RU2359305C2

RU2359305C2 - Control with relay characteristic

Info

Publication number: RU2359305C2
Application number: RU2007130256/09A
Authority: RU
Inventors: Валерий Евгеньевич Вохрышев (RU); Валерий Евгеньевич Вохрышев
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2009-06-20
Also published as: RU2007130256A

Abstract

FIELD: automatics.

SUBSTANCE: present invention refers to automation means and can be used in process control systems in chemical industry, heat engineering as well as for generating signals of various frequency and amplitude. The effect of the invention is achieved by the fact that the control contains a detection unit of input signal deviations from the specified value of dead zone, extreme points indicator, null element, setting devices of output signal levels, a switch, and switching elements. Peculiar feature of the control consists in the possibility of changing its static and dynamic characteristics by means of changing the settings. In particular, operation algorithm of the device allows implementation therein both of positive and negative variable hysteresis the value whereof is linear dependent on input signal amplitude.

EFFECT: enlarging functional capabilities of the control.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано для управления динамическими объектами в химической промышленности, теплотехнике, приборостроении, а также для генерации сигналов различной амплитуды.The invention relates to the field of automatic control and can be used to control dynamic objects in the chemical industry, heat engineering, instrumentation, as well as to generate signals of various amplitudes.

Регуляторы с релейной характеристикой (релейные регуляторы) широко распространены в технике (см., например, Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. - М.: Наука, 1974, с.7-13, 51-55). Известны также регуляторы с релейными характеристиками, работающие по принципу «включено-выключено» и имеющие положительный или отрицательный гистерезис (см., например, а.с. СССР №№631864, 1418648 №1585778).Regulators with a relay characteristic (relay regulators) are widely used in engineering (see, for example, Tsypkin Y.Z. Relay automatic systems. - M .: Nauka, 1974, pp. 7-13, 51-55). Also known are regulators with relay characteristics, operating on an on-off basis and having positive or negative hysteresis (see, for example, AS USSR No. 631864, 1418648 No. 1585778).

Наиболее близким по технической сути к заявляемому устройству является регулятор с релейной характеристикой по а.с. СССР №1418648. Опубл. Б.И. 1988, №31. Регулятор-прототип содержит индикатор экстремумов, нуль-орган, релейный блок, сумматор, два коммутирующих элемента, блок обнаружения отклонений, два задатчика уровней выходного сигнала.The closest in technical essence to the claimed device is a regulator with a relay characteristic for A. with. USSR No. 1418648. Publ. B.I. 1988, No. 31. The prototype controller contains an extremum indicator, a zero-organ, a relay block, an adder, two switching elements, a deviation detection unit, two output signal level adjusters.

Регулятор-прототип является релейным двухпозиционным регулятором с отрицательным переменным гистерезисом и зоной нечувствительности, величина гистерезиса в котором поставлена в линейную зависимость от амплитуды автоколебаний. Особенность его заключается в том, что переключения регулятора происходят с опережением (с «недоходом») по отношению к сигналам, определяющим границы зоны нечувствительности.The prototype controller is a two-position relay controller with a negative variable hysteresis and a dead zone, in which the hysteresis value is linearly dependent on the amplitude of the self-oscillations. Its peculiarity lies in the fact that the controller switches ahead of time (with "non-profit") with respect to the signals defining the boundaries of the deadband.

Уравнение регулятора (закон управления, реализованный в регуляторе прототипе) имеет видThe controller equation (control law implemented in the prototype controller) has the form

где M(t)=xH+k·(x_э(t)-xH)-x(t), если x(t)<xHwhere M (t) = xH + k (x _e (t) -xH) -x (t) if x (t) <xH

M(t)=xB+k·(x_э(t)-xB)-x(t), если x(t)>xB,M (t) = xB + k (x _e (t) -xB) -x (t) if x (t)> xB,

хН=х₀-с, хВ=х₀+с - соответственно величины, определяющие нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности,хН = х ₀ -с, хВ = х ₀ + с - values corresponding to the lower and upper boundaries of the dead band, respectively

x₀- задание (заданное конечное значение регулируемой координаты x(t) (переменной)),x ₀ - task (given final value of the adjustable coordinate x (t) (variable)),

с - половина ширины зоны нечувствительности,s - half the width of the dead zone,

k - постоянный коэффициент, меньший единицы, (0≤k<1),k is a constant coefficient less than one, (0≤k <1),

x_э(t) - экстремальные значения регулируемой координаты, равные ее максимуму х_макс или минимуму х_мин,x _e (t) - extreme values of the adjustable coordinate equal to its maximum x _max or minimum x _min ,

Sign - знаковая функция, равная +1 или -1 в зависимости от знака функции M(t),Sign - sign function equal to +1 or -1 depending on the sign of the function M (t),

В - величина управляющего воздействия («полка» реле),In - the magnitude of the control action ("shelf" of the relay),

∨ - знак дизъюнкции.∨ - sign of disjunction.

