Релейный регулятор

Релейный регулятор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сеез Советскик

Социалнстнческии

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ («)857929 е= (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 21.11.79 (21) 2861292/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 230881, бюллетень М 31 (53)М. Кл.з

G 05 В 11/16

Государственный коимтет

СССР но делан нзобретеннй м откратнй (53) УДК 62-50 (Oe8.8) Дата опубликования описания 2 3. 08. 81 (72) Авторы изобретения

A. В. Репников, К.Г. Фаворский, Б.В. Куранов и О.Г. Шахназаров

Московский ордена Ленина авиационный институт

" им. Серго Орджоникидзе (71) Заявитель, (54 ) РЕЛЕИНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к регулирующим устройствам автоматики, к оптимальным системам управления, а также к регуляторам замкнутых систем с кусочно-постоянным управлением, обеспечивающим изменение знака управляющего воздействия прк состояниях система, определяеьих в фазовом пространстве гиперповерхностями переключения.

Известны регуляторы замкнутых сис- 10 тем, осуществляющие управление в K интервалов постоянства управления при полной информации о состоянии объекта (11.

Наиболее близким к предлагаемому 15 кзобретению является регулятор с кусочно-постоянным управлением в K интервалов, содержащий блок формирования импульсов обнуления и последова-, тельно соединенные усилитель с огра- 20 ниченкем и блок умножения, а такве последовательно соединенные блок определенкя модуля и блок запоминания максимума, выход которого через соответствукияке последовательно соеди- М ванные функциональные преобразователи, суюеаторы и релейные элементы соединены с соответствующими входами блока умноженкя, причем вход усилителя с ограничением соединен со вхо- 31 дом блока определения модуля, вход блока формирования импульсов обнуления соединен с выходом усилителя с ограничителем, а выход — с входам обнуления блоКа запоминания максимума, выход блока определения модуля соединен также со вторыми входами сумматоров (2).

Недостатком регулятора является наличие дополнительных дкнамических погрешностей при стабилизации регулируемой переменной состояния, обусловленных автоколебаниями s системе.

Цель изобретения — повыаенке точности регулятора в режиме стабилизации эа счет повьиаения частоты перекладки релейного управляющего воздействия к тем самем снижения амплитуды колебаний регулируемой переменной состояния от периодических перекладок управляющего воздействия.

Укаэанная цель достигается тем, что в регулятор, содержащий усилитель с ограничением, выхбд которого соединен с первым входом блока умножения, а вход — с входом блока определения модуля, выход которого соединен че- . рез блок запоминания максимума со входами функциональных преобразова857929 телей, выходы- каждого иэ которых через соответствующие последовательно соединенные сумматоры и реле подключены к остальным входам блока умножения, вторые входы сумматоров соединены с выходом блока определения

1модуля, введены звено обратной связи и последовательно соединенные форми рователь импульсов, интегратор и компаратор, выходом подключенный к третьим входам сумматоров, причем выход формирователя импульсов соединен с вторым входом блока запоминания максимума, а вход — с выходом усилителя с ограничением и входом звена обратной связи, выход которого соединен с входом усилителя с ограничением.

Регулятор (фиг.1) состоит иэ последовательно соединенных усилителя 1 с ограничением, блока 2 умножения и последовательно соединенных блока 3 определения модуля и блока

4 запоминания максимума,последовательно соединенных функциональных преобразователей 5, сумматоров 6 и релейных элементов 7, соединенных с соответствующими входами блока 2 умножения. Вход усилителя 1 с ограничением соединен с входом блока 3 определения модуля, выход которого соединен также со вторыми входами сумматоров б. Усилитель 1 с ограничением охвачен положительной обрат- 40 ной связью через резисторноемкостную цепь 8. Выход усилителя 1 с ограничением соединен также со входом блока 9 формирования импульсов обнуления,, выход которого соединен со входом об45 нуления блока 4 запоминания максимума и с входом обнуления интегратора

10. Выход интегратора 10 через компаратор 11 соединен с третьими вхо.дами сумматоров 6.

