Импульсный регулятор

(22) 29. 10. 82 2 ч ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1, Авторское свидетельство СССР Р 1004969, кл. С 05 В 11/26, 1981.2. Купцевич В.М. и Чеховой Ю.И. Нелинейные системы с частотно- и широтно-импульсной модуляцией. Киев, "Техника", 1970, с. 42-45.3. Закирпичный В.С, Моделирование систем автоматического регулирования с интегральной частотно-импульсной модуляцией. - В кн.: Известия Ленинградского электротехнического института, вып. 81, ЛЭТИ. Ленинград, 1969 , с. 187 (прототип).(54)(57) 1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий первый и второй усилители мощности, выходами подключенные к первому и второму входам исполнительного механизма, первый, второй и третий одновибраторы и последовательно соединенные предварительный усилитель и интегратор, управляющим входом подключенный к выходу первого одновибратора, а выходом - ко входам первого и второго релейных блоков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительно установлены третий.и четвертый релейные блоки, первый, второй и третий элементы И, к 5 - триггер, первый и второй блоки памяти, счетчик импульсов и широтно-импульсный модулятор, первым и вторым тактовыми входами подключенный к выходам соответственно первого и второго Релейных блоков, первым и вторым 9,801105859 управляющими входами - к сигнальным выходам соответственно первого и второго блоков памяти, первым и вторым сигнальными выходами - ко входам соответственно первого и второго усилителей мощности, первым информационным выходом - к выходу первого одновибратора и первому входу первого элемента И, а вторым информационным выходом - к первому входу второго элемента И, выход усилителя подключен к сигнальным входам первого и второго блоков памяти, через последовательно соединенные третий релейный блок и второй одновибратор - к первому входу третьего элемента И, ачерез последовательно соединенные четвертый релейный блок и третий одновибратор - к первому управляющему входу первого блока и к 5 -входу К 5-триггера, выходом подключенного р ко второму входу третьего элемента И, выходом подключенного к первому управляющему входу второго блока памяти, выход первого одновибратора подключен ко вторым управляющим входам пер вого и второго блоков памяти, а через р счетчик импульсов - к третьим управЭ 1 лякнцим входам первого и второго бло" ков памяти и к м -входу Й 5 -триггера, информационный выход первого блоКа памяти подключен ко вторым входам первого и второго элементов И, информационный выход второго блока памятиподключен к третьим входам первого и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к четвертым и пятым входам первого и второгоблоков памяти.2. Регулятор по п. 1, о т л и -а ю щ и й с я тем, что блок памяти3. Регулятор по пч. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что широтно-импульсный модулятор содержит элемент ИЛИ, первый и второй ЙЬ -триггеры и последовательно соединенные сумматор, интегратор и релейный элемент, выходом соединенный с Я -входами первого и второго Р 5 -триггеров и с вторым информационным выходом широтно-импульсного модулятора, первым и вторым сигнальным входами соединенного с э -входами РБ -триггеров, первым и вторым управляющими входами - с вторым и третьим входами сумматора, первым информационным выходом - с выходом элемента ИЛИ, первым входом сумматора и управляющим входом интегратора, а первым и вторым сигнальными выходами - с выходами соответственно первого и второго 1-триггеров и с первым и вторым входами элемента ИЛИ. 1105659 содержит Йб-триггер, последовательно соединенные элементы И и ИЛИ и последовательно соединенные первый ключ, интегратор и второй ключ, уп 1равляющим входом подключенный к четвертому управляющему входу блока памяти, а выходом - к сигнальному выходу блока памяти сигнальный вход которого подключен к сигнальному входу первого ключа, управляющим входом подключенного к первому входу элемента И и к прямому выходу йб-триггера, Й-входом подключенного к первому уп" равляющему входу блока памяти, а инверсным выходом - к информационному выходу блока памяти, пятым управляющим входом подключенного к первом ,входу элемента ИЛИ, а вторым управляющим входом - ко второму входу элемента И, выходом подключенного ко второму входу элемента ИЛИ, выходом подключенного к управляющему входу интегратора.