Статическая характеристика регулятора представлена на Фиг.1.The static characteristic of the controller is presented in figure 1.

Существует также класс двухпозиционных релейных регуляторов с положительным гистерезисом, переключение управления в которых всегда происходит с запаздыванием по отношению к сигналам границ зоны нечувствительности («нижней» - хН и «верхней» - хВ).There is also a class of on-off relay controllers with positive hysteresis, in which the switching of control always occurs with a delay with respect to the signals of the boundaries of the dead band (“lower” - xN and “upper” - xV).

Недостаток регулятора - прототипа (так и релейных регуляторов с положительны гистерезисом) заключаются в его неуниверсальности, которая заключается в том, что он не может перенастраиваться, оставаясь в рамках одной конструкции, и обеспечивать управление как с опережением, так и с запаздыванием переключений относительно сигналов границ зоны нечувствительности. Это сужает область его применения.The disadvantage of the prototype controller (and relay controllers with positive hysteresis) lies in its non-universality, which consists in the fact that it cannot be reconfigured, remaining within the same design, and provide control both ahead of time and with delayed switching relative to boundary signals dead zones. This narrows the scope of its application.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора, которое заключается в его универсализации - возможности функционировать как в качестве регулятора с положительным, так и с отрицательным гистерезисом и зоной нечувствительности.The technical result of the invention is to expand the functionality of the controller, which consists in its universalization - the ability to function as a controller with positive and negative hysteresis and deadband.

Технический результат достигается тем, что в регулятор с релейной характеристикой, содержащий два коммутирующих элемента, блок обнаружения отклонений, два задатчика уровней выходного сигнала, релейный блок, нуль-орган, сумматор, индикатор экстремумов, выходы которого соединены с входами релейного блока, первый вход регулятора связан с входом индикатора экстремумов и первым инверсным входом нуль-органа, первый вход сумматора подсоединен к выходу релейного блока, а второй вход сумматора связан с сигнальным выходом блока обнаружения отклонений, первый и второй сигнальные входы которого подключены соответственно к первому и второму входам регулятора, управляющий выход - к управляющему входу второго коммутирующего элемента, выход нуль-органа соединен с управляющим входом первого коммутирующего элемента, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго задатчиков уровня выходного сигнала, выход - к информационному входу второго коммутирующего элемента, выход которого подключен к выходу регулятора, дополнительно введен переключатель, первый информационный вход которого соединен с выходом сумматора, второй информационный вход связан с информационным выходом блока обнаружения отклонений, а управляющий вход - с третьим входом регулятора, первый выход переключателя соединен с первым прямым входом нуль-органа, второй выход переключателя связан со вторым инверсным входом нуль-органа, третий выход переключателя соединен с первым и вторым прямыми входами нуль-органа.The technical result is achieved in that a controller with a relay characteristic, containing two switching elements, an abnormality detection unit, two output signal level switches, a relay unit, a zero-organ, an adder, an extremum indicator whose outputs are connected to the inputs of the relay unit, the first input of the controller connected to the input of the extrema indicator and the first inverse input of the zero-organ, the first input of the adder is connected to the output of the relay unit, and the second input of the adder is connected to the signal output of the detection unit off onion, the first and second signal inputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the controller, the control output is to the control input of the second switching element, the output of the zero-organ is connected to the control input of the first switching element, the first and second information inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and the second adjusters of the output signal level, the output is to the information input of the second switching element, the output of which is connected to the output of the controller, a switch, the first information input of which is connected to the output of the adder, the second information input is connected to the information output of the deviation detection unit, and the control input is connected to the third input of the controller, the first output of the switch is connected to the first direct input of the zero-organ, the second output of the switch is connected to the second inverse the input of the zero-organ, the third output of the switch is connected to the first and second direct inputs of the zero-organ.

