Позиционный регулятор для систем с запаздыванием

Позиционный регулятор для систем с запаздыванием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к-технике автоматического регулирования и может быть использовано при создании систем автоматического регулирования различных технологических процессов при применении исполнительных механизмов постоянной скорости в случае , если объект регулирования имеет запаздьюание. Целью изобретения является повышение быстрюдействия и точности регулятора. Регулятор содержит задатчик 1 регулируемого параметра , сумматор 2, трехпозиционные релейные блоки 3 и 4, элементы ИЛИ 9, 10, 11, 12, элементы И 13 и 14, одновибраторы 15 и 16, Б8-триггер 17, усилители мощности 18 и 19, исполнительный механизм 20, датчик 21 регулируемого параметра. С помощью второго трехпозиционного релейного блока 4 обеспечивается повышение качества регулирования путем корректирзтощего включения регулятора до момента выхода сигнала рассогласования из зоны нечувствительности первого трехпозиционного блока 3„ Одновременно повышается надежность регулятора за счет снижения числа переключений исполнительного устройства. 3 ило ( (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 05 В 11/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ф

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2) ) 42) 68.68/24-24 (22) 30,03,87 (46) 30.09.88. Бюл. Н 36 (72) В.В. Макаров и А.А. Петрыкин (53) 62.50 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1200238, кл. G 05 В 11/18, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1259208, кл. G 05 В 11/18, 1984. (54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при создании систем автоматического регулирования различных технологических процессов при применении исполнительных механизмов постоянной скорости в случае, если объект регулирования имеет запаздывание. Целью изобретения явÄÄSUÄÄ 1427328 А1 ляется повышение быстродействия и точности регулятора. Регулятор содержит задатчик 1 регулируемого параметра, сумматор 2, трехпозиционные релейные блоки 3 и 4, элементы ИЛИ 9, l0, ll, 12, элементы И 13 и 14, одновибраторы 15 и 16, 3S-триггер 17, усилители мощности 18 и 19, исполнительный механизм 20, датчик 21 регулируемого параметра. С помощью второго трехпозиционного релейного блока

4 обеспечивается повышение качества регулирования путем корректирующего включения регулятора до момента выхода сигнала рассогласования из эоны нечувствительности первого трехпозиционного блока 3. Одновременно повышается надежность регулятора за счет снижения числа переключений исполнительного устройства. 3 ил.

1427328

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может быть использовано при создании систем автоматического регулирования различных процессов в теплоэнергетике, химии и других отраслях промыш-, ленности при применении исполнитель-. ных механизмов постоянной скорости в случае, если объект регулирования содержит запаздывание.

Цель изобретения — повышение быстродействия и точности регулятора.

На фиг. 1 представлена принципи10 альная схема позиционного регулятора; 15 на фиг. 2 - пример переходного про.цесса в системе автоматического регулирования при применении предложенно го ре гулятс ра и в ременные диаграммы напряжений основных элем.нтов схемы; на фиг. 3 — фазовый ортрет системы регулирования с использованием регулятора.

Регулятор содержит задатчик регулируемого параметра 1, сумматор 2, трехпозиционные релейные блоки 3 и

4, содержащие соответственно компараторы 5, 6 и 7, 8, элементы ИЛИ 9, 1 О, 11 и 12, элементы И 13 и 14, одновибраторы 15 и 16, RS-триггер 17, усилители 18 и 19. В предлагаемом

ЗО регуляторе в качестве усилителей мощности используются ключи, обеспечивающие подключение исполнительного механизма системы регулирования к питающему напряжению. В процессе регулирования регулятор обеспечивает управление исполнительным механизмом

35,20, представляющим собой в динамическом отношении интегрирующее звено. Текущее значение параметра снимается с датчика регулируемого параметра 21, . Регулятор работает следующим об-разом.

На первый вход сумматора 2 поступает напряжение Vp пропорциональное

45 текущему значению регулируемого параметра, а на второй напряжение Ч ау, но, на входы компараторов 5, 6, 7, 8.

