Przedmiotem wynalazku jest automatyczny u- klad sterowania, zwlaszcza uklad sterujacy, w którym wykorzystywane sygnaly sa polaczeniem funkcji sygnalu proporcjonalnosci, jego calki i pochodnej.Automatyczne uklady sterowania sa znane w technice. Takie uklady odbieraja sygnaly elek¬ tryczne reprezentujace stan elementa sterowane¬ go i porównuja ten sygnal z sygnalem odniesienia, aby uzyskac sygnal bledu. Konkretnym zastoso¬ waniem takich ukladów sterowania jest sterowa¬ nie regulatorem predkosci obrotowej silników spa¬ linowych.W wielu zastosowaniach jest konieczne sterowa¬ nie predkoscia obrotowa silnika, aby utrzymywac stala predkosc niezaleznie od zmian obciazenia silnika. Jest pozadane wprowadzenie ukladu, w którym czas reakcji, tzn. czas odpowiedzi silnika i ukladu sterujacego na zmiane warunków pra¬ cy byl zminimalizowany. Pozwala to uniknac zbyt duzych predkosci, kolysania i niestabilnosci, co potencjalnie szkodzi ukladowi.Automatyczny uklad sterowania majacy pozada¬ ne charakterystyki dla wyzej wspomnianych za¬ stosowan jest opisany w zgloszeniu patentowym USA nr 538 133.W tym zgloszeniu opisano automatyczny uklad sterowania, w którym predkosc silnika jest wy¬ krywana przez magnetyczny przetwornik cewko¬ wy. Po uksztaltowaniu i wzmocnieniu sygnal jest dostarczany poprzez separujacy zespól przelacza¬ jacy do wejscia wzmacniacza operacyjnego.Ten wzmacniacz porównuje sredni poziom na¬ piecia stalego z sygnalem odniesienia w celu wy- 5 tworzenia sygnalu bledu. Ten sygnal bledu jest nastepnie rózniczkowany i calkowany w czasie.Sygnal proporcjonalny do sygnalu bledu, jego cal¬ ka i jego pochodna sa sumowane, aby uzyskac sygnal sterujacy do uruchomienia organu wyko- io nawczego, który moze sterowac zaworem paliwa albo mechanizmem przepustnicy. Przez zastoso¬ wanie elementu sprzezenia zwrotnego polaczone¬ go z organem wykonawczym uzyskuje sie dokla¬ dne sterowanie urzadzenia. 13 w celu zabezpieczenia dzialania urzadzenia ste¬ rujacego, czesto trzeba zastosowac jeden, lub wie¬ cej zewnetrznych obwodów stanu granicznego.Takie obwody wytwarzaja przeciazeniowy sygnal sterujacy w przypadku, gdy nastapi wykrycie 20 szkodliwego warunku. Takie warunki obejmuja nadmierna temperature silnika^ nadmierne dymie¬ nie, niewlasciwe cisnienie sprezania i temu po¬ dobne. Jezeli którys z tych warunków wystepuje, jest pozadane .przeciazyc automatyczny uklad ste- * rowania bez wzgledu na prawidlowe warunki pracy, na przyklad predkosc silnika i zmniejszyc predkosc robocza silnika, albo calkowicie zatrzy¬ mac silnik, ze wzgledu na towarzyszace okolicz¬ nosci. 30 Kiedy sterowanie graniczne powoduje przeciaze- 122 926f 3 122 926 4 nie ukladu automatycznego sterowania, obwód in¬ tegratora w ukladzie sterowania jest „oklamany" przez ciagla prace silnika przy wartosci innej niz charakterystyczna dla sterowania automatycz¬ nego. To powoduje, ze integrator rozpoczyna dzia¬ lanie w sposób niekorzystny dla dokladnosci ste¬ rowania, kiedy zostaje usuniete zewnetrzne gra¬ niczne sterowanie.Jesli integrator nie zostanie zabezpieczony przed zmiana punktu pracy w czasie dzialania ograni¬ czenia, wówczas dla bardzo dlugiego okresu cza¬ su po usunieciu zewnetrznego ograniczenia, inte¬ grator powoduje, ze uklad automatycznego stero¬ wania dziala w sposób niewlasciwy, na przyklad wystepuje kolysanie do pozadanego punktu usta¬ lenia.Dzieje sie tak, poniewaz sygnal wyjsciowy in¬ tegratora