Цифровой регулятор
Патент 1019397
Авторы
Классы МПК
Цифровой регулятор
Иллюстрации
Реферат
ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТО, содержащий аналого-цифровой прербразователь генератор импульсов, вйхрд которого соединен е, первым входом формирова л; . тел;я временных интервалов, первым: .; выходом соединенного с. первым управ-ляющим входом реверсивногй счетчика, первый и.второй элементы и, .выхода которых подключены к соответствующим входам исполнительного механизма, а также последовательно соединенные- . блбк задания режимов и регистр, о тл и чающий с, я тем, что, с целью расширения рбласти применения . О .регулятора, в него введены RS-TpHf- : i-ep, переключатель, сумматор, третий и четвёртый элементы И, элементы ЙЛИ : элементы НЕ/ делитель частоты, группа элементов И и да±чик импульсов,; |выход которрго 4epie9 третий элемент;;. Ни первый элемент ИЛИ подключен к тактовому входу реверсивного счетчика,. ;с информационными входадш котгорого через, группу элементов И соединены выходы аналого-цифрового преобразователя , с выходами - первые вхрды сумматора: а с вторым и третьим управляющими входами - соответственно ;ходы первого элемента и и второго элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента Hj а второй вхбд - к второму выходу . формирователя временных иа-терйалрв и к второму входу третьего элемента И, третьим входом соединённого с прймым выходом RS-триггера, инверсный выход которого подключен к вторым входам группы элементов И а S-вход и R-вход через переключатель - к нулевой шине регулятора, выход гёнератора импульсов через д елитель ш частоты соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий выход формирователя временных интвфвалрв iQ обнуляющим входом делителя частоты и через первый элемент НЕ - с первым1 входами первого, второгои четверто го элементов И, вторые входы которых о через третий элемент. ИЛИ подключены к выхода сумматора, выход-старшего разгяда которого соединен с третьим Р м ;входом первого элемента И. и через второй элемент НЕ - с третьим . вхо-. дом второго элемента И,-а вторые со: входы сумматора - с соответству1ощимй| выходами регистра, причем выход чет вертого элемента И подключен к второму входу формиррвателя временных интервалов.
COOS СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИстиЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
09) (И) 3(59 6 05 В 1 26
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН . н двта скому св ятяльствм
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР
IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3385774/18-24 (22) 01.02. 82 (46) 23.05.83.. Бюл. 9 19 .I (72) A ° .Т. Белоус (71) Туркменский научно-исследовательский институт .гидротехники и мелиорации (53) 62- 50.(08S. 8) (56)1. Авторское свидетельство СССР ..
Р 595707, кл. G 05 В 11/20, 1976.
2. Авторское свйдетельство СССР
9 761983, кл. G 05 В . 11/26, 1980 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР, содержа щий аналого-цифровой преобразователь, генератор импульсов, выход которого соедийен с первым входом формирова- . .теля временнйх интервалов, первым выходом соединенного с первым управляющим входом реверсивного счетчика, первый и второй элементы И,.выходы которых подключены к соответствующим .входам исполнительного механизма, а.. также последовательно соединенные. блок задания режимов и регистр, о т» л и ч а ю щ н и с я тем, что, с це- . лью расширения области применения: регулятора, в него введены RS-триг- о.ер, переключатель,.сумматор„ третййи четвертый элементы И, элементы ИЛИ, элементы НЕ, делитель частоты,- группа элементов И и датчик импульсов, выход которого через третий элемент,:;
И и первый элемент ИЛИ подключен к . тактовому входу реверсивного счетчика с информационными входами которого. через, группу элементов: И соединены выходы аналого-цифрового преобразователя, с выходами - первые входы сумматора:; а с вторым и третьим управ. ляющими входами — соответственно вы:ходы первого элемента И и.второго элемента ИЛИ,.первый вход которого подключен к выходу второго элемента.
