Управляющее устройство

Управляющее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый резистор, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого связан с входом исполнительного релейного блока и первым выводом конденсатора , отличающееся тем, что, с целью пов1йешения точности управляющего устройства и линейности его характеристики, в него введены стабилизатор тока и два резистора, причем неинвертирующий вход операционного усилителя через стабилизатор тока соединен с вторым вьшодом конденсатора , а инвертирующий вход операционного усилителя связан через второй резистор с выходом операционного усилителя и через третий резистор заземлен. сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) () 1) 4(s)) G 05 В 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ аг.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3624695/24-24 (22) 29.06.83 (46) 15.03.85. Бюл. Ф 10 (72) К.Г.Фаворский и О.Г.Шахназаров (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиа-. ционный институт им. Серго Орджоникидзе (53) 62-50(088.8) (56) 1. Цыпкин Я.3. Релейные автоматические системы. "Наука", 1974, с. 447-457.

2. Авторское свидетельство СССР

9 857929, кл. G 05 В 11/16, 1981 (прототип), (54)(57) УПРАВЛЯЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее первый резистор, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого связан с входом исполнительного релейного блока и первым выводом конденсатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьниения точности управляющего устройства и линейности его характеристики, в него введены стабилизатор тока и два резистора, причем неинвертирующий вход операционного усилителя через стабилизатор тока соединен с вторым выводом конленсатора, а инвертирующий вход операционного усилителя связан через второй резистор с выходом операционного усилителя и через третий резистор заземлен.

4 .11453

Изобретение относится к регулирующим устройствам систем управления и регулирования, к управляющим элементам, применяемым в системах общего назначения, реализующих релейные и линейные законы управления.

Известно управляющее устройство, состоящее из релейного блока, на вход которого дополнительно подается высокочастотный периодический сигнал 10 от генератора колебаний, вследствие чего достигается вибрационная линеаризация характеристики устройства 13.

Однако использование дополнительного генератора для линеаризации 15, характеристики управляющего устройства усложняет его конструкцию..Наиболее близким к предлагаемому является управляющее устройство, 20 имеющее вибрационно-линеаризованную характеристику, состоящее из последовательно соединенных первого резистора, операционного усилителя и исполнительного релейного блока, причем к выходу усилителя присоединен конденсатор g2).

Недостатком этого управляющего устройства является малая точность и нелинейность его характеристики, обусловленная тем, что в устройстве неинвертирующий вход усилителя соединен с конденсатором через резистор, что приводит к экспоненциальному характеру заряда и разряда конденсатора. 35

Цель изобретения — повышение точности управляющего устройства и линейности его характеристики.

Указанная цель достигается тем, что в управляющее устройство, содер- 40 жащее первый резистор, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого связан с входом исполнительного релейного блока и первым выводом конденсатора, дополнительно введены стабилизатор тока и два резистора, причем неинвертирующий вход операционного усилителя через стабилизатор тока соединен с вторым выводом конденсато- 50 ра, а инвертирующий вход операционного усилителя связан через второй резистор с выходом операционного усилителя и через третий резистор заземлен. 55, На фиг. 1 представлена блок-схема управляюшего устройства; на фнг.,2схема стабилизатора тока; на фиг. 321 типовая характеристика стабилизатора; на фиг. 4 — графики процессов, протекающих в управляющем устройстве.

Управляющее устройство (фиг. 1) состоит из первого резистора (R1) 1, соединенного с неинвертирующим входом операционного усилителя 2, который охвачен положительной связью через конденсатор 3 и стабилизатор тока (Ст) 4 и отрицательной обратной связью через второй резистор (R2) S.

Третий резистор (R3) 6 включен между входом усилителя- 2 и землей. Выход операционного усилителя 2 соединен с входом исполнительного релейного блока 7, который представляет собой, например, электромеханический релейный рулевой привод, электромеханическое реле или другие исполнительные устройства.

На фиг. 2 приведен пример выполнения стабилизатора тока 4 с использованием двух встречно включенных диодов 8 и 9, а также полевых транзисторов 10 и 11 (Вольт-амперная характеристика стабилизатора тока 4 показана на фиг. 3).

В результате введения в операционный усилитель 2 положительной обратной связи через последовательно соединенные конденсатор 3 и стабилизатор тока 4 в усилителе возникает генерация колебаний. В результате введения отрицательной обратной связи увеличивается диапазон входных сигналов, при которых сохраняется генерация колебаний в усилителе.

При генерации колебаний с выхода операционного усилителя 2 на вход исполнительного релейного блока 7 поступает сигнал в виде последовательности разнополярных импульсов, длительность которых зависит от величины входного сигнала устройства.

Линеариэованная характеристика устройства рассматривается как зависимость сигнала M (постоянная составляющая разложения в ряд Фурье сигнала 2 на выходе управляющего устройства) от сигнала Б„ на его входе и определяется по формуле

M=- ——

t„-t., (1)

+12 где t zi t — длительности положих тельного и отрицательного импульсов соответственно.

3 11

Длительность генерируемых импульсов :„ и с определяется временем нарастания напряжения на конденсаторе в цепи положительной обратной связи, которое зависит от величины входного сигнала усилителя. Для устройства-прототипа характер заряда конденсатора экспоненциальный, в силу чего длительности импульсов t

1 и с2 нелинейно зависят от величины входного сигнала. В предлагаемом уст. ройстве вследствие введения стабилизатора тока заряд конденсатора происходит линейно, что позволяет улуч-. шить линейность характеристики устройства.