Регулятор изображен на фиг.2, где представлена его блок-схема, и фиг.4, которая иллюстрирует пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА, и фиг.3, где представлена модификация статической характеристики Фиг.1, при перенастройке регулятора. Регулятор содержит (фиг.2) индикатор экстремумов 1, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор 4, блок 5 обнаружения отклонений, первый 6 и второй 7 коммутирующие элементы, первый 8 и второй 9 задатчики уровней выходного сигнала, переключатель 10. х - регулируемая координата, х₀ - сигнал задания, u - выход регулятора, Z - дискретный управляющий сигнал «0» или «1», изменяющий состояние переключателя 10.The controller is shown in figure 2, where its block diagram is presented, and figure 4, which illustrates an example of a specific implementation of the controller on the pneumatic elements of USEPA, and figure 3, which presents a modification of the static characteristics of figure 1, when reconfiguring the controller. The controller contains (Fig. 2) an extremum indicator 1, a zero-organ 2, a relay unit 3, an adder 4, a deviation detection unit 5, the first 6 and second 7 switching elements, the first 8 and second 9 output signal level switches, a switch 10. x - adjustable coordinate, x ₀ - reference signal, u - controller output, Z - discrete control signal "0" or "1", which changes the state of switch 10.

Первый вход регулятора (переменная - х) соединен с входами индикатора экстремумов 1, первым входом (инверсным) нуль-органа 2 и первым входом блока 5 обнаружения отклонений, второй вход регулятора x₀ связан с первым информационным входом блока 5, а его информационный выход соединен с первым информационным входом переключателя 10 и вторым входом сумматора 4, выход которого соединен со вторым информационным входом переключателя 10, третий управляющий вход которого связан с третьим входом регулятора (Z). Выходы индикатора экстремумов соединены со входами релейного блока 3, выход которого соединен с первым входом сумматора 4, первый выход переключателя 10 соединен с первым прямым входом нуль-органа 2, второй выход переключателя 10 связан со вторым инверсным входом нуль-органа 2, третий выход переключателя 10 соединен с первым и вторым прямыми входами нуль-органа 2, а выход нуль-органа 2 связан с управляющим входом коммутирующего элемента 6, коммутирующие входы которого подключены к выходам задатчиков 8 и 9. Управляющий выход блока обнаружения отклонений 5 соединен с коммутирующим элементом 7, выход которого связан с выходом регулятора (u).The first input of the controller (variable x) is connected to the inputs of the extremum indicator 1, the first input (inverse) of the zero-organ 2 and the first input of the deviation detection unit 5, the second input of the controller x ₀ is connected to the first information input of unit 5, and its information output is connected with the first information input of the switch 10 and the second input of the adder 4, the output of which is connected to the second information input of the switch 10, the third control input of which is connected with the third input of the controller (Z). The outputs of the extrema indicator are connected to the inputs of the relay unit 3, the output of which is connected to the first input of the adder 4, the first output of the switch 10 is connected to the first direct input of the zero-organ 2, the second output of the switch 10 is connected to the second inverse input of the zero-organ 2, the third output of the switch 10 is connected to the first and second direct inputs of the zero-organ 2, and the output of the zero-organ 2 is connected to the control input of the switching element 6, the switching inputs of which are connected to the outputs of the controllers 8 and 9. The control output of the open detection unit Onen 5 is connected to the switching element 7, whose output is connected to the output regulator (u).

Подобное соединение элементов позволяет реализовать следующий закон управления:Such a combination of elements allows you to implement the following control law:

где M(t)=xH+k·(x_э(t)-xH)-x(t), если x(t)<xH, при Z=0,where M (t) = xH + k (x _e (t) -xH) -x (t), if x (t) <xH, for Z = 0,

M(t)=xB+k·(x_э(t)-xB)-x(t), если x(t)>xB, при Z=0,M (t) = xB + k (x _e (t) -xB) -x (t), if x (t)> xB, for Z = 0,

иand

M(t)=xH-k·(x_э(t)-xH)-x(t), если x(t)<xH, при Z=1,M (t) = xH-k · (x _e (t) -xH) -x (t ), if x (t) <xH, when Z = 1,

илиor

M(t)=xB-k·(x_э(t)-xB)-x(t), если x(t)>xB, при Z=1,M (t) = xB-k · (x _э (t) -xB) -x (t), if x (t)> xB, for Z = 1,

∨ - знак дизъюнкции,∨ - sign of disjunction,

что и дает возможность в одной конструкции реализовать законы управления как с отрицательным, так и положительным переменным гистерезисом и зоной нечувствительности, чем и достигается заявленный технический результат.which makes it possible in one design to implement control laws with both negative and positive variable hysteresis and deadband, which achieves the claimed technical result.