jest uzywany jako miara sumarycznego bledu miedzy szybkoscia pozadanego punktu usta¬ lania, a szybkoscia rzeczywista. Dlatego, jesli in¬ tegrator jest znacznie oddalony od wlasciwego punktu pracy uklad nie bedzie zabezpieczal tak dokladnego sterowania, jak jest to normalnie o- siagalne.Celem wynalaekiu jest opracowanie ukladlu ste¬ rujacego, w którym zapobiega sie nasyceniu in¬ tegratora w czasie jego dzialania.Automatyczny uklad sterowania, zwlaszcza dla sterowania silnika spalinowego, zawierajacy ob¬ wody d go stan sterowanego urzajdzenia, obwód do calko¬ wania sygnalu bledu, obwody wytwarzajace sy¬ gnal sterujacy z sygnalu bledu oraz jego calki, ponadto zawieragacy zewnetrzny obwód ograni¬ czenia przeciazenia wytwarzajacy sygnal ze¬ wnetrznego ograniczenia przewyzszajacy wartosc sygnalu sterujacego, wedlug wynalazku charakte¬ ryzuje sie tym, ze do wyjscia zewnetrznego obwo¬ du ograniczenia przeciazenia dolaczony jest ob¬ wód stabilizacji poziomu zawierajacy wzmacniacz operacyjny, do którego wyjscia dolaczone sa sze¬ regowo dwa rezystory oraz dioda, która polaczo¬ na jest z wejsciem integratora dla zimiahy sygna¬ lu wyjsciowego integratora w przypaidku gdy sy¬ gnal zewnetrznego ograniczenia przewyzsza war¬ tosc sygnalu sterujacego i utrzymania integratora w prawidlowym obszarze pracj? az do wytworze¬ nia nastepnego sygnalu sterujacego po okresie przewyzszania sygnalu sterujacego przez sygnal zewnetrznego ograniczenia, przy czym sygnal do¬ prowadzany z obwodu stabilizacji poziomu do wej¬ scia integratora jest przeciwnej polaryzacji niz sygnal w wezle sygnalu bledu, a jego amplituda jest równa lub wieksza od amplitudy sygnalu ble¬ du- Wyjscie zewnetrznego obwodu ograniczenia prze¬ ciazenia jest polaczone z jednym wejsciem wzmac¬ niacza operacyjnego poprzez druga diode, dla wy¬ krywania obecnosci sygnalu zewnetrznego ograni¬ czenia.Korzystnie wzmacniacz operacyjny jest polaczo¬ ny jak wzmacniacz róznicowy.Integrator stanowi wzmacniacz operacyjny po¬ laczony w ukladzie calkujacym.Przedmiot wynalazku zostanie objasniony w przykladzie wykonania podanym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy auto¬ matycznego ukladu sterowania, a fig. 2A i 2B przedstawiaja ksztalty sygnalów wyjsciowych in¬ tegratora.Na figurze 1 jest przedstawiony schemat bloko¬ wy ukladu sterowania wedlug wynalazku. Pred¬ kosc obrotowa silnika napedzajacego, takiego jak silnik wysokoprezny lub podobny silnik spalino¬ wy, jest wykrywana przez magnetyczny przetwor¬ nik cewkowy 10. Sygnal sinusoidalny wytworzo¬ ny przez cewke zostaje doprowadzony do obwodu ksztaltujaco-wzmacniajacego 12, który przeksztal¬ ca ten sygnal do postaci fali impulsów prosto¬ katnych: Ten szereg impulsów, których czestotli¬ wosc jest proporcjonalna do wykrytej predkosci obrotowej silnika, jest podawany poprzez elek¬ troniczny obwód przelaczajacy i eliminujacy szum 14.Obwód ten wytwarza sredni poziom napiecia stalego proporcjonalny do odbieranych impulsów z ksztaltujacego obwodu 12. Sredni sygnal napie¬ cia stalego jest podawany do* obwodu wzmacnia¬ cza róznicowego 16 w celu wytworzenia sygnalu bledu w wezle 18. Sygnal bledu jest calkowany przez integrator 20 i rózniczkowany przez róz¬ niczkujacy obwód 22. Sygnal proporcjonalny do sygnalu bledu, jego calka i jego pochodna sa su¬ mowane w wezle 23 i podawane do generatora sygnalu sterujacego 24, którego wyjscie dochodzi do wezla sygnalu