В режиме приведения фазового состояния объекта управления иэ точки начального состояния в область,содержяряую нулевую точку управлякщее воздействие формируется в блоке умножениУ 2 в соответствия с зависимостью

К-1

О =-В 0 Му и «Х I-X; ), (<) 40

4%1 где х - измеряемая переменная состояния системы, поступающая на вход регулятора. 65

На фиг.1 представлена блок-схема регулятора; на фиг. 2 — пример реализации устройства, состоящего из 20 последовательно соединенных интегратора и компаратора; на фнг. 3 и 4 графики процессов в блоках, приведенных на фиг.2.

25 сигнал 0 формируется в усилителе 1 с ограничителем в соответствии со следующими выражениями

+1 при х >Ь; (2)

-1 при хс d; (3) — х при (х) Ь; (4)

d где Ь вЂ” величина зоны линейности статической характеристики усилителя 1, определяющая область стабилизации измеряемой переменной.

В режиме приведения значение сигнала определяется выражениями (2) или (3).

Сигналы МЯ h (I Х/- X1 ) формируют ся в блоках 3,4,5,6 и 7. Сигнал /х/ формируется в блоке определения модуля 4 и поступает на вторые входы сумматора 6. На первые входы сумматоров поступают сигналы Х вЂ” абсолютные значения координат переключения, которые определяются выражениями

П „. (tent) tlpH Sl Х =МЯ И Х (5)

П,;(!ХЬах)при S Q è Х = -Ыд и х; (6 )

О при(дб ЯО1Х(сИ.) ф- О, (7) где функции П к„- (П вЂ” функции )

Функции предсказания координат переключения в зависимости от экстремального значения измеряемой пере-. менной х.

Сигналы Х1 реализуются в блоках определения модуля 3, запоминания максимума 4 и в функциональных преобразователях 5.

Алгоритм (1) реализует К интервалов знакопостоянства управления для перевода фазового состояния в соответствии с гиперповерхностями переключения.

По окончании процесса приведения при /х/ < Ь регулятор работает в ре-, жиме стабилизации регулируемой переменной состояния. Режим стабилизации как в известном, так и в предлагаемом регуляторе, автоколебательный.

Но в предлагаемом изобретении применен известный принцип повьыения частоты автоколебаний за счет введения обратной связи в виде резисторноемкостной цепи 8, охватывающей усилитель 1 с ограничением.

Особенностью данной схемы является то, что автогенерация системы из блоков 1 и 8 наступает при / x/<6 и, таким образом, осуществляется автоматическое переключение с режима приведения на режим стабилизации. В соответствии с теорией линеаризации система, состоящая иэ блоков 1,8 и 2, может быть представлена линейным элементом только при условии постоянства знаков сигналов с релейных элементов 7, которое. обеспечивается за счет блокировки этих сигналов. Блокировка должна осуществляться в режиме

857929 6 стабилизации при /x/c Ь. Для KQHTpoля за переходом к режиму стабилизации выбрана величина интервала времени между моментами изменения знака выходного сигнала звена 1. Моменты изменения знака фиксируются в известном устройстве в виде импульсов на выходе, блока 9 формирования импульсов обнуления и используется для обнуления запомненной величины в блоке 4.

t0

В режиме приведения интервал времени между импульсами существенно превышает интервал времени между импульсами в режиме стабилизации. Это позволяет формировать положительный импульс блокирующего сигнала с дли- -15 тельностью менее периода генерации системы иэ блоков 1 и 8 в режиме стабилизации и с помощью этого импульса задавать положительные значения выходным сигналам релейных эле- 20 ментов 7. Импульсы блокирующего сигнала формируются интегратором 10 и компаратором с выходным положительным или нулевым сигналом 11.

На фиг. 2 представлена схема реализации интегратора. 10 и компаратора 11. На фиг. 3 и 4 показаны графики процессов в этих блоках, соответственно в режиме приведения и в режиме стабилизации.

Интегратор 11 состоит из задатчика постоянного напряжения — g, NHTerpa opa — У, R>, Сйк и ключа-контакта реле Р,; на вход которого поступает сигнал с блока 9.

Компаратор состоит из задатчика постоянного напряжения -U, R4,R<, релейного элемента сравнения с характеристикой Он 5ign(0 -U>) й7 RN, и сумматора и р для смещения характеристики 40 компаратора в положительную область.

Сигнал на выходе компаратора определяется выражением

0 — (1- 5! g n (0 >" 02 ) ) . (8 )

1.

При изменении знака выходного сигнала з вена 1 (фиг. 3 и 4 ) интегратор обнуляется и начинает интегрировать постоянное напряжение — 0 .

