет с таким же запаздыванием, хотя и с заданной по программе скоростью. Ход изменения температуры в этом случае показан на диаграмме (фиг. 3) О 7 пунктионой линией.Для устранения временного смещения с 1 - с 2 программы регулирования к исполнительному элементу 9 необходимо подвести мощность РЗ, котороая способна обеспечить изменение температуры от уровня Т 1 до уровня Т 2 за интервал с 2 - с 3 (М - а).Очевидно, количество энергии, поступившей от кодоуправляемого источника 17 питания с выходной мощностью Р 2 за интервал времени, соответствующий М импульсам, пропорционально М - Р 2. Чтобы5 10 15 20 30 35 40 45 50 55 обеспечить поступление этого количестваэнергии за интервал т 2т 3 (й - а), необходимо увеличить выходную мощность кодоуправляемого источника 17 питания дозначения РЗ.Таким образом,РЗ(й - гп) = Р 2 К,ТогдаРЗ=Р 2 = Р 1М- п Ю- гпСледовательно, для устранения временного смещения с 1 - 1 2 программырегулирования необходимо вместо записанного на выходе второго счетчика 18 кодачисла М в момент т 2 вписать код М - гп.С этой целью начиная с момента времени т 1 выходное напряжение О 3, поступаяна управляющий вход второго ключа 14, открывает его. Импульсы О 1 через открытыепервый и второй ключи поступают на счетный вычитающий вход второго счетчика 18,В момент т 2 температура достигает заданного значения Т 1, Выходное напряжение О 7 блока 6 измерения параметракомпенсирует действие напряжения О 5 задания. Напряжение 0 6 на выходе элемента7 сравнения становится равным нулю, Приэтом выключается регулирующий элемент 8,на выходе триггера Шмитта 13 устанавливается напряжение О 8 "1", которое закрываетпервый ключ 10, прерывая поступление импульсов О 1 на счетные входы первого ивторого счетчиков.На выходе второго счетчика 18 устанавливается код И - гп (О 12), а на выходе первого счетчика 15 - код М + а (О 11)импульсов.Одновременно напряжение О 8 "1" свыхода триггера Шмитта 13 поступает навход О/Е разрешения записи множительноделительного блока 16 и дает разрешениена ввод в него через информационный входА числа М + щ, через вход В - числа К - п 1,через вход С - кода расчетного значениямощности Р 1 с выхода множительно - делительного блока 16.В множительно-делительном блоке 16в соответствии с формулой (5) производятсяарифметические операции с введеннымичислами.Напряжение О 8 "1" одновременно поступает на второй вход элемента И 4, напервом входе которого действует напряжение О 3 "1" с выхода Б 5-триггера 3. В результате на выходе элемента И 4устанавыливается уровень "1" (О 4) и напряжение О 5 задания на выходе ЦАП 5 скачкомизменяется на величину Л О. В результате задается следующий промежуточный уровень температуры К 2,На выходе элемента 7 сравнения устанавливается напряжение О 6 рассогласования, которое возвращает триггер 13 Шмитта в исходное состояние. В момент спада выходного напряжения О 8 триггера Шмитта 13 с уровня "1" до "0" с помощью цепочки, состоящей из развязывающего диода 11 и дифференцирующего конденсатора 12, формируется импульс напряжения О 9, которым ВЯ - триггер 3 возвращается в состояние "0". закрывающее второй ключ 14, на вход множительно - делительного блока 16 выводится результат арифметических операций, произведенных в нем, и обнуляется первый счетчик 15. Цифровой код с выхода множительно-делительного блока поступает на вход кодоуправляемого источника 17 питания и устанавливает на его выходе напряжение О 10 мощностью которое через регулирующий элемент 8, включенный напряжением О 6 рассогласования, поступает нэ исполнительный элемент 9,Подведенная мощность РЗ обеспечивает достижение уровня температуры Т 2 за интервал времени т 2 - т 3, Таким образом, устраняется временное смещение, возникшее в предыдущем цикле работы устройства,С установлением (момент т 2) на выходе триггера Шмитта 13 уровня 0(О 8) на выходе элемента И 4 устанавливается уровень "0" (О 4), первый ключ 10 открывается и начинается следующий цикл работы устройства.В момент т 3 температура регулирования достигает значения Т 2, на выходе элемента 7 сравнения напряжение О 6 устанавливается равным нулю, триггер Шмигта 13 опрокидывается и на его выходе действует напряжение О 8 "1", первый ключ 10 закрывается, прекращается поступление импульсов О 1 в первый счетчик 15, Очевидно, за интервал т 2 - т 3 в первый счетчик 15 поступает М - гл импульсов.В этот же момент т 3 на выходе делителя 2 частоты вырабатывается импульс (О 2), который, поступая на вход (РЕ) разрешения записи второго счетчика 18, дает команду на перезапись числа М с его входов 01 - Оп на его выход и опрокидывает й 5 - триггер 3, На входах элемента 4 действует напряжение(О 3) "1" с выхода ЙЯ-триггера 3 и напряжение (О 8) "1" с выхода триггера Шмитта 13. На выходе элемента И 4 устанавливается на 1674086 12ВЗ - триггер и элемент И, последовательно соединенныетриггер Шмитта, дифференцирующий конденсатор и развязывающий диод, последовательно соединенные первый и второй ключи, а также первый и второй счетчики и множительно - делительный блок, причем первый вход ВЯ-триггера соединен с выходом делителя частоты, второй вход ВЯ - триггера со свободным электродом развязывающего диода и управляющим входом первого счетчика, вход прямого счета которого связан с выходом первого ключа, управляющий вход которого подключен к выходу триггера Шмитта, соединенному с вторым входом элемента И и входом разрешения записи множительно - делительного блока, вход разрешения считывания которого подключен к аноду развязывающего диода, а информационные входы - к выходам первого и второго счетчиков и выходу множмтельно-делител ьного блока. соеди ненному с управляющим входом кодоуправляемого источника питания, информационный вход первого ключа сое. динен с выходом генератора импульсов,управляющий вход второго ключа соеди нен с выходом ВЯ - триггера, а выход - сосчетным входом второго счетчика, вход разрешения считывания которого подключен к выходу делителя частоты, вход триггера Шмитта соединен с выходом 15 элемента сравнения, а выход элемента Иподключен к входу цифроаналогового преобразователя.1674086 иф 02 2 П Составитель Л,Птенцоваедактор Л,Пчолинская Техред М,Моргентал . Корректор О.Кундрик Заказ 2921 Тираж 447 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035. Москва. Ж, Раушская наб 4/5 Прои И 0 01 иа