sterujacego 26.Mement sterujacy, którego stan jest sterowany przez sygnal w wezle 26, moze byc utworzony przez dowolna liczbe urzadzen. W przypadku re¬ gulatora silnika element sterujacy jest korzystnie zaworem regulujacym doplyw paliwa do silnika.Polozenie tego zaworu jest okreslona przez stan pobudzenia cewki organu wykonawczego, takiej jak cewka 28. Stan pobudzania jest oczywiscie funkcja sredniego pradu plynacego przez cew¬ ke.W celu dostarczenia sygnalu reprezentujacego aktualne polozenie zaworu, element sprzezenia zwrotnego — korzystnie potencjometr, jest mecha¬ nicznie dolaczony do cewki organu wykonawczego, zeby wytworzyc napiecie sprzezenia zwrotnego charakterystyczne dla tego polozenia.Dekoder .polozenia 30 stanowiacy element sprze¬ zenia zwrotnego dostarcza napiecie do wezla sy¬ gnalu sterujacego 26. Wezel 26 stanowi wejscie róznicowego wzmacniacza 32, który to wzmacniacz porównuje wielkosc sygnalu sterujacego z wielko¬ scia sygnalu sprzezenia zwrotnego. Róznica po¬ miedzy tymi sygnalami, jesli wystepuje, jest po¬ dawana na jedno wejscie obwodu róznicowego wzmacniacza 32. Sygnal piloksztaltny z generato¬ ra 34 jest podawany na drugie wejscie róznico¬ wego wzmacniacza 32 w celu wytworzenia sy¬ gnalu impulsowego o modulowanej szerokosci im¬ pulsów na wyjsciu wzmacniacza, który wyznacza sredni prad plynacy przez cewke organu wyko¬ nawczego 28.Opisany uklad stanowi uklad automatycznego 10 13 20 25 30 36 40 45 W » 10sterowania do utrzymywania silnika w regulowa¬ nych warunkach pracy na przyklad w stalej pred¬ kosci.Dodatkowo uklad wedlug wynalazku zawiera ko¬ rzystnie zewnetrzny obwód ograniczenia przeciaze¬ nia 36, który moce odlaczyc sygnal z generatora sygnalu sterujacego 24 po wykryciu okreslonych warunków, takich jak wysoka temperatura, nad¬ mierne dymienie, niewlasciwe cisnienie sprezania i tym podobne.Kiedy wystapi jeden z kontrolowanych warun¬ ków zewnetrznego ograniczenia, prawidlowe dzia¬ lanie ukladu sterujacego ulega zmianie. Zamiast , sterowania róznicowego wzmacniacza 82 w opar¬ ciu o sygnal sterujacy wytwarzany przez genera¬ tor 24, wzmacniacz 32 jest sterowany sygnalem z obwodu ograniczenia przeciazenia 36, doprowa¬ dzanym przez przewód 3$. Generator sygnalu ste¬ rtujacego 24 zostaje skutecznie wyeliminowany z ukladu za pomoca diody 40. Prawidlowo sygnal sterujacy jest doprowadzony przez diode 40 do wezla sygnalu sterujacego 26. Prawidlowo sygnal ten-*]est ujemny, Jesli w wezle 26 nie wystepuje zadfcn zewnetrzny sygnal ograniczenia, dioda 40 przewodzi.Jednakze gdy jakM zewi&#r*hy sygnal ograni¬ czenia jest doprowadzamy przewodem t%, -który to sygnal jest bardziej ujemny niz *ygaal sttru- Jacy, dioda 40 jesft pólaryfcfrwana w kientofcu za¬ porowym i nie przewodzi.* Zewinetrzny sygnal z przewodu 38 wraz z sygnalem sprzezenia zwrot¬ nego z detektora polozenia 30 determinuje wó¬ wczas sygnal wyjsciowy -róziiicowego wzmacnia¬ cza 32.Gdy wystapi zewnetrzne ograniczenie, integra¬ tor 20 nie jest poinformowany o tym stanie. W przypadku braku obwodu wedlug obecnego wy¬ nalazku, obwód ^ integratora zaledwie wykrywa fakt, ze regulowane urzadzenie nie pracuje juz w wybranym zakresie, zaleznie do przyrostu sygna¬ lu bledu w wezle sygnalu bledu 16.Sygnal wyjsciowy integratora w, pewnych wa¬ runkach jest przedstawiony na fig. 2A. Ten wy¬ kres schematycznie przedstawia sygnal wyjsciowy integratora w funkcji czasu. W przedziale 1 uklad pracuje