Изобретение отнрситс к регулирую щим устройствам систем управлени и регулировани , к управл ющим элементам примен емым в системах общего назначени , реализующих релейные и линейные законы управлени . Известно управл ющее устройство, состо щее из релейного блока, на вход которого дополнительно подаетс высокочастотный периодический сигнал от генератора колебаний, вследствие чего достигаетс вибрационна линеаризаци характеристики устройства Cl Однако использование дополнительного генератора дл линеаризации характеристики управл ющего устройст ва усложн ет его конструкцию. Наиболее близким к предлагаемому вл етс управл ющее устройство, имеющее вибрационно-линеаризованную характеристику, состо щее из последовательно соединенных первого резис тора, операционного усилител и исполнительного релейного блока, при чем к выходу усилител присоединен конденсатор 1,2 J. Недостатком этого управл ющего устройства вл етс мала точность и нелинейность его характеристики, обусловленна тем, что в устройстве неинвертируюпщй вход усилител соединен с конденсатором через резистор , что приводит к экспоненциальному характеру зар да и разр да конденсатора . Цель изобретени - повышение точности управл ющего устройства и линейности его характеристики. Указанна цель достигаетс тем, что в управл ющее устройство, содержащее первый резистор, подключенный к неинвертирующему входу операционного усилител , выход которого св зан с входом исполнительного релейного блока и первым выводом конденсатора , дополнительно введены стабилизатор тока и два резистора, причем неинвертирующий вход операционного усилител через стабилизатор тока соединен с вторьм выводом конденсато ра, а инвертирующий вход операционного усилител св зан через второй резистор с выходом операционного уси лител и через третий резистор заземлен . , На фиг. 1 представлена блок-схема управл ющего устройства; на фиг.,2 схема стабилизатора тока; на фиг. 3 типова характеристика стабилизатора; на фиг. 4 - графики процессов, протекающих в управл ющем устройстве. Управл ющее устройство (фиг. 1) состоит из первого резистора (R1) 1, соединенного с неинвертирующим входом операционного усилител 2, который охвачен положительной св зью через конденсатор 3 и стабилизатор тока (Ст) 4 и отрицательной обратной св зью через второй резистор (R2) 5. Третий резистор (R3) 6 включен между входом усилител - 2 и землей. Выход операционного усилител 2 соединен с входом исполнительного релейного блока 7, который представл ет собой, например, электромеханический релейный рулевой привод, электромеханическое реле или другие исполнительные устройства. На фиг. 2 приведен пример выполнени стабилизатора тока 4 с использованием двух встречно включенных диодов 8 и 9, а также полевых транзисторов 10 и 11 (Вольт-амперна характеристика стабилизатора тока 4 показана на фиг 3). В результате введени в операционный усилитель 2 положительной обратной св зи через последовательно соединенные конденсатор 3 и стабилизатор тока 4 в усилителе возникает генераци колебаний. В результате введени отрицательной обратной св зи увеличиваетс диапазон входных сигналов, при которых сохран етс генераци колебаний в усилителе. При генерации колебаний с выхода операционного усилител 2 на вход исполнительного релейного блока 7 поступает сигнал в виде последовательности разнопол рных импульсов, длительность которых зависит от величины входного сигнала устройства. Линеаризованна характеристика устройства рассматриваетс как зависимость сигнала М (посто нна составл юща разложени в р д Фурье сйгнала 1 на выходе управл ющего устройства ) от сигнала U на его входе и определ етс по формуле tl.t - длительности положительного и отрицательного импульсов соответственно . Длительность генерируемых импульсов -- и tj определ етс временем нарастани напр жени на конденсаторе в цепи положительной обратной св зи, которое зависит от величины входного сигнала усилител . Дл устройства-прототипа характер зар да конденсатора экспоненциальный, в силу чего длительности импульсов t и tj нелинейно завис т от величины входного сигнала. В предлагаемом уст ройстве вследствие введени стабилизатора тока зар д конденсатора происходит линейно, что позвол ет улучшить линейность характеристики устройства . Характер процессов, происход щих в операционном усилителе управл ющего устройства в ре мме колебаний, иллюстрируетс фиг. 4. Работа операционного усилител рассматриваетс при условии, что значение входного сопротивлени операционного усилител значительно.больше значений сопро тивлений R,, Rj, За начало отсчета времени выбран момент, когда напр жение Uy на выходе усилител ме н ет свое значение с -и„ на +U (где UH - напр жение насьщени усилител фиг. 4). Сигнал И на выходе устройства повтор ет напр жение U. В интервалах знакопосто нства управлени (отрезки времени t и t) работа стабилизатора 3 характеризуетс двум режимами - режимом стабилизации тока 1 и режимом работы, когда ток в цепи стабилизатора мен етс . При Ig const падение напр жени Uj на стабилизаторе удовлетвор ет условию I и h/а j где а - зона линейности характеристики стабилизатора (фиг. 3). Режиму стабилизации соответствуют на фиг. 4 отрезки времени t, и tj .