И, а второй вход - к второму выходу формирователя временных интервалов и к второму входу третьего элемента И, третьим входом соединенного с прямым .выходом RS-триггера, внверсйый вы-. . ход которого подключен к вторым входам группы элементов И, а Я«вход и R-вход через переключатель » к нулевой шине регулятора, выход ге» Е
Ф . нератора импульсов через делитель частоты соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий-выход .формирователя временных интарвалов с обнуляющим входом делителя частотЫ и через первый элемент НЕ - с первыми входами первого, второго и четверто"
pro элементов И, вторые вход которых через третий элемент. ИЛИ подключены к выходам сумматора, выход старшего разГяда которого соединен с третьим входом первого элемента И и через. второй элемент НЕ - с третьим вхо" дом второго элемента И, а вторые . входы .сумматора - с соответствующими выходами регистра, причем выход четвертого элемента Й подключен к второму входу формирователя временных интервалов.
1019397
Изобретение относится к автомата» выходы аналого-цифрового нреобразоке и вычислительной технике и может,вателя, с выходами.- первые входы суви быть использовано для автоматизации матора а с вторым и третьим управширокого класса технологических . ляющими входами - соответственно выпроцессов, в том числе и с запазды- ходы первого элемента И и второго ванием, регулируемые величины кото- 5 элемента ИЛИ, первый вход которого
Рых могут быть представлены с псв ощью подключен к выходу второго элемента соответствующих преобразователей в И, а второй вход - к второму выходу виде цифры или последовательности формирователя временных интервалов импульсов. 3f к второму входу третьего элемента
Известен цифровой регулятор,.со- о И, третьим входом соединенного с прядержащий цифроаналоговый преобра- мым выходом ВБ-триггера, инверсный вы" зователь,- датчик регулируемого пара- ход .которого подключен к вторым вхо етра и задатчик, соединенные с пер- дам группы элементов И, а $-вход и вым и вторым входами цифрового сумма- R-вход - через переключатель - к нуле,тора,. выходы которого соединены с 15 вой шине регулятора, выход генератора разрядище входами реверсивного счет-. импульсов через делитель -частоты сое . чика, а. его- выходы подсоединены к динен с вторым входом первого элеменцифроаналоговому преобразователю, та или, третий выход форирователя вре.выход которого через фильтр низкой менных интервалов - с обнуляющим частоты присоединен к йсполнитель- jg входом делителя -частоты и через пер,ному устройству (1 . вый элемент НЕ - с первыми входами
Однако этот регулятор является, первого, второго и четвертого элерегулятором непрерывного действия .. ментов Й, вторые входы которых через и не:обеспечивает рьгулирования про- третий элемент ИЛИ подключены к выцессов с. запаздыванием, что сужает . 2g ходам сумматора, выход старшего разря; область.. его применения, да которого соединен с третьим входом
Найболее .близким к изобретению по первого элемснта и и через второй технической сущности является циф-, элемент Не - с третьим входом второго
Розой РегулятОР, содержащий аналого- элемента и,. а вторые входы суммато-
Цифровой преобразователь, генератор ра - с соответствующими выходами ймпульсов, выход которого соединен. Регистра, причем Выход-четвертого ..с первым входом формирователя вре- элемента И подключен к .второму входу меиных интервалов, перйым выходом . формирователя временных интервалов. соединенного с.первцм .управляю- . На чертеже приведена блок-схема
-щим входом реверсивного счетчика, цифрового Регулятора. первый. и второй элементы И,. выходы 3? Цифровой регулятор содержит генекоторых. подключены к соответствую- ратор 1 импульсов, формирователь 2 .: щим входам исполнительного меха- - временных интервалов, первый эле-.
