CN2036289U - 可逆计数二次调节器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于工业自动控制系统的输入信号为开关量、输出信号为模拟量的可逆计数二次调节器。该调节器主要由控制开关(1)、可逆计数器(2)、时钟振荡器(3)、限溢出译码电路(4)、即时加减电路(5)、数模转换器(6)构成。其特点是可以实现开关量信号输入、模拟量信号输出，正、负积分常数与正、负微分常数可调，有特长的积分常数，用于大滞后工业自动控制系统有着良好的控制特性。

Description

本发明涉及一种具有获得特别性能装置的自动控制器，特别是涉及一种输入信号为开关量、输出信号为模拟量的二次调节器。

某些工业控制对象，由于其受控参数只需或只能进行定性检测，所以一次检测仪表的输出信号为开关量。开关量一次信号的特点是只给出与设定值的偏差的性质（正偏差还是负偏差），而不知其偏差的大小。传统的工业控制PID调节器，属于模拟控制器，只适合处理一次仪表输出的表示定量信息的连续信号，不能处理表示定性信息的开关信号；最新推出的模糊控制器虽然能够处理模糊的和定性的信息，但是从目前的报道来看，绝大多数模糊控制器的控制功能尚不理想，且都是借助于计算机来实现的，其结构复杂、价格昂贵；本发明人申报的CN87217250专利（双介质模糊界面超声检测仪）的技术方案中，原则上提出了用一时间常数合适的积分电路处理一次开关信号可以改善调节特性，但是采用运算放大器构成的模拟积分器的积分常数较小，容易引起积分饱和，造成系统严重超调，且难以实现微分功能，不能满足大滞后工业控制系统的控制要求。

本发明的目的在于提供一种开关量输入、模拟量输出的可逆计数二次调节器，以改善大滞后工业控制系统的调节特性。

简要地说，本发明是这样实现的：用逻辑电路构成控制开关，该控制开关分别与可进行加法和减法计数的可逆计数器、时钟振荡器、即时加减电路连接。控制开关受开关量一次信号控制，且在其作用下，可逆计数器对时钟振荡器产生的时钟脉冲或进行连续加1的加法计数或进行连续减1的减法计数。即时加减电路中设计一个能产生设定脉冲数的信号发生器，在开关量一次信号转换的同时，在控制开关的作用下，能即时从可逆计数器所计数据中减去或加上一个预先设定的数。所设计的时钟振荡器，其加法时钟振荡周期和减法时钟振荡周期要求分别可调。由逻辑门电路构成的限溢出译码电路，可用来限制可逆计数器的计数区间，并要求通过数模转换电路使计数区间的计数值与执行机构的动作量一一对应。

图1是实现本发明的逻辑方框图，其中1为控制开关，2为可逆计数器，3为时钟振荡器，4为限溢出译码电路，5为即时加减电路，6为数模转换器，7为数据显示器，8为输出电路，9为执行机构。

图2是本发明的一个实施例的具体电路图，其中与图1的对应部分用虚线大致框出。

下面将结合附图对本发明进一步加以说明。

图1中，1／0为开关量一次信号，它表示受控参数与设定值的定性的正负偏差。开关量一次信号进入控制开关（1），控制开关（1）将依据该信号的性质（1或0），使可逆计数器（2）对时钟振荡器（3）产生的时钟脉冲进行连续加1的加法计数或连续减1的减法计数，即进行所谓积分运算。时钟振荡器（3）包括的振荡电路，可以产生振荡周期分别可调的加法或减法时钟脉冲。计数器从00加至99或从99减至00的总时间就是本调节器的正负积分常数，由于现有技术有足够的技术手段任意加大时钟周期，从而使本发明能满足大滞后工业控制系统所需的特长积分常数的要求。即时加减电路（5）主要由能产生设定脉冲数的信号发生器构成，该信号发生器在开关量一次信号由负（正）偏差转换为正（负）偏差的同时，在控制开关（1）的作用下，即时先行发出一个或一组设定数的脉冲，由可逆计数器（2）进行加法或减法计数，即进行所谓微分运算。上述所说的信号发生器，其振荡周期远小于时钟振荡器（3）的振荡周期，且其即时发出的加法脉冲数与减法脉冲数分别可调。由于即时加减电路（5）的引进，可以提高控制系统对误差正负转换的响应速度，从而减小超调量。