Изобретение относится к автоматическим импульсным регуляторам, в которых выходной сигнал является прерывной функцией отклонения входного сигнала от заданной величины, и может 5 быть применено в системах автоматического управления различных процессов в теплоэнергетике и химии при использовании в качестве исполнительных устройств исполнительных механизмов постоянной скорости в случае, если объект управления обладает фильтрующими свойствами.Известен импульсный регулятор, содержащий первый сумматор, подключенный первым входом к выходу задатчика, вторым входом - к выходу датчика регулируемой величины и к выходу дифференциатора, а выходом через последовательно соединенные устройства усилитель, интегратор, трехпозиционный релейный блок и второй сумматор - к усилителю мощности, блок за-: держки и ключ, сигнальным входом подключенный к выходу дифференциатора,25 управляющим входом - к выходу трехпозиционного релейного блока и к входу блока задержки, а выходом - ко второму входу второго сумматора, и выход блока задержки соединен с управляющим входом интегратораИзвестен также импульсный регулятор, содержащий последовательно соединенные предварительный усилитель, интегратор, усилитель мощности, трех- позиционный релейный блок и реле времени, выходом подключенное к управляющему входу интегратора Г 23.1Недостатком указанных регуляторов является их низкая точность.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является импульсный регулятор, содержащий элемент ИЛИ и третий одновибратор, а также последовательно соединенные предварительный усилитель и интегратор, выходом соединенный через последовательно соединенные первый релейный блок, первый одновибратор и первый усилитель мощности - с вторым входом исполнительного механизма, входы элемента ИЛИ подключены к выходам первого и второго одновибраторов, а выход через третий одновибратор - к управляющему входу интегратора 3 .Недостатком известного регулятора является его низкая точность.Цель изобретения - повышение точности регулятораПоставленная цель достигается тем, что в импульсном регуляторе, содержащем первый и второй усилители мощ ности, выходами подключенные к первому и второму входам исполнительного механизма, первый, второй и третий одновибраторы и последовательно сое- диненные предварительный усилитель и интегратор, управляющим входом подключенный к выходу первого одновибратора, а выходом - ко входам первого и второго релейных блоков, дополнительно установлены третий и четвер О тый релейные блоки, первый, второй и третий элементы И, Р 5 -триггер,первый и второй блоки памяти, счетчик импульсов и широтно-импульсный модулятор, первым и вторым тактовыми 25 входами подключенный к выходам соот-, ветственно первого и второго релейных блоков, первым и вторым управляющими входами - к сигнальным выходам соответственно первого и второго ЗО блоков памяти, первым и вторым сигнальными выходами - ко входам соответственно первого и второго усилителей мощности, первым информационным выходом - к выходу первого одновибра 35 тора и первому входу первого элемента И, а вторым информационным выходом - к первому входу второго элемента И, выход усилителя подключен к сигнальным входам первого и второго блоков памяти, через последовательно соединенные третий релейный блок и второй одновибратор - к первому входу третьего элемента И, а через последовательно соединенные четвертый 45 релейный блок и третий одновибратор - к первому управляющему входу первого блока памяти и к 5 -входу Р 5 -тригге-. ра, выходом подключенного ко второму входу третьего элемента И, выходом подключенного к первому управляющему входу второго блока памяти, выход первого одновибратора подключен ко вторым управляющим входам первого и второго блоков памяти,а через счетчик55 импульсов - к третьим управляющим входам первого и второго блоков памяти и к я, - входу-триггера, информационный выход первого блока памяти подключен ко вторым входам первого и второго элементов И, информационный выход второго блока памяти подключен к третьимвходам первого и второго элементов И,выходы которых подключены соответственно к четвертым и пятым входам первого и второго блоков памяти.