Система экстремального регулирования электронно-лучевым вентилем

Система экстремального регулирования электронно-лучевым вентилем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Рес уб

ОП ИСАНИЕ

И ЗОБ РЕТЕ Н H $I

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 938257 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) За" лено 25. 08. 80 (21) 2973254/18-24 с присоединением заявки ЭЙ (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 05 В 13/00

9кударстеениык квинтет

СССР йв делам изобретений и открытий

Опубликовано 23. 06. 82. Бюллетень № 23 (53) УДК 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 25.06.82 (72) Авторы изобретения

В.С. Липатов и Н.А. Рассадина

Отделение Всесоюзного электротехнического ийститутв"им. В.И. Ленина (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВЫМ ВЕНТИЛЕМ

Изобретение относится к самонастраивающимся системам автоматического регулирования и может быть использовано для оптимизации работы различных технологических систем, 5 имеющих экстремальные статические характеристики при одном управляющем воздействии .в частности для управления электроннолучевым вентилем.

Известен экстремальный шаговый регулятор, содержащий датчик экстремума, вывод которого соединен с первыми входами двух компараторов, выход первого компаратора соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход второго компаратора соединен с входом реверсивного элемента, выход которого соединен с входом исполнительного меха- о низма (1).

Однако в этом регуляторе формируется множество уровней квантования с постоянным шагом. Создание множест2 ва квантованных уровней должно отвечать требованию высокой стабильности. для обеспечения заданной точности, что существенно усложняет практическую реализацию поставленной задачи.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является систе ма экстремального регулирования электроннолучевым вентилем, содержащая последовательно соединенные счетчик импульсов, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый источник питания, датчик Экстремума, второй вход которого соединен с анодом электроннолучевого вентиля, третий— с управляющей сеткой, запоминающее устройство, выход которого соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которого соединены с выходом датчика экстремума, последовательно соединенные генератор импульсов и элемент И, второй вход запоминающего устройства

3 93825 соединен с выходом генератора импульсов (2 ).

Недостатком системы является малое быстродействие при использовании ее в устройстве управления злект- роннолучевым вентилем в качестве экстремального регулятора минимальных потерь мощности.

Известная система экстремального регулирования не обеспечивает формирования переходных процессов при включении и набросе тока нагрузки вентиля. Кроме того, она обладает низкой надежностью из-за необходимости точного поддержания "плавающего уровня".

Цель изобретения - повышение быст родействия при включении и набросе тока нагрузки вентиля и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в систему введены ключ, элемент

ИЛИ, последовательно соединенные формирователь одиночных импульсов и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные блок управляющих сигналов, третий элемент ИЛИ, блок начальной установки счетчика импульсов, выходы которого соединены с входами счетчика импульсов, первый вход первого элемента ИЛИ соединен с выходом первого компаратора, второй вход соединен с выходом второго компаратора и вторым входом третьего элемента

ИЛИ, первый вход ключа соединен с вторым выходом регулируемого источника питания, второй вход - с выходом блока управляющих сигналов, входом формирователя одиночных импульс сов и входом генератора импульсов, а выход - с третьим входом датчика экстремума, второй вход второго элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И, а выход соединен с вторым входом счетчика импульсов, выход пер- .

15 ваго элемента ИЛИ соединен с входом элемента И.

При закрытом состоянии электроннолучевого вентиля с помощью сигнала с блока начальной установки напряжение источника управления вентилем принимает максимальное значение, что позволяет лри включении вентиля обеспечить его высокое быстродействие.

Надежность устройства повышается за счет формироватепя одиночных импульсов, служащего для начального запуска системы и для последующего ее опроса.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемой системы экстремального регулирования; на фиг.2временные диаграммы ее работы; на фиг. 3 -,регулировочные характеристики электроннолучевого вентиля.

Как видно из кривых (фиг. 3), суммарные потери мощности в электроннолучевом вентиле, равные сумме потерь мощности на аноде и управляющем электроде, увеличиваются с увеличением анодного тока 3 1. Однако для каждого значения тока Зс1 существует определенное значение напряжения управления 0, при котором указанные потери минимальны. Экстремальный регулятор осуществляет выход в точку "минимум" потерь для любого значения тока анода.

Система экстремального регулиро.вания содержит датчик 1 экстремума, компараторы 2 и 3, запоминающее устройство 4, генератор 5 импульсов, логические элементы И 6, ИЛИ 7, ИЛИ 8, ИЛИ 9, формирователь 10 одиночных импульсов, .счетчик 11 импульсов, блок 12 начальной установки счетчика импульсов, цифроаналоговый преобразователь 13, выход которого подключен к регулируемому источнику

14 питания, являющимся объектом регулирования. Выход регулируемого источника 14 питания через ключ 15 подключен к управляющему электроду вентиля 16. Ключ 15 соединен с блоком

17 управляющих сигналов.

