SU1170426A1 - Импульсный регул тор - Google Patents

Abstract

ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий измеритель рассогласовани , дифференциатор , сумматор, первый и второй одновибраторы, первый элемент ИЛИ, первый релейный блок, первый и второй ключи, первый интегратор, последовательно соединенные второй релейный блок и второй элемент ИЛИ, второй интегратор, соединенный управл ющим входом с выходом третьего одновибратора, а выходом - со входом третьего релейного блока, четвертый релейный блок, соединенный выходами с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй усилители мощности, соединенные выходами соответственно с первым и вторым входами исполнительного механизма, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродейст вин и статической точности регул тора, в нем дополнительно установлены источники опорного и корректирующего сигналов и четвертый одновибратор, соединенный входом с выходом второго релейного блока, а вы.ходом - с управл ющим входом первого интегратора , подключенного выходом ко входу второго релейного блока, а входом через дифференциатор - к выходу сумматора, соединенного первым входом с выходом источника опорного сигнала, вторым входом - с выходом источника корректирующего сигнала , а третьим входом - с выходом измерител  рассогласовани , с входом четвертого релейного блока, с сигнальным входом второго интегратора и с входом первого релейного блока, выходом соединенного с упi равл ющими входами первого и второго ключей, подключенных сигнальными входами (Л к выходу третьего релейного блока и ко входу третьего одновибратора, выход второго ключа соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, подключенного выходом через первый одновибратор к первому входу первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входом через второй одновибратор с выходом первого ключа, а выходом - со вторыми входами первого и второго элементов И, подключенных выходами ко входам соответствующих усилителей мощности. 4 to О5

Description

Изобретение относитс  к импульсным средствам автоматического управлени  и может быть использовано в качестве пропорционально-интегрального регул тора в системах управлени  врубовыми машинами.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и статической точности регул тора .

На фиг. 1 приведена функциональна  схема регул тора; на фиг. 2 - структурна  схема системы управлени  с данным регул тором; на фиг. 3 - импульсна  характеристика исполнительного механизма.

На схеме обозначены второй и первый интеграторы 1 и 2, третий, первый, второй , четвертый релейные блоки 3, 4, 5, 6, первый и второй ключи 7 и 8, второй, третий, первый и четвертый одновибраторы 9, 10, 11, 12, первый и второй элементы ИЛИ 13, 14, первый и второй элементы И 15, 16, первый и второй усилители мощности 17, 18, сумматор 19, измеритель рассогласовани  20, дифференциатор 21, источник опорного сигнала 22, задатчик 23, исполнительный механизм 24, источник корректирующего сигнала 25, датчик регулируемого параметра 26, объект 27, первый и второй частотно-импульсные модул торы 28 и 29, первый и второй нелинейные элементы 30 и 31, первый и второй формирователи пр моугольных импульсов 32 и 33, исполнительные механизмы 34 и 35, сумматор 36, интеграторы 37 и 38, Us - сигнал задани , UK - корректирующий сигнал. Up - регулирующий параметр, -у - длительность импульсов , Зэке - средн   эквивалентна  скорость вращени  вала исполнительного механизма 24, So - номинальна  скорость вращени  вала исполнительного механизма 24.

В состав первого частотно-импульсного модул тора 28 функционально вход т второй интегратор 1, третий релейный блок 3 и третий одновибратор 10, а структурно - интегратор 37, нелинейный элемент 30 и формирователь пр моугольных импульсов 32

В состав второго частотно-импульсного модул тора 29 функционально вход т первый интегратор 2, второй релейный блок 5 и четвертый одновибратор 13, а структурно - интегратор 38, нелинейный элемент 31 и формирователь пр моугольных импульсов 33.

В качестве исполнительного механизма 24 в данном регул торе примен етс  исполнительный механизм посто нной скорости , причем этот исполнительный механизм изображен на функциональной схеме регул тора (фиг. 1) в виде одного функциональ ного блока 24, а на структурной схеме регул тора (фиг. 2) - в виде трех структурных блоков: исполнительных механизмов 34, 35 и сумматора 36.

Регул тор работает следующим образом.