Причем, блок памяти содержитЯ 5-триггер и последовательно соединенные элементы И и ИЛИ и последовательно соединенные первый ключ, интегратор и второй ключ, управляющимвходом подключенный к четвертому управляющему входу блока памяти, а выходом - к сигнальному выходу блокапамяти, сигнальный вход которого подключен к.сигнальному входу первогоключа, управляющим входом подключенного к первому входу элемента И ипрямому выходу Р 5 -триггера, Й -входом подключенного к первому управляющему входу блока памяти, 5 -входом -к третьему управляющему входу блокапамяти,а инверсным выходом - к информационному выходу блока памяти, пятымуправляющим входом подключенного кпервому входу элемента ИЛИ, а вторымуправляющим входом - ко второмувходу элемента И, выходом подключенного ко второму входу элемента ИЛИ,выходом подключенного к управляющемувходу интегратора,Кроме того, широтно-импульсныймодулятор содержит элемент ИЛИ, первый и второй Р 5 -триггеры и последовательно соединенные сумматор, интегратор и релейный элемент, выходомсоединенный с й -входами первого ивторого Р 5 -триггеров и с вторыминформационным выходом широтно-импульсного модулятора, первым и вторымсигнальными входами соединенного с5-входами Рб-триггеров, первым и вторым управляющим выходами - с вторыми третьим входами сумматора, первьпаинформационным выходом - с выходомэлемента ИЛИ, первым входом сумматораи управляющим входом интегратора, апервым и вторым сигнальными выходамис выходами соответственно первого ивторого ЙЗ -триггеров и с первым ивторым входами элемента ИЛИ.На фиг.1 представлена функциональная схема импульсного регулятора; нафиг.2 и 3 - экраны выходных напряже- .ний основных блоков регулятора.Импульсный регулятор содержитпредварительный усилитель 1, интегратор 2, первый, второй, третий и чет 1105859вертый релейные блоки 3-6, широтноимпульсный модулятор 7, первый, второй и третий одновибраторы 8-10, первый и второй усилители мощности 11 и112, счетчик импульсов 13, 85 -триггер 514, третий, второй и первый элементы И 15-17, блоки памяти 18 и 19,Широтно-импульсный мо"улятор 8содержит первый и второй Р 5 -триггеры 20 и 21, элемент ИЛИ 22, интегратор 23, сумматор 24 и релейный элемент 25.Блоки памяти 18 и 19 включают всебя соответственно Р 5 -триггеры 26и 27, элементы И 28 и 29, элементы ИЛИ 30 и 31, интеграторы 32 и 33,первый и второй ключи 34, 35 и 36,37. В процессе регулирования управляющее воздействие на объект первый и,второй ключи 34 и 35 регулирования 20 Формируется исполнительным механизмом постоянной скорости 38.Кроме того, на фиг.1, 2, 3 приняты обозначения: О - входное напряжение импульсного регулятора, О - 25выходное напряжение предварительного усилителя 1, О - выходное напряжение интегратора 2, О и О,1 - выходныенапряжения соответственно первого и второго усилителей мощности 11 и 12, з 0 О, О, О - выходные напряжения соответственно первого, второго, третьего одновибраторов 8-10 , Оа - входное напряжение счетчика импульсов 13,О - выходное напряжение Р 5 -триггера 14, 0- выходнсе напряжение третьего элемента И 15, О О - выходные напряжения на прямом й инверсном выходах Ю -триггера 26, О 012 - выходные напряжения на прямом 40 ,и инверсном выходах Р 5 -триггера 27, О , О, - выходные напряжения соот 1 Уветственно элементов ИЛИ 30 и 31, О - выходное напряжение первого15элемента И 17, О ,О - выходные на пряжения на сигнальных выходах соответственно первого и второго блоков памяти 18 и 19, О , - выходное напряжение импульсного регулятораРегулятор работает следующим об разом.На вход предварительного усилителяпоступает напряжение О, равное разности между заданным и действительным значениями регулируемого параметра. С выхода предварительного усилителя 1 напряжение О:1 О где % - коэффициент усиления йредварительного усилителт. 