Ннзма, а также последовательно соеди- мент И 3, второй элемент И 4, испол. "ненные блок задания режимов и ре», нительный механизм 5, аналого-цифро.,гйстр Г2 ). : 40 вой преобразователь б, реверснвный
НедостаТком известного регуля о- счетчик 7, блок 8 задания режимов, .Ра:является.ограниченная область . .регистр 9, датчик 10 импульсов,,er o применения, что приводит к НЕ» . RS-триггер. 11., группу элементов И 12, обхрдимости применения разнотипнцх третий элемент И 13, первый элемент .РегулятоРов. даже пр . автоматизации 45 ИЛИ,14, делитель 15 частоты, второй
:одного.и того же технологического элемент ИЛИ 16, первый элемент Не 17,, процесса . как зто имеет место, -на- .четвертый элемент И 18 сумматор 19г пРимеР,. при регулировании расхода третий элемент или. 20, второй элемент воды. в:каналах:с открытым руслом НЕ 21 „ переключатель 22 . по измеренным значениям уровня. воды 0, Работа многоцелевого цифрового ,и.трубопроводах .- по.показаниям регулятора может осуществляться в туРбинных .или:вихревых расходомерсв. нескольких режимах и происходит.слеЦелью ".изобретения. является рас- . дующим образом. шипение области применения цифрового . Регулированию процессов, регулирегулятора.: . Руемая .величина которых характеризуУказанная цель достигается:. тем, . ется последовательностью импульсов, Что в него. взведены КЯ-триггер, пере- . соответствует положение переключа:. ключатель, сумматор, третий и четвер теля 22 на чертеже, После подачи алый элементы И, элементы ИЛИ, эле- напряжения питания формирователь 2
МенЩ ИЖ делитель частоты, группа временных интервапов устанавливается элементов И и датчик импульсов, вы- 6О в исходное состояние. Ha его первом . ход .которого черЕз третий элемент И . выкоде форМируется импульс раэре. .и первый. элемент или подключен к так- щения записи числа, приСутствующего .,тсщому входу реверсивного счетчика, иа входах. группы элементов И 12. Так
:с йнформационийми .входами которого как на вторые входы этой группы злечерез группу элементов И соединены " !ментов подается сигнал логического. -10.19-З97
II. It
0, то этим импульсом в реверсив- стэует на третьем. входе одного нз эле ный счетчик будет записано число "О», . ментов И 3 или 4. Пусть, например, После окончания импульса запуска с .задание, записанное в регистре 9, совторого выхода выдачи временных ин- ответствует числу 125, а в реверсив-. тервалов на второй вход- третьего . . ный счетчик 7 записалось 150 импульэлемента И 13 поступает сиГнал, опре- 5 сов. В двоичном коде эти числа соделяющий:время накоплейия импульсов, ответственно равны . 01111101 и поступающих.а выхода"датчика 10 им-. . 10010110.. В сумматоре 19 производйтся пульсов через элементы И 13, ИЛИ .14 вычитание из второго числа первого на вход тактовых импульсов реверсив- . путем сложения со вторым числом перного счетчика 7, на третий управляю- 10 нога, представленногО в обратном кощйй вход, разрешение сложения.) кото-, . -де с добавлением "1" для получения
Рого через второй элемент ИЛИ 16 ..- дополнительного кода. яостудает также импульс, определяю- : . 10010110 щий время .накопленйя имйульсов в ре- . - 10000010 +. ..версивной счетчике 7.. Так.как в ука- Я + 1 .ванном на чертеже положении переклю- .. чателя. 22 е прямого выхода RS-триг1,00011001 гера 11 наступает напряжение, соот- Полученное двоичное число 11001 в де- ветствуклцее логической- "1», то накоп- сятнчном коде равно 25, а в старшем ление импульсов в реверсивном счетчи-2О Разряде, вынесенном. за точку, полуке 7 осуществляется:за интервал вре- -. чена единица. Таким образом, на .вымени, выдаваемый с второго выхода .. ходе элемента ИЛИ 20 присутствует
:.формирователя 2:временных интерва- .сигнал "I", обязанный появлению на лов. В течение суммариого времени выходе сумматора 19 числа 00011001, записи. нуля в реверсивный счетчик 7 2 а на выходе старшего разряда суммаи .накапления. в:нем импульсов ог дат- тора 19 присутствует сигнал ".1", чика 10 импульсов:с третьего выхода обусловленный вычитанием меньшего формирователя. 2 временных интерва- . . числа из большего. так как сигйал "f» лов поступает сигнал на обнуляю- : поступает только на третий вход пер щий вход делителя 15 частотй и держит : ваго элемента К 3, то только на выего,в исходйом состоянии. Одновре- З . ходе этого элемента образуется сигменно этот..же сигнал,.инъентирован- -. нал "1", поступающий одновременно ный элементом НЕ 17, постунает на . на вгорой управляющий вход (-разреше- .
