CS223870B2 - Zapojení regulátoru s nelinearitou třetího a vyššího řádu - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení regulátoru s nelinearitou třetího a vyššího řádu, který má větší přesnost regulace a lepší kavlitu regulačního pochodu než dosud užívané regulátory.

Z dosud používaných typů regulátorů jsou nejznámější lineární regulátory, které se vytvářejí z dynamických členů, tvořených operačnímu zesilovači se zavedenou zpětnou vazbou. Regulátory mají charakter proporcionální P, integrační I, nebo derivační D. Nejčastěji se ale používá regulátoru PID, který obsahuje všechny tři složky. Z nelineárních regulátorů se nejčastěji užívají nespojité regulátory, jejichž výstupním členem je spínací prvek, takže odpadají složité proporcionální výkonové zesilovače. Tyto regulátory mají menší přesnost regulace a horší kvalitu regulačního pochodu, než regulátor popsaný tímto vynálezem.

Uvedené nevýhody, to je menší přesnost regulace a horší kvalita regulačního pochodu, odstraňuje zapojení regulátoru podle vynálezu zapojení regulátoru s nelinearitou třetího a vyššího řádu, jehož podstata je, že vstup regulační odchylky, zakreslený na výkresu je připojen na první proměnný odpor, jehož druhý vývod je připojen jednak přes první impedanci na zemní svorku, jednak přes pátý odpor na výstup prvního ope2 račního zesilovače a jednak na vstup prvního operačního zesilovače, jehož výstup je připojen dále jednak na oba vstupy první pulsní násobičky, jednak na jeden vstup druhé pulsní násobičky, přičemž na druhý vstup druhé pulsní násobičky je připojen výstup první pulsní násobičky, kde výstup druhé pulsní násobičky je připojen jednak na druhý proměnný odpor a jednak na první vývod třetího proměnného odporu, přičemž druhý vývod druhého proměnného odporu je připojen jednak přes druhou impedanci na zemní svorku, jednak na vstup druhého operačního zesilovače a jednak přes druhou kapacitu na výstup druhého operačního zesilovače, připojeného na devátý odpor, jehož druhý vývod je připojen jednak přes desátý odpor k zemní svorce a jednak na vývod čtvrtého proměnného odporu, zatímco druhý vývod třetího proměnného odporu je připojen jednak na šestý odpor, jednak na třetí operační zesilovač, a jednak přes třetí impedanci na zemní svorku, přičemž druhý vývod šestého odporu je připojen jednak přes první proměnnou kapacitu na zemnicí svorku, jednak přes sedmý odpor na výstup třetího operačního zesilovače, který je dále připojen přes osmý odpor na první vývod čtvrtého proměnného odporu, jehož druhý vývod je připojen jednak na vstup čtvrtého operačního zesilovače a jednak přes jedenáctý odpor na výstup ze čtvrtého operačního zesilovače, který je spojen s výstupem akční veličiny regulátoru.

Nejvýznamnější vlastnosti tohoto regulátoru, oproti jiným dosud používaným typům, jsou lepší přesnost regulace a lepší kvalita regulačního pochodu. Regulovaná veličina se v ustáleném stavu velice blíží řídicí veličině a také přesněji sleduje změny řídicí veličiny než při použití jiného regulátoru. Regulátoru je výhodné použít k regulaci soustav s dopravním zpožděním, kde je vysoká přesnost regulace a též k regulaci adaptivních systémů, kde po vytvoření přesného modelu získáme velmi dobrou kvalitu regulačního pochodu.

Zapojení regulátoru podle vynálezu je uvedeno na výkresu.

Vstup e regulační odchylky je připojen na první proměnný odpor Ri, jehož druhý vývod je připojen jednak přes první impedanci Zi na zemní svorku, jednak přes pátý odpor Rs na výstup eo prvního operačního zesilovače Ai a jednak na vstup prvního operačního zesilovače Ai, jehož výstup je připojen dále jednak na oba vstupy první pulsní násobičky PNi, jednak na jeden vstup druhé pulsní násobičky PNz, přičemž na druhý vstup druhé pulsní násobičky PNz je připojen výstup první pulsní násobičky PNi, kde výstup ez druhé pulsní násobičky PN2 je připojen jednak na druhý proměnný odpor Rz a jednak na první vývod třetího proměnného odporu Rs, přičemž druhý vývod druhého proměnného odporu Rz je připojen jednak přes druhou impedanci Zz na zemní svorku, jednak na vstup druhého operačního zesilovače Az a jednak přes druhou kapacitu Cz na výstup druhého operačního zesilovače Az, připojeného na devátý odpor Re, jehož druhý vývod je připojen jednak přes desátý odpor Rio k zemní svorce, zatímco druhý vývod třetího proměnného odporu R3 je připojen jednak na šestý odpor Re, jednak na třetí operační zesilovač A3 a jednak přes třetí impedanci Z3 na zemnící svorku, přičemž druhý vývod šestého odporu Re je připojen jednak přes první proměnnou kapacitu Ci 11a zemnící svorku, jednak přes sedmý odpor Rz na výstup třetího operačního zesilovače A3, který je dále připojen přes osmý odpor Re na první vývod čtvrtého proměnného odporu R4, jehož druhý vývod je připojen jednak na vstup čtvrtého operačního zesilovače A4 a jednak přes jedenáctý odpor R11 na výstup ze čtvrtého operačního zesilovače A4, který je spojen s výstupem v akční veličiny regulátoru.