Рассмотрим работу отдельных элементов регулятора и устройства в целом по Фиг.3 и 4.Consider the operation of the individual elements of the controller and the device as a whole according to FIGS. 3 and 4.

Индикатор 1 экстремумов (А.С. 482757. Б.И. 1975, №32) работает следующим образом. При изменении регулируемой координаты, например, в сторону уменьшения, на выходе элемента 11 запоминается сигнал х_макс при x(t))<(x_макс+а), где а - величина сдвига, настраиваемая в элементе 11 запоминания, элемент 16 срабатывает и отключает элемент запоминания 11, закрыв верхний контакт реле 14, а выход элемента запоминания 18 через другой контакт реле 14 соединяется с вторым входом элемента 16 сравнения. При дальнейшем уменьшении сигнала выходной сигнал элемента 16 сравнения не изменяется. С увеличением входного сигнала на выходе элемента 18 запоминания запоминается х_мин, элемент 16 сравнения принимает исходное положение, а второй вход элемента 16 сравнения вновь соединяется с выходом элемента 11 запоминания максимума. Повторители 12 и 13 обеспечивают гальваническую развязку сигналов х_макс, х_мин. Пневмоемкость 15 обеспечивает сохранение сигналов при переключениях реле 14.The indicator of 1 extremes (A. S. 482757. B. I. 1975, No. 32) works as follows. When the adjustable coordinate is changed, for example, in the direction of decreasing, the signal x _{max is} stored at the output of element 11 at x (t)) <(x _max + a), where a is the shift value, which can be adjusted in the memory element 11, element 16 is activated and deactivated the memory element 11 by closing the upper contact of the relay 14, and the output of the memory element 18 through another contact of the relay 14 is connected to the second input of the comparison element 16. With a further decrease in the signal, the output signal of the comparison element 16 does not change. With an increase in the input signal at the output of the memory element 18, x _{min is} stored, the comparison element 16 assumes the initial position, and the second input of the comparison element 16 is again connected to the output of the maximum memory element 11. Repeaters 12 and 13 provide galvanic isolation of the signals x _max , x _min . Pneumatic capacity 15 ensures the conservation of signals when switching relays 14.

Релейный блок 3 (двух контактное реле) обеспечивает коммутацию х_макс, х_мин по команде с выхода элемента 16 сравнения на вход сумматора 4. Последний выполнен по схеме дроссельного сумматора. Его выход равен (1-k)·х1+k·х_э, где k=d/(d+b), d и b - проводимости дросселей сумматора, х1 и х(t)_э - сигналы, действующие на входах сумматора 4.Relay block 3 (two contact relays) provides switching x _max , x _min on command from the output of the comparison element 16 to the input of the adder 4. The latter is made according to the circuit of the throttle adder. Its output is (1-k) · x1 + k · x _e , where k = d / (d + b), d and b are the conductivities of the adders, x1 and x (t) _e are the signals acting on the inputs of the adder 4 .

Блок обнаружения отклонений - устройство, формирующее дискретный сигнал на своем первом выходе, если входной сигнал х становится меньше сигнала хН или больше сигнала хВ, которые определяют нижнюю и верхнюю границы зоны нечувствительности. Он содержит (фиг.4) повторители со сдвигом 17 и 18, входы которых соединены с каналом задания x₀, а выходы - со входами элементов 19 и 20.С помощью элементов 17 и 18 задается зона допустимых отклонений соответственно +с и -с. При этом, если сигнал х меньше сигнала хН, то срабатывает элемент 20, его выходной сигнал через элемент ИЛИ 23 появляется на первом выходе блока 5, и одновременно переключает реле 22, обеспечивая коммутацию сигнала хН на второй выход блока 5 через усилитель 21. Если х≥хН, элемент 20 принимает исходное состояние его выходной сигнал переключает реле 22 и на информационном выходе блока 5 появляется сигнал хВ. Если х≥хВ, то срабатывает элемент 19 и его выходной сигнал появляется через элемент ИЛИ 23 на выходе блока 5. Элемент20 при этом находится в исходном состоянии, и на выход реле 22 проходит по-прежнему сигнал хВ. Если входной сигнал находится в зоне допустимых отклонений, то на выходах элементов 19 и 20 - «0»Deviation detection unit is a device that generates a discrete signal at its first output if the input signal x becomes less than the signal xN or more than the signal xV, which determine the lower and upper boundaries of the deadband. It contains (Fig. 4) repeaters with a shift of 17 and 18, the inputs of which are connected to the reference channel x ₀ , and the outputs are connected to the inputs of elements 19 and 20. Using elements 17 and 18, the zone of permissible deviations is set, respectively + s and -s. Moreover, if the signal x is less than the signal xN, then the element 20 is triggered, its output signal through the OR element 23 appears at the first output of block 5, and at the same time switches the relay 22, providing switching of the signal xN to the second output of block 5 through amplifier 21. If x ≥xN, element 20 takes the initial state; its output signal switches the relay 22 and the xV signal appears on the information output of block 5. If x≥xV, then the element 19 is triggered and its output signal appears through the OR element 23 at the output of block 5. Element 20 is in its original state, and the xV signal still passes to the output of relay 22. If the input signal is in the zone of permissible deviations, then at the outputs of the elements 19 and 20 - "0"