На один из входов измерител  рассогласовани  20 поступает сигнал Up с выхода

датчика регулируемого параметра 26, на другой вход которого поступает сигнал Us с выхода задатчика 23. На выходе измерител  рассогласовани  20 формируетс  сигнал рассогласовани , который поступает на сигнальный вход второго интегратора 1, на третий вход сумматора 19 и на входы первого и четвертого релейного блоков 4 и 6. . Сигнал рассогласовани  интегрируетс  во втором интеграторе 1 и поступает на вход третьего релейного блока 3. При достижении выходным сигналом второго интегратора 1 величины, превышающей зону нечувствительности третьего релейного блока 3, последний срабатывает и формирует импульсный сигнал, который своим передним фронтом производит запуск третьего одновибратора 10 и в зависимости от состо ни  ключей 7 и 8 второго или первого одновибраторов 9 и 11. Выбор запускаемого одновибратора 9 (или 11) зависит

Q от абсолютной величины сигнала рассогласовани . В том случае, если сигнал рассогласовани  не превышает по величине зоны нечувствительности первого релейного блока 4, то на его выходе сигнал отсутствует и первый ключ 7 находитс  в замкнутом

5 состо нии. Выходной сигнал третьего релейного блока 3 через замкнутый первый ключ 7 поступает на вход второго одновибратора 9, который срабатывает по переднему фронту своего входного сигнала. Длительность импульсов на выходе третьего одно0 вибратора 10 устанавливаетс  минимально возможной из услови  полного разр да второго интегратора 1 при срабатывании одновибратора 10, а длительность импульсов на выходе второго одновибратора 9 устанавливаетс , исход  из требовани  обеспечени  наибольшей установившейс  точности отработки заданного значени  регулируемого параметра.

В зависимости от пол рности сигнала рассогласовани  выходной импульсный сигнал второго одновибратора 9 через первый элемент ИЛИ 13 поступает на нужную обмотку возбуждени  исполнительного меха ..изма 24, который воздействует на объект 27 таким образом, чтобы уменьшить сигнал рассогласовани . Выбор обмотки возбуждени  исполнительного механизма 24 определ етс  выходным сигналом четвертого релейного блока 6. Например, если сигнал рассогласовани  положителен, то на пр мом выходе четвертого релейного блока присутствует

0 выходной сигнал, а на его инверсном выходе - отсутствует. При этом импульсный выходной сигнал первого элемента ИЛИ 13 поступает на вторые входы первого и второго элементов И 15, 16, а сигнал на пр мом выходе четвертого релейного блока 6

5 поступает на первый вход первого элемента И 15 и разрешает прохождение выходного сигнала первого элемента ИЛИ 13 через первый элемент И 15 и усилитель

мощности 17 на первый вход (на соответствующую обмотку возбуждени ) исполнительного механизма 24. Поскольку импульс управл ющего сигнала в рассматриваемом канале регулировани  регул тора формируетс  каждый раз, когда интеграл от сигнала рассогласовани  измен етс  на фиксированную величину, равную величине зоны нечувствительности третьего релейного блока 3, а изменение входа (номера обмотки возбужени ) исполнительного механизма 24 при изменении пол рности сигнала рассогласовани  эквивалентно изменению пол рности выходного сигнала регул тора при структурном представлении исполнительного механизма 24 в двух параллельно соединенных интегрирующих механизмах 34, 35, подключенных выходами ко входам сумматора 36, то рассмотренный выше интегральный канал регулировани  данного регул тора можно структурно представить в виде последовательного соединени  интегратора 37, нелинейного элемента 30 типа «квантователь приращений и формировател  пр моугольных импульсов 34 с передаточной функцией

-eW (p,lгде Y - длительность импульса управл ющего сигнала (фиг. 2). Последовательное соединение формировател  пр моугольных импульсов 30 с указанной выще передаточной функцией и интегрирующего исполнительного механизма 34, имеющего передаточную функцию

W 1-еW/B1 - -IT,

IP

arp

можно заменить структурным звеном чистого запаздывани , имеющего передаточную функцию

W,,,e-i.

Таким образом, работа описанных выще структурных элементов интегрального канала регулировани  регул тора формирует управл ющее воздействие на объект 27 по интегральному закону регулировани  с погрешностью приближени , определенной наличием в канале регулировани  структурного элемента - формирователи пр моугольных импульсов 30.