本发明应用于工业控制系统中的工作原理是这样的：若系统的硬件设计使可逆计数器（2）中的数据与执行机构（9）的调节量之间的对应关系为反比关系，则数据大时负向调节量大，数据小时正向调节量大。当一次检测仪表给出正偏差信号时，控制开关（1）使可逆计数器（2）对时钟脉冲进行加法计数，每隔一个加法周期即加1，如此，执行机构（9）的负向调节量就随之逐步增大，最终将导致正偏差的消除，负偏差的出现。出现负偏差后的正向调节过程则与上述过程相反。

本发明在受控系统工况趋于平衡状态时，有一个稳定工作点，在此工作点，执行机构（9）在计数值N与N＋1所对应的动作量之间作小幅度快速调节。如果设定可逆计数器（2）的计数区间为0－M，则当M设计得足够大时，可以认为输出信号是连续的。通常的开关式控制的特点是输出信号在“0”与“1”之间跳动，要么全关闭，要么全开启；而本发明在系统工况处于平衡状态时，可使执行机构（9）的动作量在“N／M”与“（N＋1）／M”之间跳动，相当于一个“微调开关”。

至此，已完整地叙述了本发明的技术方案。

本发明所提供的可逆计数二次调节器具有以下主要优点：①可实现开关量一次信号输入、模拟量二次信号输出；②正、负积分常数，正、负微分常数皆分别可调；③积分常数可以调得足够大，从而能消除积分饱和带来的超调现象，能满足大滞后工业控制系统的要求；④当受控系统工况平衡时，有一个稳定工作点；⑤可以与计算机兼容。

下面结合图1和图2对本发明的一个具体实施例予以公开。在图2中，控制开关（1）包括两个非门电路。可逆计数器（2）由两块BCD双时钟可逆计数器级连而成，且包括一个两位数码的数据显示器（7）。时钟振荡器（3）和即时加减电路（5）主要由两块555时基振荡器构成。限溢出译码电路（4）中包括一个或门和一个与非门电路，其限定可逆计数器（2）的计数区间为00－99。输出电路（8）包括一个由运算放大器构成的电压／电流转换器，以保证计数值为“00”时输出20mA电流，计数值为“99”时输出4mA电流。输出电流接入通用Ⅲ型仪表的执行机构（9），执行机构（9）的动作量将与计数值一一对应，例如：“00”对应于阀门完全关闭，“99”对应于阀门完全开启。开关K₁可将本发明由自动工作状态切换到手动工作状态，并为此设计了一个由555时基振荡器构成的计数脉冲发生器。本发明工作时，可随时利用手动按钮K₂和K₃对可逆计数器（2）的所存数据进行调整。在本实施例中，时钟振荡器（3）的加法时钟周期在3－30秒范围内连续可调，减法时钟周期在1－10秒范围内连续可调。为了满足实际情况的特殊需要，本实施例的两个时钟振荡器均设有“快”、“慢”档开关K₄、K₅，并设计快档时钟周期约为慢档时钟周期的四分之一，这样仅需操作K₄、K₅两个开关即可得到快加－快减、快加－慢减、慢加－快减、慢加－慢减四种不同的调节模式，增加了操作的灵活性。即时加减电路（5）在本实施例中利用了555时基振荡器的复位端的控制功能，从而简单地实现了当偏差由正变负时即时加1，偏差由负变正时即时减1。

Claims (3)

1、可逆计数二次调节器，其特征在于：

-主要由控制开关(1)、可逆计数器(2)、时钟振荡器(3)、限溢出译码电路(4)、即时加减电路(5)、数模转换器(6)组合构成，开关量一次信号输入控制开关(1)，模拟量二次信号从数模转换器(6)输出，

-受开关量一次信号控制的控制开关(1)，分别与可逆计数器(2)、时钟振荡器(3)、即时加减电路(5)连接，在控制开关(1)的作用下，可逆计数器(2)对时钟振荡器(3)产生的时钟脉冲进行连续加1的加法计数或连续减1的减法计数，即时加减电路(5)在开关量一次信号转换的同时，即时从可逆计数器(2)所计数据中加上或减去一个预先设定的数，

-时钟振荡器(3)的加法时钟振荡周期和减法时钟振荡周期分别可调，

-可逆计数器(2)由限溢出译码电路(4)限制其计数区间，其计数值与执行机构(9)的动作量一一对应。

2、根据权利要求1所述的可逆计数二次调节器，其特征在于可逆计数器（2）中包括一个数据显示器（7），数模转换器（6）后边接一个用以驱动执行机构（9）的输出电路（8）。

3、根据权利要求1或2所述的可逆计数二次调节器，其特征在于当受控系统工况趋于平衡时，有一个稳定工作点，在此工作点，执行机构（9）在计数值N和N＋1所对应的动作量之间作小幅度快速调节。

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