В режиме стабилизации обеспечиваетс посто нство напр жеНИИ и и Uj на входах усилител (фиг. 4). Напр жение U пропорционально выходному напр жению усилител , равному напр жению насыщени , а напр жение U, определ емое по формуле Resign Uj, (2) посто нно, так как I5 const. По мере зар да конденсатора током величина падени напр жени U на стабилизаторе уменьшаетс , но U2 const. При ( начинаетс уменьшение тока в цепи Стабилизатора, вследствие 1 1 чего происходит изменение напр жени Uj . До тех пор, пока выполн етс условие |и,-и,|.где у. .- коэффициент усилени усили тел , усилитель находитс в насыщении. При IUji-U. I -- усилитель выходит из насыщени . За счет положительной обратной св зи усилитель неустойчив, если выполн етс условие (н ЬтгЖ/ где К - крутизна линейного участка характеристики стабилизатора тока (см. фиг. 3). Неустойчивость усилител приводит, к тому, что он практически мгновенно измен ет знак выходного напр жени и входит в насьщение. Максимальное значение падени напр жени на стабилизаторе U mcjuc устанаеливаетс сразу после скачкообразного изменени знака выходного напр жени усилител и определ етс зависимостью U«M«KC(UH-IOR,) Sign Uj-U,. (5) в предельном случае, когда , зависимость (1) имеет вид i;R7u; при этом получают линейную зависимость посто нной составл ющей разложени в р д Фурье сигнала на выходе устройства от входного сигнала. Технико-экономический эффект т использовани предлагаемого правл юа его устройства по сравнеию с устройством-прототипом.обусовлен увеличением степени линейности характеристики устройства и увеичением его точности. В случае, огда параметры предлагаемого устройства таковы, что выполн етс условие iUt oKcUa, т.е. когда стабилизатор тока работает как резистор (см. характеристику стабилизатора на фиг.З) меет место экспоненциальный зар д конденсатора. В этом случае характеристика предлагаемого устройства совпадает с характеристикой устройства-прототипа и определ етс по формуле iV4(/V M-V iRi HlS-ti) (JJ) ,l в случае, когда а характеристика предлагаемого устрой ства определ етс выражением (6). При изменении параметров устройс ва и обеспечении услови 1и4д,акс1 а линейность характеристики вьш1е, чем у устройства-прототипа. Таким образом, при выборе параметров , обеспечивающих lUg,, улучшаетс линейность характеристик по сравнению с характеристикой устройства-прототипа . Отрицательна обратна св зь при водит к увеличению диапазона входных сигналов уси.лител при работе усилител в линейном диапазоне. Однако в управл ющем устройстве уси литель работает в основном в режиме насыщени . Усилитель работает в линейном режиме только в моменты пере ключений, длительность которых пренебрежимо мала по сравнению с длительностью интервалов знакопосто нства управлени t и t (фиг.4). Расширение диапазона работы предлагаемого устройства вследствие введе ни отрицательной обратной св зи обосновьюаетс формулой ( U,UJ(-.U,-U,) (Л-Ц,)Иц-Ц.) (81 -Ун-). ч-х-оThe invention relates to control devices of control and regulation systems, to control elements used in general purpose systems implementing relay and linear control laws. A known control device consisting of a relay unit, to the input of which a high-frequency periodic signal from the oscillator is additionally supplied, as a result of which vibrational linearization of the Cl characteristic of the device is achieved. However, using an additional oscillator to linearize the characteristic of the control device complicates its design. The closest to the present invention is a control device having a vibration-linearized characteristic consisting of a first resistor connected in series, an operational amplifier and an executive relay unit, with a 1.2 J capacitor connected to the output of the amplifier. Its accuracy and nonlinearity are low, due to the fact that in the device the non-inverting input of the amplifier is connected to the capacitor through a resistor, which leads to an exponential the nature of the charge and discharge capacitor. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the control device and the linearity of its characteristics. This goal is achieved in that the control device containing the first resistor connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the output of which is connected to the input of the executive relay unit and the first output of the capacitor, additionally introduces a current stabilizer and two resistors, and the non-inverting input of the operational amplifier through the current stabilizer is connected to the second capacitor terminal, and the inverting input of the operational amplifier is connected through the second resistor to the output of the operational amplifier and Erez third resistor is grounded. , FIG. 1 is a block diagram of a control device; FIG. 2 is a current stabilizer circuit; in fig. 3 types of stabilizer characteristics; in fig. 4 - graphs of the processes occurring in the control unit. The control device (Fig. 1) consists of a first resistor (R1) 1 connected to a non-inverting input of an operational amplifier 2, which is covered by a positive connection through a capacitor 3 and a current regulator (St) 4 and a negative feedback through a second resistor (R2 ) 5. The third resistor (R3) 6 is connected between the amplifier input - 2 and ground. The output of the operational amplifier 2 is connected to the input of the executive relay unit 7, which is, for example, an electromechanical relay steering actuator, an electromechanical relay or other actuators. FIG. 2 shows an example of a current stabilizer 4 using two oppositely connected diodes 8 and 9, as well as field-effect transistors 10 and 11 (the current-voltage characteristic of the current regulator 4 is shown in Fig. 3). As a result of introducing positive feedback into the operational amplifier 2 through a series-connected capacitor 3 and a current stabilizer 4, oscillation is generated in the amplifier. As a result of the introduction of negative feedback, the range of input signals is increased, at which the oscillation generation in the amplifier is maintained. When oscillations are generated from the output of the operational amplifier 2, the input to the executive relay unit 7 receives a signal in the form of a sequence of different-polarity pulses, the duration of which depends on the size of the input signal of the device. The linearized characteristic of the device is considered as the dependence of the signal M (the constant component of the decomposition in the Fourier series of signal 1 at the output of the control device) on the signal U at its input and is determined by the formula tl.t - the duration of the positive and negative pulses, respectively. The duration of the generated pulses - and tj is determined by the rise time of the voltage on the capacitor in the positive feedback circuit, which depends on the magnitude of the input signal of the amplifier. For the prototype device, the character of the capacitor charge is exponential, whereby the durations of the pulses t and tj depend non-linearly on the magnitude of the input signal. In the proposed device, due to the introduction of a current stabilizer, the charge of the capacitor occurs linearly, which makes it possible to improve the linearity of the characteristics of the device. The nature of the processes occurring in the operational amplifier of the control device during the oscillation mode is illustrated in FIG. 4. The operation of the operational amplifier is considered under the condition that the value of the input resistance of the operational amplifier is considerable. More than the resistance values R ,, Rj, The time when the voltage Uy at the output of the amplifier changes its value from –and + U (where UH is the saturation voltage of the amplifier of FIG. 4). The signal And at the output of the device repeats the voltage U. In the intervals of the sign of the control states (time intervals t and t), the operation of the stabilizer 3 is characterized by two modes — the current stabilization mode 1 and the operating mode when the current in the stabilizer circuit varies. At Ig const, the voltage drop Uj on the stabilizer satisfies condition I and h / a j, where a is the zone of linearity of the stabilizer characteristic (Fig. 3). The stabilization mode corresponds to FIG. 4, the time intervals t, and tj. In the stabilization mode, a constant voltage and Uj are provided at the inputs of the amplifier (Fig. 4). The voltage U is proportional to the output voltage of the amplifier, equal to the saturation voltage, and the voltage U, determined by the formula Resign Uj, (2) is constant, since I5 const. As the capacitor charges with current, the voltage drop U at the stabilizer decreases, but U2 const. When (a decrease in the current in the Stabilizer circuit begins, as a result of 1 1 which the voltage Uj changes. As long as the condition | and, -, and | where the voltage is satisfied. - the gain gain of the bodies, the amplifier is in saturation. With IUji-U. I, the amplifier goes out of saturation. Due to the positive feedback, the amplifier is unstable if the condition is met (where L is the steepness of the linear portion of the characteristics of the current regulator (see Fig. 3). The instability of the amplifier results , to the fact that it almost instantly changes the sign of the day off The maximum value of the voltage drop on the stabilizer U mcjuc is set immediately after the jump-like change of the sign of the output voltage of the amplifier and is determined by the dependence U "M" KC (UH-IOR,) Sign Uj-U, (5) in In the extreme case, dependence (1) has the form i; R7u; in this case, a linear dependence is obtained of the constant component of the decomposition in the Fourier series of the signal at the output of the device from the input signal. The technical and economic effect of using the proposed device in comparison with the prototype device was increased by the degree of linearity of the characteristics of the device and increasing its accuracy. In the case when the parameters of the proposed device are such that the condition iUt oKcUa is fulfilled, i.e. when the current stabilizer is acting as a resistor (see the stabilizer characteristic in FIG. 3), the exponential charge of the capacitor takes place. In this case, the characteristic of the proposed device coincides with the characteristic of the device of the prototype and is determined by the formula iV4 (/ V M-V iRi HlS-ti) (JJ), l in the case when a characteristic of the proposed device is defined by expression (6). When the parameters of the device are changed and the conditions of 1 and 4d are satisfied, ax1 and the linearity of the characteristics is higher than that of the device of the prototype. Thus, when selecting parameters that provide lUg ,,, the linearity of the characteristics is improved compared to the characteristics of the prototype device. Negative feedback leads to an increase in the range of input signals of the amplifier when the amplifier is operating in a linear range. However, in the control device, the amplifier operates mainly in the saturation mode. The amplifier operates in the linear mode only at the moments of switching, the duration of which is negligible compared with the duration of the control sign instability t and t (Fig. 4). The expansion of the range of operation of the proposed device due to the introduction of negative feedback is justified by the formula (U, UJ (-. U, -U,) (L-C,) Itz-C. (81-Un-). hh-oh
8 eight
U2 1 1ft При m, стрем щемс к нулю, рабочий диапазон входных сигналов устройства стремитс к диапазону устройствапрототипа , определ емому областью линейности по входным напр жени м усилител без обратной св зи. Таким образом, введение отрицательной обратной св зи ПОЗВОЛЯЕТ во много раз расширить диапазон входных сигналов, при которых обеспечиваетс линеаризаци характеристики устройства. При этом существенно повышаетс точность устройства в результате того, что дрейф нул операционного усилител становитс несравнимо меньше диапазона входных сигналов. За базовый объект прин то устройство С11, состо щее из релейного блока , на вход которого дополнительно подаетс высокочастотный периодический сигнал от генератора колебаний. Предлагаемое управл ющее устройство конструктивно проще базового, так как не содержит дополнительного генератора . В случае, когда в базовом устройстве используетс генератор гармонического сигнала, характеристика устройства нелинейна (см. например , .23), при этом погрешность линейности характеристики базового устройства достигает 15%. Релейные управл ющие устройства более надежны в работе и более экономичны что определ ет возможность широкого применени предлагаемого управл емого устройства в системах с релейным и линейным управлением. Проблема совмещени релейного и линейного законов управлени может быть решена с помощью использовани управл ющих устройств с релейной характеристикой , выполненных на основе предлагаемого устройства.U2 1 1ft. At m, tending to zero, the operating range of the input signals of the device tends to the range of the prototype device, determined by the linearity region of the input voltages of the amplifier without feedback. Thus, the introduction of negative feedback ALLOWS the range of input signals by which to linearize the characteristics of the device. This greatly improves the accuracy of the device as a result of the fact that the drift zero of the operational amplifier becomes incomparably smaller than the input signal range. The device C11, consisting of a relay unit, is taken over the base object, to the input of which an additional high-frequency periodic signal from the oscillator is supplied. The proposed control device is structurally simpler than the base one, since it does not contain an additional generator. In the case when a harmonic signal generator is used in the base device, the device characteristic is non-linear (see, for example, .23), while the linearity error of the characteristic of the base device reaches 15%. Relay control devices are more reliable in operation and more economical, which determines the possibility of wide application of the proposed control device in systems with relay and linear control. The problem of combining relay and linear control laws can be solved by using control devices with a relay characteristic made on the basis of the proposed device.
Фиг.:5Fig.: 5
V,.i/i.Ut,.Us.Uf,lV, .i / i.Ut, .Us.Uf, l