Настройка компараторов 5 и 6 производится с обеспечением зоны нечувстпропорциональное заданному значению параметра. С выхода сумматора 2 сигнал рассогласования Vq, равный разности между заданным и текущим значением регулируемого параметра, поступает на входы трехпозиционных релейных блоков 3 и 4 и, соответствен55 вителъности а, а компараторов 7 и 8 с обеспечением зоны нечувствительности Ь. Для нормальной работы регулятора необходимо выполнение условия а ) Ь. В случае, если, например, Ь = О, а в начальный момент отработки управляющего или возмущающего воздействия Ч, > 0 и I V! ) j а1, то дальнейшая работа регулятора происходит в описанной ниже последовательности.

При V > а на выходе компаратора 5 имеется напряжение V<, которое поступает на входы элемента ИЛИ 10 и элемента ИЛИ 9. Напряжение Ч с выхода элемента ИЛИ 10 открывает ключи (усилитель мощности ) 18 и питающее напряжение поступает в одну из обмоток исполнительного механизма 20, вызывая его перемещение в направлении уменьшения сигнала рассогласования V, . Сигнал US с прямого выходы элемента ИЛИ 9 поступает на вход R триггера 17, приводя его в исходное состояние, а сигнал Ч с инверсного выхода элемента ИЛИ 9 — на входы элементов И 13 и 14. Поскольку в этом состоянии регулятора сигнал Uq = О, то это обеспечивает невозможность включения обмоток исполнительного механизма 20 по другим цепям управления регулятора. В данном состоянии регулятора имеется напряжение V на выходе компаратора

7, поступающее на вход элемента И 13. и на один из входов элемента ИЛИ 12.

При работе регулятора появление сигнала. V на выходе элемента ИЛИ

12 вызывает запуск одновибратора 15 по переднему фронту сигнала Ч и, соответственно, переключение триггера 17. Однако, поскольку в любой ситуации работы регулятора появление

E сигнала V> на выходе компаратора 7 происходит раньше появления сигнала

Vq на выходе компаратора 5, а длительность импульса напряжения Ч«на выходе одновибратора 15 устанавливается предельно малой величины, достаточной для переключения триггера

17, то в рассматриваемый момент времени сигнал V« = О, а также равны

О сигналы V< и V>.

Происходит уменьшение сигнала рассогласования V, . В момент времени, когда величина сигнала рассогласования становится меньше а сигнал

1427328

V< на выходе компаратора 5 становится равным О. Соответственно становятся равными О сигналы 7п и V . Сигнал V> принимает единичное значение, но появление сигнала V„ или Ч на выходах элементов 13 и 14 не происходит, поскольку сигнал V> имеет нулевое значение.

Исполнительный механизм 20 оста- 10 навливается, но в связи с продолжающимся процессом изменения сигнала рассогласования V при дальнейшем его уменьшении, когда его величина становится меньше эоны нечувствитель- 15 ности компаратора 7, происходит пропадание сигнала Ч на его выходе.

На фиг. 2 представлен процесс регулирования в случае, если Ь 9 00, но имеет достаточно малую величину, 20 которой можно пренебречь при анализе переходного процесса. При дальнейшем . изменении регулируемого параметра в процессе отработки воздействия происходит изменение сигнала рассогласо- 2 вания по знаку и срабатывание компаратора 8. На его выходе возникает напряжение V< . При этом появляется напряжение Vq на выходе элемента ИЛИ

12, что вызывает запуск одновибратора 15 по переднему фронту сигнала V .

Происходит переключение триггера 17 и сигнал U< поступает на вход одновибратора 16, Одновибратор 16 запускается по переднему фронту сигнала 35

Чп . Сигнал V< с выхода одновибратора

16 длительностью У поступает на входы элементов И 13 и 14, Поскольку на всех входах элемента И 14 имеются единичные сигналы, то на выходе элемента И 14 и соответственно на выходе элемента ИЛИ 11 возникают единичные сигналы Чю и V g . Срабатывает усилитель мощности 19 и-на обмотку исполнительного механизма 20 поступает управляющий импульс, вызывая его перемещение в направлении уменьшения сигнала рассогласования.