prawidlowo, a sygnal wyjsciowy integra¬ tora jest staly, przyjmujac, ze silnik jest eksploa¬ towany prawidlowo. W przedziale 2 zewnetrzny warunek ograniczajacy powoduje zaklócenie pra¬ widlowej pracy ukladu i zmniejszenie predkosci obrotowej silnika, odpowiednio na przyklad do nadmiernej temperatury, albo dymu." Jesli pred¬ kosc obrotowa silnika spada, sygnal bledu wzra¬ sta powoduijac wzrost sygnalu wyjsciowego inte¬ gratora, który trwa az integrator zostanie wpro¬ wadzony w stan nasycenia. Wówczas integrator „widzi" w wezle sygnalu bledu 18 staly blad i dazy do maksymalnego sygnalu wyjsciowego pró¬ bujac wytworzyc sygnal, który skoryguje blad.W przedziale 3 ograniczenie przeciazeniowe za¬ nika i regulacja silnika odbywa sie ponownie w obwodzie sterujacym. Poniewaz jednak integrator pozwolil osiagnac dodatnie nasycenie, jego sygnal wyjsciowy jest teraz daleki od pozadanego pozio¬ mu do szybkiego osiagniecia i utrzymywania sy¬ gnalu; zadajacego dzialanie silnika napedzajacego.Jego sygnal wyjsciowy po pewnym okresie czasu wróci do wlasciwego poziomu, ale do okresu za- 6 znaczonego w przedziale 3 automatyczny uklad sterowania nie zabezpiecza zadawalajacego stero¬ wania. Moze wystapic przesuniecie albo spadek sygnalu.Aby opanowac ten problem, zwlaszcza gdy wa- *• runki zewnejtrunego ograniczenia wystepuja czesto* pozadanym jest przesunac lub przestawic punkt pracy integratora 20 podczas tych okresów, kiedy zewnetrznie warunkowe ograniczenie rzeczywiscie wystepuje. Koniecznia jest stabilizacja poziomu sy- « gnalu wyjsciowego integratora do wybranego po¬ ziomu podczas wystapienia zewnetrznego warun¬ kowego ograniczenia.Wynik stabilizacji poziomu albo przesuniecia punktu pracy integratora, jest przedstawiony na •• fig. 2tB. Ten wykres jest taki sam jak na fig. 2A w przedziale 1, w czasie prawidlowego dzialania obwodu starujaeego. W przedziale 2 jednakze, gdy zewnetrzne ograniczenie przeciaza dzialanie obwo¬ du, opisany obwód przesuniecia powstrzymuje in- * tegrator przed Oisiagnieciem dodatniego nasycania i utrzymuje go na wartosci, lub nieznacznie po¬ nizej wartosci w czasie, gdy ograniczenie rzeczy¬ wiscie wystepowalo. W przedziale 3, gdy ograni¬ czenie jest usuniete, integrator szybko podejmuje 30 na nowo sw^j wlasciwy poziom wyjisciowy do do¬ starczania dokladnej informacji do generatora 24 sygnalu sterujacego.Nawiazujac ponownie do fig. 1, uklad wedlug wynalazku tu przedstawiony zawiera równiez ob¬ wód stabilizacji poziomu ograniczony linia prze¬ rywana. Wystapienie warunku zewnetrznego ogra¬ niczenia w obwodzie 36 jest wykrywane przez dio¬ de 42 dolaczona do wejsc wzmacniacza operacyj¬ nego 44.Wzmacniacz operacyjny 44 zachowuje sie jak przelacznik i przechodzi ze stanu dodatniego na¬ sycenia do ujemnego nasycenia zaleznie od tego, czy dicda 42 jest spolaryzowana w kierunku prze- tt wodzenia, czy w kierunku zaporowym. Dioda 42 jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia kiedy obwód ograniczenia* 36 przeciaza obwód au¬ tomatycznego sterowania, poniewaz sygnal wy- twanzany przez obwód ograniczenia jest ujemny. 