Коммутирующие элементы 6 и 7 в данном случае реле, включенные по схеме коммутации двух сигналов, обеспечивают при наличии дискретного управляющего сигнала «1» на выходе блока 5, коммутацию на выход реле 7 сигнала управления, и который равен выходным сигналам заатчиков 8 и 9, а при действии управляющего сигнала «0» - на его выход коммутируется «0» («атмосфера») или условный нуль Р.In this case, the switching elements 6 and 7, the relays switched on according to the switching circuit of the two signals, provide, in the presence of a discrete control signal “1” at the output of unit 5, switching to the output of the relay 7 of the control signal, which is equal to the output signals of the sensors 8 and 9, and when the control signal is “0” - “0” (“atmosphere”) or conditional zero R.

Переключатель 10 построен с использованием трех реле 24, 25, 26 и работает следующим образом. Пока сигнал Z=0, на прямой вход нуль-органа 2 через открытые контакты реле 24 и 26 проходит сигнал с выхода сумматора 4. Одновременно этот же сигнал связан с нижней камерой реле 24, отсеченной от информационного сигнала с выхода блока 5 (сигналы хН или хВ) закрытым контактом реле 24. В результате заявляемый регулятор ничем не отличается от регулятора - прототипа. В нем реализуется закон управления (1), а статическая характеристика регулятора имеет вид фиг.2.The switch 10 is built using three relays 24, 25, 26 and operates as follows. While the signal is Z = 0, a signal from the output of the adder 4 passes through the open contacts of the relay 24 and 26 to the direct input of the zero-organ 2. At the same time, the same signal is connected to the lower chamber of the relay 24, cut off from the information signal from the output of block 5 (xN or xV) with a closed relay contact 24. As a result, the claimed controller is no different from the controller - prototype. It implements the control law (1), and the static characteristic of the controller has the form of figure 2.

Рассмотрим работу регулятора в целом, когда сигнал Z=1, а входная координата х изменяется от нуля в сторону увеличения (см. фиг.3). В момент включения срабатывают реле 24, 25, 26 и элемент 20, на выходе которого «1». В результате выходной сигнал сумматора 4 теперь через нижний контакт реле 25 соединяется с инверсным входом нуль-органа 2. На информационном выходе блока 5 формируется сигнал хН, который с элемента 18 через открытый выходным сигналом элемента 20 верхний контакт реле 22, усилитель 21, нижние контакты реле 24 и реле 26 подается на прямые входы нуль-органа 2 и на вход сумматора 4, на другом входе которого действует выходной сигнал индикатора экстремумов 1 х_э=х_мин=0. Выходной сигнал нуль-органа 2 теперь определяется алгебраической суммой четырех сигналовConsider the operation of the controller as a whole, when the signal Z = 1, and the input coordinate x changes from zero to the side of increase (see figure 3). At the moment of switching on, relays 24, 25, 26 and element 20 are activated, the output of which is “1”. As a result, the output signal of the adder 4 is now connected through the lower contact of the relay 25 to the inverse input of the null-organ 2. At the information output of the block 5, the signal xN is generated, which from the element 18, through the open output signal of the element 20, the upper contact of the relay 22, amplifier 21, the lower contacts relay 24 and relay 26 is fed to the direct inputs of the zero-organ 2 and to the input of the adder 4, on the other input of which the output signal of the extrema indicator 1 x _e = x _min = 0 acts. The output of null-organ 2 is now determined by the algebraic sum of four signals

M(t)=xH-((1-k)·xH+k·x_Э(t))+xH-x(t).M (t) = xH - ((1-k) · xH + k · x _Э (t)) + xH-x (t).