Запоминающее устройство 4 включает в себя ключи 18 и 19 и конденсаторы 20 и 21. Датчик 1 экстремума включает датчики потерь мощностио на аноде и управляющем электроде вентиля, а также устройство суммирования указанных потерь.

Блок 12 содержит вентили 22 записи. Счетчик tl импульсов состоит из счетного триггера 23, триггеров

24 типа RS и схем И 25. Число разрядов счетчика импульсов выбирается исходя из обеспечения необходимой точности поддерживания режима работы электроннолучевого вентиля в точке экстремума. Выходы Q триггеров 24 управляют ключами 26 цифроаналогового преобразователя 13. С помощью данных ключей резисторы 27, имеющие одинаковые "веса", подключаются к эталонному напряжению Е.

57 6 что приводит к срабатыванию первого триггера счетчика. Логический нуль с выхода Q первого триггера подается на ключ 26, который отключает от источника Е резистор 27 первого триггера. Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя уменьшается, что приводит к уменьшению напряжения на выходе источника до значения 0 „, и, соответственно, к уменьшению потерь мощности и напряжения 0р на входах Ь компараторов 2 и 3.

Компараторы выполнены таким образом, что при положительной разности напряжений на входах с1 и Е (й0 = 0 - 0®) О) компаратор 2 на выходе выдает единицу, а компаратор

3 - нуль; при отрицательной разности (л0 (О), наоборот. Если разность д0 будет равна нулю, с выходов компараторов на элемент ИЛИ 7 поступает нуль. Начиная с момента tyUy0 единица с выхода компаратора 2 разрешит прохождение импульса с генератора 5 и на вход счетчика, С приходом второго импульса с генератора

5 (момент ty), ключ 18 снова кратковременно замыкается, а 19 размыкается, напряжение Ug на конденсаторе 20 принимает новое значение напряжения с датчика 1 экстремума, равное Upg. Состояние компаратора 2 не изменяется, так как разность д0 остается положительной. Поэтому второй импульс с генератора 5, поступая через элементы И 6 и ИЛИ 8 на вход счетчика 11, изменит состояние триггера второго разряда, напряжение на выходе 13 и 14 уменьшается. Далее процессы повторяются.

После каждого переключения очередного триггера регистра. напряжение управления вентилем 16 уменьшается.

При этом уменьшается и величина 0, стремясь к нулевому значению. В момент Ц, когда dJ = О и напряжение источника 14 достигает значения 0„„,„ потери мощности будут минимальными

Р = P (точка 2, фиг. 3), компаратор 2 переходит в другое состояние, запрещая через элемент И 6 прохождение импульсов на вход счетчика. В системе регулирования наступает установившийся режим, характеризующий, ся минимальными потерями мощности на вентиле Р Рт4 д я тока 3 и

Рассмотрим процессы при сбросе .и набросе нагрузки.

5 9382

Система экстремального регулирования работает следующим образом.

При отсутствии управляющего сигнала, 0< (интервал О - t фиг. 2) с блока 17 управляющих сигналов ключ

15 и электронный вентиль 16 закрыты, через элемент ИЛИ 9 на входы вентилей 22 записи поступает сигнал, разрешающий запись единицы во все триггера 24, которые принимают оди- 1о наковые состояния. Единицы на выходах (} открывают ключи 26 цифроаналогового преобразователя 13, которые подключают резисторы 27 к эталонному источнику Е. На выходе.преобразовате-is ля устанавливается максимальное на пряжение 0 „,„. Это напряжение поступает на вход регулируемого источника 14 питания, на выходе которого устанавливается максимально заданное 2О напряжение управления U > = 0, вентилем.

В момент и сигнал управления с блока 17 отпирает ключ 15 и, соответственно, электронный вентиль 16, д с помощью вентилей 22 записи запрещает запись единицы на входы триггеров 24 счетчика ll импульсов, за пускает генератор 5 импульсов и формирует в момент tq на выходе формиро-зв вателя 10 одиночный импульс. Повышенное начальное напряжение, прикладываемое к управляющему электроду вентиля, форсированно перезаряжает входную емкость вентиля, уменьшая тем самым длительность переднего фронта.

Напряжение 0р с датчика экстремума, пропорциональное суммарным потерям мощности в вентиле (точка 1 фиг. 3), поступает на входы компараторов 2 и 3,-выполняющих роль устройств сравнения и на вход электронного ключа 18. Первый импульс 0 с генератора 5 кратковременно открывает ключ 18 и начальное значение напряжения Up запоминается на конденсаторе 20. Ключи 18 и l9 работают в противофазе. При отсутствии импульса с генератора 5 ключ 18 закрыт, а 19 — открыт. Поэтому после окончания первого импульса напряжение в конденсатора 20 перезаписывается на конденсатор 21.