50 Prad przeplywa od zjcódla zasilajacego 46 poprzez rezystor 47, przewód 58 i diode 42. To powoduje polaryzacje diody w kierunku przewodzenia, wpro¬ wadzajac wzmacniacz operacyjny 44 w stan do¬ datniego nasycenia., 96 Sygnal wyjsciowy wzmacniacza operacyjnego 44 jest doprowadzany przez rezystory 48, 50 i diode 52 do wejscia 54 integratora 20. Gdy ograniczenie • zewnetrzne rzeczywiscie wystepuje, wzmacniacz operacyjny 44 przechodzi w stan dodatniego nasy- 60 cenia. Sygnal wyjsciowy wzmacniacza jest wó¬ wczas doprowadzony do wejscia 54 integratora 20, gdzie jest odejmowany od sygnalu bledu wytwa¬ rzanego przez wzmacniacz róznicowy 16. Tak jest, kiedy sygnal ograniczenia zmniejsza predkosc o- « brotowa silnika od wartosci utrzymywanej przez7 122 926 8 obwód sterowania automatycznego, a sygnal ble¬ du o pierwszej biegunowosci, na przyklad ujem¬ nej, jest wytwarzany w wezle sygnalu bledu 18.Nastepnie ten sygnal bledu jest doprowadzany do wejscia 54 integratora 20.Sygnal wytwarzany przez obwód stabilizacji po¬ ziomu jest biegunowosci przeciwnej niz sygnal bledu, w tym przypaidku dodaltmi. Jego wielkosc jest wybrana tak, by byla zawarta miedzy wiel¬ koscia równa lub wieksza od sygnalu bledu nor¬ malnie spotykanego w wybranym zakresie eks¬ ploatacji dla przedmiotowego rozwiazania. Jesli sygnal stabilizacji poziomu doprowadzany prze¬ wodem 56 nieznacznie przewyzsza sygnal bledu, uzyskuje sie ksztalt sygnalu przedstawiony na fig. 2B — przedzial 2.Kiedy zewnetrzne ograniczenie przestaje bloko¬ wac dzialanie generatora sygnalu sterujacego 24, dioda 42 przeslanie przewodzic. Wzmacniacz ope¬ racyjny 44 wchodzi wówczas w stan slabego na¬ sycenia, a dodatni sygnal bedzie usuniety z prze¬ wodu 56, pozwalajac integratorowi 20 reagowac na sygnal bledu doprowadzany z wezla sygnalu bledu 18.Zastrzezenia patentowe 1. Automatyczny uklad sterowania, zwlaszcza dla sterowania silnika spalinowego, zawierajacy ob¬ wody do wytwarzania sygnalu bledu wskazujace¬ go stan sterowanego urzadzenia, obwody do wy¬ twarzania calki sygnalu bledu, obwody wytwa¬ rzajace sygnal sterujacy z sygnalu bledu oraz je- 10 15 20 25 go calki, ponadto zawierajacy zewnetrzny obwód ograniczenia przeciazenia wytwarzajacy sygnal zewnetrznego ograniczenia przewyzszajacy wartosc sygnalu sterujacego, znamienny tym, ze do wyj¬ scia zewnetrznego obwodu ograniczenia przecia¬ zenia (36) dolaczony jest obwód stabilizacji po¬ ziomu zawierajacy wzmacniacz operacyjny (44), do którego wyjscia dolaczone sa szeregowo dwa re¬ zystory (48, 50) oraz dioda (52), która polaczona jest z wejsciem integratora (20) dla zmiany sy¬ gnalu wyjsciowego integratora (20) w przypadku gdy sygnal zewnetrznego ograniczenia przewyzsza wartosc sygnalu sterujacego i utrzymywania in¬ tegratora (20) w prawidlowym oibszarze pracy az do wytworzenia nastepnego sygnalu sterujacego po okresie przewyzszania sygnalu sterujacego przez sygnal zewnetrznego ograniczenia, przy czym sy¬ gnal doprowadzany z oibwodu stabilizacji poziomu do wejscia integratora (20) jest • przeciwnej pola¬ ryzacji niz sygnal bledu w wezle sygnalu bledu (18), a jego amplituda jest równa lub wieksza od' amplitudy sygnalu bledu. 2. Uklad wedlug zaistrz. 1, znamienny tym, ze wyjscie zewnetrznego obwodu ograniczenia prze¬ ciazenia (3'6) jest polaczone z jednym wejsciem wzmacniacza operacyjnego (44) poprzez druga dio¬ de (42) dla wykrywania obecnosci sygnalu ze¬ wnetrznego ograniczenia. 3. Uklad wedlug zaistrz. 1, wzmacniacz operacyjny (44) wzmacniacz róznicowy. 4. Uklad wedlug zastrz. 1, integrator (20) stanowi wzmacniacz operacyjny po¬ laczony w ukladzie calkujacym. znamienny tym, ze jest polaczony jak znamienny tym, ze122 926 FIG.2A 1 f" 1 ^___. N [, ^- 2 \ 2 v______ 3 3 /" FIG.2B PL PL PL