1+k т — — — +(1+ R„r) — — — <1, (4)

f5 K KR (К2+К- ) R K

45321 4 чего происходит изменение напряжения U . До тех пор, пока выполняется условие (U -U Ь--"

2 о К (3)

5 где K„ . — коэффициент усиления усилителя, усилитель находится в насьпцении.

П н

При )U -U = — усилитель выходит из

2 насыщения. За счет положительной обратной связи усилитель неустойчив, если выполняется условие

Характер процессов, происходящих в операционном усилителе управляющего устройства в режиме колебаний, иллюстрируется фиг. 4. Работа операционного усилителя рассматривается при условии, что значение входного сопротивления операционного усилителя значительно. больше значений сопротивлений R,, К2 н К . За начало отсчета времени выбран момент, когда напряжение U< на выходе усилителя меняет свое значение с -U íà +U н н (где Бн — напряжение насьпцения усилителя фиг, 4). Сигнал 0, на выходе устройства повторяет напряжение U<.

В интервалах знакопостоянства управления (отрезки времени t„ и С ) работа стабилизатора 3 характеризуется двумя режимами — режимом стаби- 35 лизации тока I и режимом работы, когда ток в цепи стабилизатора меняется. При Т =сопзй падение напряжения U на стабилизаторе удовлетворяет условию iU I;a, где а — зона 40 линейности характеристики стабилиза-. тора (фиг. 3). Режиму стабилизации соответствуют на фиг. 4 отрезки времени t „ и t . В режиме стабилизации обеспечивается постоянство напряже- 45 иий U4 и 62 на входах усилителя (фиг. 4). Напряжение О пропорционально выходному напряжению усилителя, равному напряжению насыщения, а напряжение П2, определяемое по 50 формуле

0 =1)„+Т К з1еп Б (2) постоянно, тах как I,=const. По мере заряда конденсатора током I, величина падения напряжения U< на стаби- 55 лизаторе Уменьшается, но U2const.

При jU

М= — — --- U

Io Rq+Uy( (.б) при этом получают линейную зависимость постоянной составляющей разложения в ряд Фурье сигнала на выходе устройства от входного сигнала.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого управляющего устройства по сравнению с устройством-прототипом обусловлен увеличением степени линейности характеристики устройства и увеличением его точности. В случае, когда параметры предлагаемого устройства таковы, что выполняется условие

lUgp.a c (а, т.е. когда стабилизатор тока работает как резистор (см. характеристику стабилизатора на фиг.3) имеет место экспоненциальный заряд конденсатора. В этом случае характеристика предлагаемого устройства совпадает с характеристикой устройства-прототипа и определяется по формуле

Неустойчивость усилителя приводит, к тому, что он практически мгновенно изменяет знак выходного напряжения и входит в насыщение. Максимальное значение падения напряжения на стабилизаторе U< „ „, устанавливается сразу после скачкообразного изменения знака выходного напряжения усилителя и определяется зависимостью

U Äc (Uí Io R1) Si.Rn U5 Uq °

В предельном случае, когда а=О, saaHсимость (I) имеет вид

1.145321 пХ у2 й

В случае, когда 1 Пь макс I а» характеристика предлагаемого устройства определяется выражением (6).

При изменении параметров устройст1 ва и обеспечении условия l U< „с j ъа линейность характеристики выше, чем у устройства-прототипа.

Таким образом, при выборе пара15 метров, обеспечивающих IU < „,)т а, улучшается линейность характеристики по сравнению с характеристикой устройства-прототипа.

Отрицательная обратная связь приводит к увеличению диапазона входных сигналов усилителя при работе усилителя в линейном диапазоне.

Однако в управляющем устройстве усилитель работает в основном в режиме насыщения. Усилитель работает в линейном режиме только в моменты переключений, длительность которых пренебрежимо мала по сравнению с дли30 тельностью интервалов знакопостоянства управления t t (фиг.4).

Расширение диапазона работы предлагаемого устройства вследствие введения отрицательной обратной связи обосновывается формулой

При m, стремящемся к нулю, рабочий диапазон входных сигналов устройства стремится к диапазону устройстватфототипа, определяемому областью линейности по входным напряжениям усилителя без обратной связи.

Таким образом, введение отри цательной обратной связи позволяет во много раз расширить диапазон входных сигналов, при которых обес печивается линеаризация характеристики устройства. При этом существенно повышается точность устройства в результате того, что дрейф нуля операционного усилителя становится несравнимо меньше диапазона входных сигналов .

За базовый объект принято устройство 411 состоящее из релейного блока, на вход которого дополнительно подается высокочастотный периодический сигнал от генератора колебаний.

Предлагаемое управляющее устройствоконструктивно проще базового, так как не содержит дополнительного генератора. В случае, когда в базовом устройстве используется генератор гармонического сигнала, характеристика устройства нелинейна (см. например, 2)), при этом погрешность линейности характеристики базового уст— ройства достигает 15Х.

Релейные управляющие устройства более надежны ч работе и более экономичны что определяет возможность широкого применения предлагаемого управляемого устройства в системах с релейным и линейным управлением.

Проблема совмещения релейного и линейного законов управления может быть решена с помощью использования управляющих устройств с релейной характеристикой, выполненных на основе предлагаемого устройства.

1145321

ВНИИПИ Заказ 11 35 ту аж 863 Поуьнсное

Фнлнал ППП "Патент, r.Óèrîðîä, ул.Проектная, 4