: первые входы элементов И: 3 н 4, остав- ние вычнтайня ) реверсивного счетчика
-, ляя их выключенными н@ время действия 7 и на первый вход -исполнительного сигнала записи-и сигнала накопления . :35 механизма 5 для отработки РассогласоПосле завершения действия этих им- .вайия, Длительность управляющего импульсов формирователь: 2 временных- - пульса, вырабатываемого исполнитель-. интервалов собственным :коротким им- ньви механизмом 5-, будет -зависеть от пульсом обйуляется, устанавливаясь . Числа ОбРазуйщеГОСя На выхеде двоИчв исходное положенйе. йрй этом на 4ф ного комбинационного .сумматора 19 g всех выходах. этого блока-образуются от периода частоты импульсов, выда-:, сигналы: "0". Если:.записанное чиспо ваейях делителем 15.частоты, начавшйм импульсов в реверсивный.счетчик 7 не Формировать свои сигналы после оком соответствует. числу,,установленному чания импульса, поступавшего на его в Регистре 9 блоком 6 задания. Режимо 4 обнуляющий вход с третьего. выхода фор». то на разрядных выходах;сумматора -. .миРователя. 2 времейных интервалов.
19 образуется отличное.от нуля двои;-- :.В Результате вычитания тактовых нмное число,- следовательно, на выходе : пульсов число в .реверсивной счетчике третьего элемента ИЛИ 2О. будет при» .в" некоторый момент времени станет. сута.сновать сигнал "1.", поступаю- „@ Равным числу, хранящемуся в реги-. .щий одновременно на вторые:входы : стре 9. А на выходах сумматора 19 первого и второго элемеитов И З,и 4: число станет равным- нулю, в резульи на второй:вход четвертого: элемента - тате чего .на выходе элемента ИЛИ
И 18, .на первый вход, которого-посту-- . 20. образуется сигнал »О". Это ПРИВепает сигнал "1» с выхода элемент :дет. к окончанию управлякгйего импУльне 17,.0браэукщийся на. выходе злемен 5 еа>. вырабатываемого acnaaHmeaiasaee. та И 18 сигнал. поступает-на второй . механизмом 5, и к нрекращейию разре(обнулявщий.) вход формирователя 2 : шающего имг ульса, поступившего на . .временных интервалов и удерживает Зторой управляющий вход реверсизйого . его в обнуленнОМ состояиии дО теХ . Счетчика 7, так как на выходе йерво:пор, пока на выходе третьего элементами го элемента и 3 сигнал стал равным
ИЛИ 20 присутствует сигнад "1". При "0"..Такой же сигнап образовался этом в-. зависимости от знака рассогла- . и на выходе четвертого элемента И 18, сования, образующегося иа .выходе стар- так как и íà его второй вход поступа шего разряда.двоичного комбинацион- . ет сигнал ".О» с выхода элемента ИЛИ: ,ного сумматора 19, сигнал "1" присут-@ 20. 0бразованне сигнала .»О" на выходе
1019397 элемента И 18 позволяет формирователю
:2 временных интервалов начать новый цикл работы. Если же в процессе наКопления импульсов в реверсивном счетчике 7 окажется записанным число меньшее, чем число, хранимое в
5 регистре 9, то разрешающий сигнал на отработку рассогласования поступит одновременно на третий управляющий вход реверсивного счетчика 7 через второй элемент ИЛЙ 16 и на второй 10 вход исполнительного механизма 5.
При этом реверсивный счетчик 7 будет продолжать работать на сложение так же, как и при накоплении импульсов до завершения отработки рассогласо- 15 вания. Пусть, например, в регистре 9
:записано число 150, а в реверсивном счетчике 7 накопилось 125 импульсов.
Операция, выполняемая сумматором 19 дает 20
01111101
01101001
0 11100111, 25
Образовавшийся на выходе старшего разряда сумматора 19 сигнал "0", .инВертируясь элементом HE 21, ведет к образованию сигнала "1" на выходе второго элемента И 4 и к апис иному .б
- результату. Чаще. всего во избежание перерегулирования отработка рассогласования осушествляется за два-три цикла регулирования, для чего частотой . делителя 15 частоты длительность .управляющего импульса устанавливается несколько меньше". номинальной ее величины.