Кроме того, в процессе работы регул тора выходной сигнал (т. е. сигнал рассогласовани ) измерител  рассогласовани  20 поступает на третий вход сумматора 19, на первый и второй входы которого поступают выходные сигналы источников корректирующего и опорного сигналов. Выходной сигнал сумматора 19 через дифференциатор 21 поступает на вход частотноимпульсного модул тора, состо щего из первого интегратора 2, второго релейного элемента 5 и четвертого одновибратора 12. Благодар  наличию в регул торе дифференциатора 21 совокупность блоков, а именно, дифференциатора 21, второго интегратора 2,

второго релейного элемента 5, четвертого одновибратора 12, второго элемента ИЛИ 14 и первого одновибратора 11, формирует пропорциональную составл ющую закона регулировани  и представл ет собой пропорциональный канал регулировани  регул тора .

В целом данный регул тор обеспечивает формирование пропорционально интегрального закона (ПИ-закона) регулировани  при управлении исполнительным механизмом 24 посто нной скорости без использовани  внутренних обратных св зей, существенно ограничивающих область устойчивости регул тора . Изменение длительности импульса управл ющего сигнала интегрального канала регулировани  регул тора благодар  переключению первого и второго ключей 7, 8 в зависимости от величины сигнала рассогласовани  обеспечивает наиболее качественный процесс регулировани  в регул торе .

Динамические свойства исполнительного механизма 24 посто нной скорости характеризуютс  его импульсной характеристикой - зависимостью отношени  эквивалентной скорости 5экв перемещени  вала исполнительного механизма 24 к номинальной Звот длительности импульсов управл ющего сигнала

f(v)%:

(1)

где средн   эквивалентна  скорость 5экв определ етс  как

5экв(твкл-)-твыб)/у,(2)

где Швк.1 - перемещение вала исполнительного механизма за врем  действи  управл ющего сигнала, гпвыб-перемещение вала исполнительного механизма за врем  выбега.

Типова  экспериментальна  импульсна  характеристика исполнительного механизма 24 посто нной скорости приведена на фиг. 3. Ввиду существенной нелинейности характеристики исполнительного механизма 24 при широтной и широтно-частотной модул ции управл ющего сигнала в процессе регулировани  происходит посто нное изменение эквивалентного коэффициента усилени  систе.мы, в которой примен етс  данный регул тор (фиг. 2), так как коэффициент передачи исполнительного механизма 24 определ етс  его реакцией на один импульс управл ющего сигнала тем, что идентично эквивалентной скорости перемещени  вала исполнительного механизма 24 при -данной длительности импульса управл ющего сигнала . Поскольку в данном регул торе, реализующем ПИ-закон регулировани , обеспечиваетс  посто нство длительности импульсов управл ющего сигнала, то нелинейность импульсной характеристики исполнительного механизма 23 не оказывает отрицательного вли ни  на процесс регулировани  в регул торе. Чем меньше длительность импульса управл ющего сигнала регул тора, тем лучше динамические характеристики системы регулировани , в которой он примен етс , так как меньше эквивалентна  величина структурного звена чистого запаздывани , характеризующего конечность длительности импульса управл ющего сигнала регул тора. С другой стороны, минимальна  величина длительности импульса, например, 72 (фиг. 3) не обеспечивает максимальной точности указанной выше системы в установившем режиме. Статическую точность системы , в которой примен етс  этот регул тор , при использовании исполнительного механизма 24 посто нной скорости можно охарактеризовать величиной

Оэкв/о

,(3)

минимально возможное значе1 ие которой определ ет дл  данного типа исполнительного механизма 24 минимально возможный щаг дискретизации выходной координаты системы регулировани , в которой примен етс  данный регул тор. Дл  зависимости,приведенной на фиг. 3, , что обеспечиваетс  при .3 С. Дальнейшее уменьшение длительности импульса управл ющего сигнала регул тора приводит к увеличению значени  п в св зи с нелинейностью характеристики исполнительного механизма 24. Поэтому при отработке возмущающего или управл ющего воздействи  целесообразно использование наименьщей длительности импульса управл ющего сигнала при больших значени х сигнала рассогласовани , и такой длительности импульса управл ющего сигнала, котора  обеспечивает наибольшую точность интегрального канала регулировани  регул тора при малых значени х сигнала рассогласовани . Обеспечение такого алгоритма выбора длительности импульса управл ющего сигнала регул тора обеспечиваетс  наличием в регул торе первого релейного блока 4 и первого и второго ключей 7 и 8. В том случае, когда сигнал рассогласовани  имеет малую величину , то сигнал на выходе первого релейного блока 4 отсутствует, ключ 7 замкнут и при срабатывании третьего релейного блока 3 происходит запуск второго одновибратора 9, длительность импульса на выходе