При этом с выхода компаратора снимается положительный сигнал, который подается на третьи входы сумматоров б и по. амплитуде превышает сигналы, поступающие на первые входы сумматоров б с выходов блоков .5, чем обеспечивается положительность сигналов с блоков 7. В режиме приведения сигнал на выходе релейного элемента изменяет знак в момент равенства напряжений U и U (фиг. 3), что определяет окончание блокирующего Щ импульса длительностью и c T, где

T — - период генерации. В режиме стабилизации сигнал на выходе релейного элемента не изменяет свой знак, так как импульсы, соответствукщие Я

t моментам изменения знака выходного сигнала звена 1, следующие через интервалы времени е или е, обнуляют интегратор.

Поэтому в режиме стабилизации блокирующий импульс всегда существует прН условии С с С и t < Г, Введе» ние блокирующего импульса в режиме приведения не влияет на алгоритм управления (1) - (7), так как длительность первого интервала приведения больше величины Г, а по алгоритму выходные сигналы релейных элементов

7 на первом интервале положительны. е

Предлагаемое изобретение позволяет повысить точность стабилизации регулируемой переменной и конструктивно простыми средствами обеспечить перестройку регулятора при переходе от режима приведения, к режиму стабилизации и наоборот. Так, например, установка дополнительного релейного элемента, фиксирующего режим стабилизации по измеряемой переменной (/Xl

2, которая не будет отрабатываться рулевым приводом, либо к нарушению соответствия знаков входных и выходных сигналов регулятора и неустойчивости системы.

Повьнаение динамической точности стабилизации осуществляется эа счет повышения частоты изменения релейного управляющего воздействия. В релейных системах в автоколебательном режиме динамическая погрешность стабилизации - амплитуда автоколебаний зависит от частоты изменения знака управляющего воздействия и часто определяется по амплитудно-частотным характеристикам объекта управления как реакция объекта на первую гармонику от разложения в ряд Фурье периодического управляющего воздействия.

При монотонно-убывающих амплитудночастотных характеристиках повыаение частоты изменения управляющего воздействия.приводит к уменьшению динамической погрешности. В предлага» емом устройстве наибольшая частота изменения управляющего воздействия не зависит от динамических свойств объекта управления и ограничена( лишь частотой скания рулевого привода. Диапазон частот автоколебаний известного регулятора для управления объектом четвертого порядкаот 0,5 Гц до 2 Гц, определяется в

:--новном динамическими свойствами

857929

4wa1 объекта управления по отношению к измеряемой переменной состояния.

Диапазон частоты автоколебаний сис- тени управления тем же объектом с.предлагаемям регулятором может быть задан от 0,5 Гц до 10 Гц и ограничен сверху динамикой рулевого привода.

Изменение диапазона частот автоколе баний приводит к повыаению динамичес-, кой точности стабилизации предлагаемым регулятором более чем в четыре раза.

Формула изобретения

Релейный регулятор, содержащий усилитель с ограничением, выход которого соединен с первым входом блока умиожения, а вход — с входом блока определения модуля, выход которого соединен через блок запомина- 20 ния максимума .со входами функциональных преобразователей, выходы каждого из которых через соответствующие пос-. ледовательно соединенные сумматоры и реле подключены к остальным входам блока умножения, вторые входы суююаторов соединены с выходом блока определения модуля, о т л и ч а юшийся тем,что,с целью повышения точности регулятора, в него введены звено обратной связи и последовательно соединенные формирователь импульсов, интегратор и компаратор, выходом подключенный к третьим входам сумматоров, причем выход формирователя импульсов соединен с вторым входом блока запоминания максимума, а вход - с выходом усилителя с ограничением и входом звена обратной связи, выход которого соединен с входом усилителя с ограничением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Павлов A.A. Синтез релейных систем, оптимальных по быстродействию, М., "Наука", 1966, с. 216.

2.Авторское свидетельство СССР

9 283354, кл 6 05 В 17/00, 1969 (прототип).

85.7929

Фиа.

Фиа Ф

Составитель В. Грибова

Техред М. Рейвес Корректор Г. Назарова

Редактор Н. Данкулич

Тирам 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскан наб., д. 4/5

Заказ 7241/76

Филиал ППП ""атент", r. Умгород, ул. Проектная,4