Регулированию процессов при исполь. зовании аналого-цифрового преобразователя соответствует противополож- 40
Ное чертежу состояние переключателя
22. При установке переключателя 22 в противоположное положение RS-триггер
11 принимает положение, пр . котором на его инверсном выходе образуется сигнал "1", а на прямом выходе — сиг нал "0". При этом датчик 10 импульсов отключается от входа тактовых ,импульсов реверсивного счетчика, а
;аналого-цифровой преобразователь групп ,пой элементов И 12 подключается к ин-
,формационным входам реверсивного счет. .чика 7 ° При регулировании процессов ,.с запаздыванием сначала отрабатывает ся время запаздывания (пауза), а за тем длительность управляющего импуль .са. Величина времени запаздывания устанавливается в формирователе вре-, менных интервалов на его третьем вы,ходе. На первом выходе устанавлива-. . ется сигнал разрешения записи кода
:аналого-цифрового преобразователя ,6 в реверсивный счетчик 7. Так как, втечение отработки времени запазды-. вания все цепи::регулятора находятся:: в вйключенном состоянии, то в данном 65 регуляторе длительность импульса записи выбрана равной длительности импульса запаздывания. При этом в. реверсивный счетчик будет записано число, которое находилось в преобразователе б в конце длительности импульса запаздывания. Первый,и третий выходы формирователя 2 временных интервалов в этом режиме работы могут быть запараллелены, Наличие или отсутствие сигнала на втором выходе этого блока значения не имеет, так как датчик 10 импульсов отключен RS-триггерои 11. После. подачи на регулятор напряжения питания формирователь 2 временных интервалов устанавливается в исходное состояние и начинает отрабатывать импульс. запаздывания.
Этим импульсом, поступающим с третьего выхода формирователя 2 временных интервалов, удерживается в обчуленном состоянии делитель 15 частоты.
Сигналом "0", поступающим с выхода первого элемента HE 17, удерживаются в закрытом состоянии первый и второй элементы И 3 и 4. В реверсивный счетчик 7 импульсом с первого выхода формирователя 2 временных интервалов, подаваемым на первый управляющий вход реверсивного счетчика 7,.осуществляется запись кода аналого-циф-. рового преобраэователя. После окончания импульса запаздывания и импуль. са записи регулятор начнет отрабаты-, вать рассогласование. При отсутствии рассогласования регулятор будет циклически отрабатывать длительность импульса запаздывания (паузы ) до . возникновения рассогласования. ..Для регулирования процессов без запаздывания длительность импульсов задержки (запаздывания )уменьшается в пределах до величины, определяемой частотной характеристикой цепей регулятора. При этом в отсутствие рассогласования формирователь временных .интервалов будет вырабатывать паследо-! вательность импульсов, скважность которой равна двум. В этом предель ном случае регулятор практически работает в непрерывном режиме. Во
Избежание перерегулирования, в особенности при использовании наиболее простого и надежного асинхронного привода, целесообразно устанавливать импульс запаздывания такой длительности, которая бы позволила при выборе длительности управляющего импульса на 5- 10% меньше номинальной величины устранять рассогласование отработкой ега по уменьшающимся частям.
Таким образам, предложенный многацелевой цифровой регулятор способен работать как в дискретном режиме с
Йспольз рванием широтно-импульсной
Модуляции, так и в .квазинепрерывнам, И пригоден для регулирования процес1019397
Составитель. C. Дунаев .Редактор С. Патрушева Техред И.Гайду
Корректор В, Бутяга
Заказ 3701/41 Тираж 874 . Подписное нНИИПИ Государственного комитета СССР цо делам изобретений и открытий
113935, Москва, Ж-35, Раушекая наб., д. 4/5
° е енеаемеавюмюаее филиал ПНП "Патент", г. Ужгород, -ул. Проектная, 4 сов, s том числе и с запаздыванием, регур емая величпна которых может быть йредставлена либо последовательностью импульсов, либо в виде двоичного числа, получающихся на выходе со ,ответствующих датчика или преобразо8 вателя. Расширение. области его применения по сравнению с известными
;цифровыми регуляторами обуславливает получение определенно-: го техникоэкономического эффекта.