которого выбираетс  из услови  наибольщей точности системы регулировани  с данным регул тором. Таким образом, структура данного регул тора обеспечивает наиболь Шую статическую точность системы регулировани  при наилучших динамических характергистиках системы, определ ющих ее быстродействие . Структура данного регул тора обеспечивает также возможность введени  корректирующих воздействий в пропорциональный канал регулировани  регул тора Ввод корректирующих воздействий обеспечиваетс  при помощи источника корректирующего сигнала 25 и сумматора 19. При отклонении значени  корректирующего сигнала от значени  опорного сигнала, формируемого на выходе источника опорного сигнала 22, в пропорциональном канале регулировани  регул тора формируетс  формирование соответствующего числа импульсов управл ющего сигнала. Например, при применении данного регул тора в системах регулировани  температуры, содержащих теплообменные аппараты, в качестве корректирующего сигнала может быть использован сигнал, пропорциональный температуре обогреваемого теплоносител  на входе в теп5 лообменный аппарат, расход теплоносител  и т. д.

Анализ работы данного регул тора позволил установить, что указанные выше его отличительные особенности позвол ют повысить быстродействие регул тора примерно на

20-30% и его статическую точность на 15- 20% по сравнению с прототипом. Кроме того, в регул торе примерно в ,5 раза уменьшаетс  частота включений исполнительного механизма 24 и за счет этого повышаетс  надежность регул тора. Указанное выше улучшение качества регулировани  регул тора объ сн етс  отсутствием в нем внутренних контуров регулировани , оптимальным выбором длительности управл ющих импульсов, исключением вли ни  нелинейности характеристики исполнительного механизма 24 на процесс регулировани , а также тем, что входным элементом :;чтегрального канала регулировани  данного регул тора  вл етс  второй интегратор 1, обеспечивающий почти полное демпфирование помех без увеличени  зоны не чувствительности регул тора.

2ИП

N -0

;

fcij

М-.щ 5о

т0 .1 ., 4 55 0.6 ОЛ 0,8 О.д 10 1

и Фаг.З

1,2 13 сек

Claims (1)

1. ИМПУЛЬСНЫЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий измеритель рассогласования, дифференциатор, сумматор, первый и второй одновибраторы, первый элемент ИЛИ, первый релейный блок, первый и второй ключи, первый интегратор, последовательно соединенные второй релейный блок и второй элемент ИЛИ, второй интегратор, соединенный управляющим входом с выходом третьего одновибратора, а выходом — со входом третьего релейного блока, четвертый релейный блок, соединенный выходами с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй усилители мощности, соединенные выходами соответственно с первым и вторым входами исполнительного механизма, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродейст вия и статической точности регулятора, в нем дополнительно установлены источники опорного и корректирующего сигналов и четвертый одновибратор, соединенный входом с выходом второго релейного блока, а выходом — с управляющим входом первого интегратора, подключенного выходом ко входу второго релейного блока, а входом через дифференциатор — к выходу сумматора, соединенного первым входом с выходом источника опорного сигнала, вторым входом — с выходом источника корректирующего сигнала, а третьим входом — с выходом измерителя рассогласования, с входом четвертого релейного блока, с сигнальным входом второго интегратора и с входом первого релейного блока, выходом соединенного с уп- _л равляющими входами первого и второго § ключей, подключенных сигнальными входами к выходу третьего релейного блока и ко входу третьего одновибратора, выход второго ключа соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ, подключенного выходом через первый одновибратор к первому входу первого элемента ИЛИ, соединенного вторым входом через второй одновибратор с выходом первого ключа, а выходом — со вторыми входами первого и второго элементов И, подключенных выходами ко входам соответствующих усилителей мощности.

   SU „„ 1170426 >