После несложных преобразований с учетом того, что x_э=0, получимAfter simple transformations, given the fact that x _e = 0, we obtain

M(t)=(1+k)·xH-x(t).M (t) = (1 + k) xH-x (t).

Величина сигнала M(t)>0, поэтому выходной сигнал нуль-органа 2 равен «1». Этот сигнал переключает реле 6, и выходной сигнал задатчика 9 через верхние открытые контакты реле 6 и 7 проходит на выход регулятора. Этот сигнал равен +В. Дальнейшее увеличение сигнала переменной x(t) до зоны нечувствительности приводит к переключению элемента 20 и появлению на сигнальном выходе блока 5 «0», который переключает реле 7, через нижний открытый контакт которого на выход регулятора проходит сигнал Р - условный нуль, а на вход сумматора 4 и прямые входы нуль-органа 2 сигнал хВ с выхода элемента 17. Сигнал M(t) становится равным M(t)=(1+k)·хВ-x(t), и остается по-прежнему больше нуля. Поэтому выходной сигнал нуль-органа 2 не меняется. Когда входной сигнал достигает верхней границы зоны нечувствительности хВ, срабатывает элемент 19, выходной сигнал которого переключает реле 7 и через его открытый верхний контакт на выход регулятора вновь проходит сигнал с задатчика 9. Когда сигнал M(t) обращается в нуль, срабатывает нуль-орган 2. Его выходной сигнал переключает реле 6 и на выход регулятора проходит сигнал с задатчика 8, который равен -В.The value of the signal M (t)> 0, therefore, the output signal of the zero-organ 2 is equal to "1". This signal switches the relay 6, and the output signal of the setter 9 through the upper open contacts of the relay 6 and 7 passes to the output of the regulator. This signal is + V. A further increase in the signal of the variable x (t) to the deadband leads to switching of element 20 and the appearance of block 5 “0” on the signal output, which switches relay 7, through the lower open contact of which the signal P passes to the regulator output - conditional zero, and to the input adder 4 and direct inputs of the null-organ 2, the xV signal from the output of element 17. The signal M (t) becomes equal to M (t) = (1 + k) · xB-x (t), and remains still greater than zero. Therefore, the output signal of the zero-organ 2 does not change. When the input signal reaches the upper limit of the deadband xV, element 19 is activated, the output signal of which switches relay 7 and through its open upper contact, the signal from switch 9 passes again to the regulator output. When signal M (t) goes to zero, a zero-organ works 2. Its output signal switches the relay 6 and the signal from the regulator 8, which is equal to -V, passes to the controller output.

Дальнейшее увеличение входного сигнала не приводит к каким-либо изменением состояния регулятора.A further increase in the input signal does not lead to any change in the state of the controller.

При изменении входного сигнала в сторону уменьшения на выходе индикатора экстремумов запоминается сигнал x_макс, и состояние нуль-органа 2 теперь будет определяться суммой сигналовWhen the input signal changes in the direction of decrease, the signal x _{max is} stored at the output of the extrema indicator, and the state of null-organ 2 will now be determined by the sum of the signals

M(t)=xB-((1-k)·xB+k·x_макс(t))+xB-x(t)=xB-k(x_макс(t)-xB)-x(t).M (t) = xB - ((1-k) xB + k x x _max (t)) + xB-x (t) = xB-k (x _max (t) -xB) -x (t).

Однако выходной сигнал нуль-органа 2 по-прежнему не меняется и остается равным «0», поскольку M(t)<0. Когда входной сигнал становится равным сигналу хВ, срабатывает элемент 19 и переключает реле 7. В результате выход регулятора снова становится равным Р. Дальнейшее уменьшение переменной х до значения хН вновь приводит к коммутации сигнала хН на входы нуль-органа 2 и сумматора 4 через открытый выходным сигналом элемента 20 верхний контакт реле 22. В результате состояние нуль-органа 2 теперь будет определятся суммой сигналовHowever, the output signal of the zero-organ 2 is still unchanged and remains equal to "0", since M (t) <0. When the input signal becomes equal to the signal xV, element 19 activates and switches the relay 7. As a result, the output of the controller becomes P. again. Further reduction of the variable x to the value of xH again leads to the switching of the signal xN to the inputs of zero-organ 2 and adder 4 through the open output the signal of element 20 is the upper contact of relay 22. As a result, the state of the zero-organ 2 will now be determined by the sum of the signals