Vstup e regulační odchylky do regulátoru je připojen nejprve do zesilovače tvořeného prvním proměnným odporem Rl, pátým odporem Rs, první impedancí Zi a prvním operačním zesilovačem Ai. Tímto zesilovačem se signál zesílí a postupuje dále na první pulsní násobičku PNi a druhou pulsní násobičku PNz, z jejíhož výstupu postupuje signál, který je třetí mocninou signálu na vstupu první pulsní násobičky PNi, z výstupu druhé pulsní násobičky PNz je připojen signál ke vstupu lineárního regulátoru PID, který je tvořen paralelním spojením regulátoru I a regulátoru PD. Regulátor I je tvořen druhým proměnným odporem Rz, druhou impedancí Z2, druhou kapacitou C2 a druhým operačním zesilovačem Az. Regulátor PD je tvořen třetím proměnným odporem R3, třetí impedancí Zs, šestým odporem Re, sedmým odporem Rz, první proměnnou kapacitou Ci a třetím operačním zesilovačem A3. Výstupní signály z regulátorů I a PD se sčítají v sečítacím obvodě tvořeném osmým odporem Re, devátým odporem Ro a desátým odporem R10. Dále postupuje signál na zesilovači, tvořený čtvrtým proměnným odporem R4, čtvrtou impedancí Z4, jedenáctým odporem R11 a čtvrtým operačním zesilovačem A4. Výstup z tohoto zesilovače je výstupem v akční veličiny z regulátoru. Pulsní násobičky tvořící třetí mocninu signálu do nich vstupujícího se chovají pro lineární regulátor PID jako zesilovač s proměnným zesílením, závislým na vstupu e regulační odchylky do regulátoru. Je-li regulační odchylka větší, způsobí násobička veliké zesílení signálu na vstupu e regulační odchylky do regulátoru a regulátor PID vyrobí velmi velký signál na výstupu v akční veličiny regulátoru, který velmi zeslabí signál na vstupu e regulační odchylky do regulátoru. Při snížení vstupu e regulační odchylky do regulátoru vyrobí násobičky velmi malý signál pro regulátor PID, takže nemůže dojít k snadnému rozkmitání. A přitom je velmi vysoká kvalita regulačního pochodu. U daného regulátoru podle vynálezu je na vstupu i výstupu zesilovač, aby se mohla nastavit nejvhodnější pracovní oblast pulsních násobiček PNi, PNz.

Regulátor podle vynálezu může mít kromě nellnearity třetího řádu též nelinearitu pátého řádu a všech vyšších lichých řádů. Potom rozdíl v zapojení od zapojení podle výkresu bude ten, že mezi výstupem prvního operačního zesilovače a výstupem druhé pulsní násobičky bude zapojeno tolik násobiček, aby se vytvořil vztah ez“ = (eo‘)^x, x = 5, 7, ...

kde ez‘ bude výstup z poslední pulsní násobičky a eo je výstup prvního operačního zesilovače, namísto vztahu ez = eo³, který platí v zapojení podle výkresu.

Claims (1)

1. Zapojení regulátoru s nelinearltou třetího a vyššího řádu, vyznačující se tím, že vstup (e) regulační odchylky je připojen na první proměnný odpor (Ri), jehož druhý vývod je připojen jednak přes první impedanci (Zi) na zemní svorku, jednak přes pátý odpor (Rs) na výstup (eo) prvního operačního zesilovače (Ai) a jednak na vstup prviního operačního zesilovače (Ai), jehož výstup je připojen dále jednak na oba vstupy první pulsní násobičky (PNi), jednak na jeden vstup druhé pulsní násobičky (PNz), přičemž na druhý vstup druhé pulsní násobičky (PNz) je připojen výstup první pulsní násobičky (PNij, kde výstup (e2) druhé pulsní násobičky (PN2) je připojen jednak na druhý proměnný odpor (R2) a jednak na první vývod třetího proměnného odporu (R3), přičemž druhý vývod druhého proměnného odporu (R2J je připojen jednak přes druhou impedanci {Z2) na zemní svorku, jednak na vstup druhého operačního zesilovynAlezu vače (A2) a jednak přes druhou kapacitu (C2) na výstup druhého operačního zesilovače (A2), připojeného na devátý odpor (R9), jehož druhý vývod je připojen jednak přes desátý odpor (R10) k zemní svorce, zatímco druhý vývod třetího proměnného odporu (R3) je připojen jednak na šestý odpor (Rej, jednak na třetí operační zesilovač (As) a jednak přes třetí impedanci (Z3) na zemnící svorku, přičemž druhý vývod šestého odporu (R6) je připojen jednak přes první proměnnou kapacitu (Ci) na zemnící svorku, jednak přes sedmý odpor (R7) na výstup třetího operačního zesilovače (A3), který je dále připojen přes osmý odpor (Rs) na první vývod čtvrtého proměnného odporu (R4), jehož druhý vývod je připojen jednak na vstup čtvrtého operačního zesilovače (A4) a jednak přes jedenáctý odpor (Ru) na výstup ze čtvrtého operačního zesilovače (Á4), který je spojen s výstupem (v) akční veličiny regulátoru.