В момент t импульс с формироваSS теля 10 через элемент ИЛИ 8 поступает на вход счетчика импульсов и вызывает появление на выходе Q> счетного триггера 23 логической единицы, 938257 8

При сбросе нагрузки (3< =,„, момент t ) потери мощности на вентиле снижаются (точка 3, фиг. 3) напряжение на входе Ь компараторов уменьшается до величины ОР, что вновь приводит к появлению положительной разности d U. Импульсы с генератора 5, поступая в счетчик, приводят к уМеньшению напряжения на выходе регулируемого источника 14 пи- 1о тания до тех пор, пока суммарные потери мощности не достигнут минимального значения Р,„ для тока,3 gg (точ" ка 4).

При набросе нагрузка (д = 3g, момент tg) потери мощности увеличиваются (точки 5 и 6), разность д О становится отрицательной, так как напряжение на запоминающем конденсаторе 21 становится меньше напряжеHHR Ор, пропорционального возникшим потерям мощности. Срабатывает компаратор 3 и его положительный перепад напряжения U через элемент ИЛИ 9 и блок 12 записывает единицу во все триггера счетчика. Напряжение управ-. ления электронным вентилем скачком увеличивается, форсируя переходной процесс. С приходом тактового импульса (момент t ) происходит запись напряжения U + на конденсатор 20 и сброс счетчика, напряжения U> и Up уменьшаются. Так как напряжение на конденсаторе 21 меньше Ор, то величина 50 по прежнему остается отри- 35 цательной. В момент йВ вновь происходит запись на конденсатор 20, сброс регистра и дальнейшее уменьшение напряжения U>. î

В момент t < после окончания тактового импульса происходит перезапись напряжения на конденсатор 21, разность напряжения дО становится положительной, компараторы 2 и 3 меняют свое состояние. Далее устрой45 ство регулирования начинает работать аналогичным образом,что и при включении вентиля, но по другой диаграмме перемещения напряжения управления (по кривой 6, 7, Фиг. 3).

Для повышения надежности работы экстремального регулятора необходимо выполнить условие, чтобы длительность тактовых импульсов генераТора была меньше постоянной времени . 55 контура регулирования напряжения О „ снимаемого с датчика 1 экстремума.

Если на выход цифроаналогового устройства поставить усредняющее уст- . ройство, регулировочная характеристика источника 14 и соответственно напряжения U>, Up, О, 5 О будут иметь не ступенчатый, а плавный ха рактер.

Частота формирователя 10 одиночных импульсов выбирается значительно меньше частоты генератора 5 импульсов. Формирователь 10 служит для начального запуска системы экстремального регулирования и для последующего опроса ее состояния, что повысит надежность устройства. Так, например, при потере информации в запоминающем устройстве 4, очередной одиночный импульс позволяет системе вновь выйти на режим и достичь точки "экстремума".

Применение предлагаемой экстремальной системы регулирования электроннолучевым вентилем вентилем обес" печивает минимальные потери мощности в вентиле во всех режимах его работы и разбросе конструктивных параметров, повышает быстродействие и надежность устройства управления вентилем.

Формула изобретения

Система экстремального регулирования электроннолучевым вентилем, содержащая последовательно соединенные счетчик-импульсов, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый источник питания, датчик экстремума, второй вход которого соединен с анодом электроннолучевого вентиля, третий - с управляющей сеткой, запоминающеее устройство, выход которого соединен с первым входом первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с выходом датчика экстремума, последовательно соединенные генератор импульсов и эле-:. мент И, второй вход запоминающего устройства соединен с выходом генератора импульсов, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности системы, в нее введены ключ, элемент

ИЛИ, последовательно соединенные формирователь одиночных импульсов и второй элемент ИЛИ, последовательно соединенные блок управляющих сигналов, третий элемент ИЛИ, блок начальной установки счетчика импуль9 938257 10 сов, выходы которого соединены с чика экстремума, второй вход второго входами счетчика импульсов, первый элемента ИЛИ соединен с выходом элевход первого элемента ИЛИ соединен мента И, а выход соединен с вторым с выходом первого компаратора, вто- входом счетчика импульсов, выход пер" рой вход соединен с выходом второго 5 вого элемента ИЛИ соединен с входом, компаратора и вторым входом третьего элемента И. элемента ИЛИ, первый вход ключа сое- Источники информации, динен с вторым выходом регулируемого . принятые во внимание при экспертизе источника питания, второй вход " с 1. Авторское свидетельство СССР выходом блока управляющих сигналов, te W 468216, кл. 6 05 B 11/01, 1975. входом формирователя одиночных им- 2. Авторское свидетельство СССР пульсов и входом генератора импуль- И 673982, кл. G 05 8 13/00, 1979 сов, а выход - с третьим входом дат- (прототип}.

93S257

Рмг и b иу

Составитель Л. Волков

Редактор А. Шандор Техред Л. Пекарь

Корректор В. Бутяга

Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4464/72 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4