M(t)=xH-k(x_макс(t)-xH)-x(t)M (t) = xH-k (x _max (t) -xH) -x (t)

и его срабатывание произойдет с запаздыванием по отношению к нижней зоне нечувствительности, которая определяется величиной сигнала хН. Далее цикл повторяется.and its operation will occur with delay in relation to the lower deadband, which is determined by the magnitude of the signal xN. Next, the cycle repeats.

На Фиг.5 и Фиг.6 приведены графики переходных процессов (переменной и управления) в релейной системе, полученные методом цифрового моделирования в среде MCAD. Алгоритм функционирования релейного регулятора реализует закон (2). Объект управления переводится из заданного начального состояния х(0)=0 в конечное состояние х₀=0.8 и имеет передаточную функцию

. Настройки и параметры регулятора имели следующие значения: В=1, k=0.3, с=0.1, хН=0.7, хВ=0.9 Процессы на Фиг.5 и Фиг.6 соответствуют управлению при наличии сигнала соответственно Z=0 и Z=l. Нетрудно видеть, что моменты переключения управления точно соответствуют закону (2) и описанию работы устройства.Figure 5 and Figure 6 shows the graphs of transients (variable and control) in the relay system, obtained by digital modeling in the MCAD environment. The algorithm for the operation of the relay controller implements the law (2). The control object is transferred from a given initial state x (0) = 0 to the final state x ₀ = 0.8 and has a transfer function

. The settings and parameters of the controller had the following values: B = 1, k = 0.3, c = 0.1, xH = 0.7, xB = 0.9. The processes in Fig. 5 and Fig. 6 correspond to control in the presence of a signal, respectively, Z = 0 and Z = l. It is easy to see that the moments of control switching exactly correspond to the law (2) and the description of the operation of the device.

Следует обратить внимание также на то, что в данном устройстве можно изменением настроек трансформировать его статические характеристики. Если, например, в сумматоре 4 установить коэффициент k=0, регулятор становится регулятором типа «идеальное» реле с зоной нечувствительности, а дополнительно установив величину с в блоке 5 равным нулю, он превращается просто в «идеальное» реле. Изменяя настройки устройства, можно легко получить нелинейность типа реле с положительным или отрицательным гистерезисом без зоны нечувствительности, нелинейность типа «сухое трение» и другие (до 8 нелинейностей), чем и достигается цель заявки.You should also pay attention to the fact that in this device you can change its static characteristics by changing the settings. If, for example, the coefficient k = 0 is set in adder 4, the controller becomes a regulator of the “ideal” relay type with a dead zone, and additionally setting the value of c in block 5 to zero, it simply turns into an “ideal” relay. By changing the settings of the device, one can easily obtain non-linearity of a relay type with positive or negative hysteresis without a dead zone, non-linearity of the “dry friction” type and others (up to 8 non-linearities), which achieves the purpose of the application.

Claims

A controller with a relay characteristic, containing two switching elements, an abnormality detection unit, two output level adjusters, a relay unit, a zero-organ, an adder, an extreme indicator, the outputs of which are connected to the inputs of the relay unit, the first input of the controller is connected to the input of the extreme indicator and the first the inverse input of the zero-organ, the first input of the adder is connected to the output of the relay block, and the second input of the adder is connected to the signal output of the deviation detection unit, the first and second signal inputs of they are connected respectively to the first and second inputs of the controller, the control output is connected to the control input of the second switching element, the output of the zero-organ is connected to the control input of the first switching element, the first and second information inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second adjusters of the output signal level, output - to the information input of the second switching element, the output of which is connected to the output of the controller, characterized in that a switch is inserted into it, the first information the ion input of which is connected to the output of the adder, the second information input is connected to the information output of the deviation detection unit, and the control input is connected to the third input of the controller, the first output of the switch is connected to the first direct input of the null organ, the second output of the switch is connected to the second inverse input of the null organ, the third output of the switch is connected to the first and second direct inputs of the zero-organ, while the switch provides the ability to switch the controller both ahead and delayed relative iju to signals defining the deadband limits when changing the operating switch signal.