1, поступает навход интегратора 2. С выхода интегратора 2 напряжение О 2 поступает навходы первого и второго релейныхблоков 3 и 4При достижении напряжением на выходе интегратора 2 величины порога срабатывания одного из релейных блоков 3 или 4 последний срабатывает, подавая ступенчатое напряжение на один из тактовых входов широтно-импульсного модулятора входом7. При этом на соответствующем выходеширотно-импульсного модулятора 7 и навыходе одного из усилителей мощности11 (или 12) формируется импульс управляющего напряжение О (или О, ),поступающего на один из входов исполнительного механизма 38. Длительностьу импульса управляющего напряженияопределяется настройкой элементовширотно-импульсного модулятора 7, атакже величиной и полярностью напряжений О и О на его управляющихвходах. В случае, если напряженияО и О отсутствуют или взаимнокомпенсируются в сумматоре 24 широтно-импульсного модулятора 7, длительность импульсов управляющего напряжения определяется только параметрамиширотно-импульсного модулятора 7коэффициентами передачи сумматора 24,интегратора 23 и порогом срабатываниярелейного элемента 25. При поступлении напряжения на один из тактовыхвходов широтно-импульсного модулятора7 происходит переключение соответствующего Р 5 -триггера 20 (или 21). Приэтом через элемент ИЛИ 22 и сумматор24 напряжение поступает на вход интегратора 23. Одновременно с выходаэлемента ИЛИ 22 напряжение поступаетна управляющий вход интегратора 23,разрешая процесс интегрирования, и напервый информационный выход широтноимпульсного модулятора 7, подключенный ко входу первого одновибратора 8.Первый одновибратор 8 срабатывает попереднему Фронту кусочно-постоянного напряжения на первом информационном выходе широтно-импульсного модулятора 7, формируя короткий импульс управляющего напряжения, поступающий на управляющий вход интегратора 8 и осуществляющий сброс интегратора 8 до нулевого уровня. Одновременно напряжение О с выходапервого одновибратора 8 поступает навторые управляющие входы блоков памя7 11058 ти 18 и 19, а также на вход счетчика импульсов 13. Счетчик импульсов 13 предназначен для выдачи импульса управляющего напряжение при поступлении на его вход заданного количества импульсов, Тем самым обеспечивается формирование корректирующего напряжения с заданным периодом следования импульсов. В течение периода интегрирования интегратора 23 широт О но-импульсного модулятора 7 на выходе регулятора сохраняется импульс управляющего напряжение. При достижении напряжением на выходе интегратора 23 величины, превышающей порог срабатывания релейного элемента 25, последний срабатывает, возвращая. Й 5 -триггеры 20 и 21 широтно-импульсного модулятора 7 в исходное состояние. В дальнейшем описанный процесс повторя ется и на выходе регулятора формируется частотно-модулированная последовательность импульсов управляющего напряжения, частота следования которых определяется величиной напряжения Она входе регулятора, а знак выходного напряжения Орегулятора определяетсгг знаком напряжения ОЭХ на его вхоДе. ПРи отРаботке Управляющего или возмущающего воздействия импульсным регулятором в составе системы автоматического регулиро- . вания в ней устанавливается автоколебательный процесс с произвольной степенью несимметрии на выходе исполни 35 тельного механизма 38. При отключении корректирующих элементов регулятора величина предельного отклонения в выходного напряжения 0 , на выходе исполнительного механизма 38 равна реакции последнего на один импульс управляющего напряжения. Корректирующими элементами регулятора являются все блоки, принимающие участие в формировании корректирующих напряжений О .и О , поступающих наггуправляющие входы широтно-импульсно- го модулятора 7 и соответственно на входы сумматора 24 широтно-импульсного модулятора 7. Корректирующие50 напряжения 0 , О формируются таким17образом, что длительность их импульсов изменяется, обеспечивая в системе автоматического регулирования периодический процесс с заданными парамет-, рами, в рассматриваемом частном слу 55 чае обеспечивается симметричное периодическое напряжение Оь на выходе исполнительного механиэ;:а 38 с мини-мальными отклонениями напряжения О от заданного значения. ФормироваВЬЕние корректирующих напряжений О 1, 01., основывается на том, что симметрично- мУ автоколебательномУ напРЯжению Овь,х на выходе исполнительного механизма 38 при фильтрующих свойствах участка системы автоматического регулирования между выходом исполнительного механиз ма 38 и входом импульсного регулятора соответствует симметричный процесс изменения напряжения на выходе интегратора 2, а несимметричному автоколебательному напряжению Ц на выЬЫХходе исполнительного механизма 38 - несимметричный процесс изменения напряжения на выходе интегратора 2, причем чем больше по абсолютной вели чине максимальное отрицательное отклонение напряжения