В случае, если в течение корректирующего импульса произойдет срабатывание компаратора 6 при дальнейшем изменении сигнала рассогласования, то сигнал Чю отключается, но движение исполнительного механизма в первоначальном направлении сохраняется из-за наличия сигнала Ve на входе элемента ИЛИ 11. В случае, если после окончания импульса 1 не происходит срабатывания компаратора 7, то движение исполнительного механизма прекращается и следующее его перемещение происходит после срабатывания компаратора 5 и 6. Описанный процесс происходит и при изменении сигнала рассогласования в другом направлении при соответствующем срабатывании компаратора 7. Таким образом, при работе регулятора осуществляется предварительное включение воздействия при настраиваемых грани" цах зон нечувствительности компараторов 6 и 5. Это обеспечивает введение "динамического" инверсного гистерезиса в структуру регулятора, обеспечивающего высокое качество регулирования при меньшем количестве переключений исполнительного устройства.

Для исключения возможности существования автоколебаний внутри эоны нечувствительности компараторов 5 и 6 повторное срабатывание одновибратора 16 возможно только после переключения триггера 17, т.е, госле выхода из эоны нечувствительности d компараторов 5 и 6.

На фиг. 2 пунктиром представлен переходной процесс с применением регулятора-прототипа для объекта, описываемого передаточной функцией

КЕ "

W (1) р(1+Т,) где а — частота чистого запаздывания в системе (3 с);

К вЂ” коэффициент передачи объекта (К = 1);

Т вЂ” постоянная времени объекта (20 с) при оптимальных параметрах настройки регулятора прототипа и при единичном воздействии регулятора.

На фиг. 2 сплошной линией представлен процесс изменения сигнала рассогласования для данного регулятора. Из фиг, 2 видно, что при принятой настройке (Ь = О) данным регулятором обеспечивается повьппенное качество переходного процесса при меньшем количестве переключений.

На фиг. 3 представлены фазовые портреты для данного примера регулятора (сплошной годограф) и регуляторапрототипа (пунктирный годограф), наглядно иллюстрирующие уменьшение количества переключений.

l 427328

Формула изобретения

Позиционный регулятор для систем с запаздыванием, содержащий задатчик регулируемого параметра, датчик регулируемого параметра, сумматор, первый трехпозиционный релейный блок, два усилителя мощности, три элемента

ИЛИ, два элемента И, первый одновибратор, RS-триггер, причем выход задатчика регулируемого параметра и . датчик регулируемого параметра подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам сумматора, подключенного выходом к входу первого трехпозиционного релейного блока, первый выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к первому входу первого элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с 20 вторым выходом трехпозиционного релейного блока и с первым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого через второй усилитель мощности подключен к первому выходу регулято- 25 ра второй выход которого подключен к выходу первого усилителя мощности, вход которого соединен с выходом вто рого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого эле- 30 мента И, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора и с первым входом второго элемента И, Подключенного выходом к второму входу третьего элемента ИЛИ, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности регулятора, в неro дополнительно введены второй одновибратор, четвертый элемент ИЛИ и второй трехпозиционный релейный блок, вход которого подключен к выходу сумматора, первый выход второго трехпозиционного релейного блока подключен к второму входу первого элемента И и к первому входу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом второго трехпозиционного релейного блока и с вторым входом второго элемента И, третий вход которо. го.соединен с третьим входом первого элемента И и с инверсным выходом первого элемента ИЛИ, прямой выход которого соединен с R-входом RS-триггера, подключенного выходом к входу первого одновибратора, а S-входом— к выходу второго одновибратора, вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ.

1427328

А р 5 А

Фиг.3

Составитель E. Власов

Техр д А.Кравчук Корректор Н. Король

Редактор М. Товтин

Заказ 4850/43 Тираж 866 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4