О на выходеВЬ Хисполнительного механизма 38,превышает его максимальное положительное отклонение, тем больше по абсолютной величине значение напряжения О на выходе интегратора 2 в момент изменения производной напряжения 02 с положительного значения на отрицательное, чем значение этого же напряжения при последующем изменении знака производной напряжения ,ОРабота укаэанных корректирующих элементов импульсного регулятора осуществляется следующим образом. Напряжение с выхода предварительного усилителя 1 О одновременно с поступлением на вход интегратора 2 поступает на входы первогб и второго блоков памяти 18 и 19 и третьего и четвертого релейных блоков 5 и 6. После формирования на выходе импульсного регулятора определенного количества импульсов на выходе счетчика импульсов 13 появляется импульсное напряжение О , осуществляющее переключение к 5 -триггера 14, что приводит к пропаданию напряжения на его выходе и поступающее на третьи управляющие входы блоков памяти 18 и 19, служащие для формирования управляющих напряжений И 16 и 17 и соединенные с 5 -входами РЭ -триггеров 26 и 27. При переключении Р 5 -триггеров 26 и 27 напряжения с их выходов поступают на управляющие входы ключей 34 и 36 и на первые входы элементов И 28 и 29. При этом напряжения на выходах интег- раторов 32 и 33 с заданным коэффициентом масштабирования повторяют напряжение О на выходе интегратора11058 с 9 10отрицательного на положительное значение. При начале очередного импульет- са напряжения управления, что фиксируется возникновением напряжения на а 5 выходе первого элемента И 17, сигнальные выходы блоков памяти 18 и 19 оказываются подключенными к управляющимвходам широтно-импульсного модулятора 7, корректируя тем самым длительность импульса напряжения О , на выходе регулятора. В момент окойчанияимпульса напряжения управления, чтофиксируется появлением напряжения Я на выходе второго элемента И 16, на а 15 всех входах которого в этот моментприсутствуют напряжения происходитобнуление интеграторов 32 и 33 блоковпамяти 18 и 19. Дальнейшая работарегулятора повторяется при очередном н поступлении импульса напряжения с выа хода счетчика импульсов 13. Такимобразом в регуляторе создается периодически действующий внутренний контур регулирования, обеспечивающий оп 35 тимальные для данной системы автоматического регулирования параметры периодического режима. Необходимые параметры автоколебательного режима мо гут быть установлены за счет соответЗо ствующих коэффициентов усиления интеграторов 33 и 32 блоков памяти 18 и19 и коэффициентов усиления по входам ы- сумматора 24 широтно-импульсного модулятора 7. 9 2, При изменении полярности напряжения на выходе усилителя 1 с положительной на отрицательную, что соотвствует изменению знака производнойнапряжения 0 на выходе интегратор2 с положительного на отрицательныйпроисходит срабатывание четвертогорелейного блока 6 и запуск третьегоодновибратора 10 по переднему фронту напряжения на выходе третьегорелейного блока 6Напряжение с выхода третьего одновибратора 10 осуществляет переключение Рб -триггера26 первого блока памяти 18, отключаего вход, и переключение ЙЗ -триггер4, подготавливая дальнейшую работурегулятора, Таким образом на выходеинтегратора 32 сохраняется значениенапряжения О , пропорциональноезначению напряжения 02 на выходе итегратора 2 в момент изменения знакпроизводной последнего с положительного на отрицательное значение. Припоследующем изменении знака напряжения 0 на выходе усилителя 1происходит аналогичное срабатываниетретьего релейного блока 5, второгоодновибратора 9 и переключениеЮ-триггера 27 второго блока памяти 1при поступлении напряжения с выходатретьего элемента И 15, на всех входах которого в этот момент присутствуют напряжения. В этот момент на входе интегратора 33 сохраняется значение напряжения 0 , пропорциональное значению напряжения 02 навыходе интегратора 2 в момент изменения знака производной последнего с 35Таким образом, точность предложенного регулятора повышается в 2 разапо сравнению с известным.1105859 ий Составитель Ю.ГладкТехред И.Асталош орректс р О, 1 олощу едактО Зака Ф)1111 П 11 я ь.нт Г . Ужгород 1 л. П 1 г 1,: 5600/37 Тираж 84 В 11 ИИ 1 И Государствен по делам изобрет13035, Чоскна, Ж, Подписого комитета СССРни и открытииРауаская нао д: