SU1179267A1 - Цифровой регулятор - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматическому регулированию, а точнее к системам регулирования с частотными преобразователями регулируемого параметра в цепях обратной связи.

Целью изобретения является повышение надежности регулятора.

На фиг, I приведена функциональ- . нггя схема цифрового регулятора; на Фиг. 2 ·· временные диаграммы. ю

Цифровой регулятор содержит генератор 1 опорной частоты, преобразователь 2 код - частота, делитель 3 частоты, блок 4 сравнения, преобразователь- 5 код напряжение, блок 6 уп- 15 раваеиил, двигатель 7, преобразователь о ιкороетъ - частота, первый 9 и второй 10 формирователи импульсов, элемент 2И-ППИ 11, вход 12 регулятора, счетчики 13 и 14 импульсов, первый 15 и второй 16 элементы И, первый 17 и второй 18 КЗ-триггеры, третий 19 и четвертый 20 элементы И, третий КЗ-триггер 21, сигнальные выходку 22 и 23-, элемент ИЛИ 24, дели-25 тель 25 частоты, третий формирователь, 26 импульсов и элемент 27 задержки ,

1

Сигнал задания вырабатывается в форме выходной частоты делителя 3 30

частоты, включенного на выходе преобразователя 2, частота которого пропорциональна коду уставки, вводимой в преобразователь по входу 12, и частоте опорного генератора 1. Сигнал35 обратной связи вырабатывается датчиками преобразователя 8, связанного с двигателем, обеспечивающим импульсные прямоугольные сигналы на первом и втором выходах преобразователя -8, 40

связанных с формирователями 9 и 10 коротких импульсов, соответствующих переднему и заднему фронтам сигналов на каждом выходе преобразователя 8. Короткие импульсы с частотой 45 обратной связи £_ос поступают через схему 2И-ИЛИ 11 на один из входов блока 4 сравнения, на второй вход которого поступают импульсы частоты задания Г₃, Блок 4 сравнения, выпол- 50 ценный на основе реверсивного счетчика, производит интегральное сравнение частот, вырабатывает код ошибки и с помощью преобразователя 5 код - напряжение управляет блоком 6 55

управления. Точность регулирования выходного параметра в установившемся режиме определяется только стаоильностью частоты опорного генератора . 1,

С целью повышения надежности регулятора в целом в -нем применено резервирование узла, находящегося в наиболее тяжелых эксплуатационных условиях (первичного преобразователя регулируемого параметра), с возможностью автоматического переключения в цепи обратной связи с рабочего канала на резервный. Переключение каналов производится путем смены блокировки на управляющих входах элементов И схемы 2И-ИЛИ 11. Контроль исправности ведется непрерывно по отношению как к рабочему, так и резервному каналам. Переключение иа резервный канал производится только при наличии сигнала исправности резервного канала.

Контроль исправности того или иного выхода преобразователя 8 осно-. ван на контроле скважности (коэффициента заполнения 1<₃) следования сигналов прямоугольной формы на каждом из упомянутых выходов, При нормальной настройке датчиков преобразователя на скважность, равную двум (К₃ = 0,5), отклонение значений скважности как в сторону минимальных, так и в сторону максимальных значений служит характерным признаком нарушения нормальной работы преобразователя (например, самопроизвольное изменение рабочего зазора под действием вибраций между индуктивным. или емкостным чувствительным элементом и вращающимся квантователем (модулятором).

Б предлагаемом регуляторе в качестве нормального (исправного) состояния принят такой режим работы преобразователя, когда коэффициент заполнения сигнала на его выходе лежит в пределах 0,25 с К₃ < 0,75, что соответствует изменению скважности в пределах 4 - 4/3. Так как режим работы преобразователя на границах указанного диапазона, как правило, еще не приводит к отказу регулятора, то сам факт переключения рабочего канала на резервный можно рассматривать как упреждающую меру в силу наметившейся тенденции к полному выходу канала из строя (полное прекращение модуляции сигнала) , что позволяет осуществить переключение каналов своевременно без нарушения режима регулирования.

з и;

Указанные функции реализуются следующим образом.

Счетчики 13 и 14 работают в режиме циклического обнуления, которое производится в моменты поступления 5 на их установочные входы коротких импульсов с выхода формирователей 9 и 10.

Между обнулениями на их счетные · входы с выхода преобразователя 2 поступают импульсы частоты £₃К_(>(гдеКкоэффициент деления делителя 3 частоты) . В установившемся режиме для регулятора описанного типа £₃ = £_ос при емкости счетчиков 13 и 14 равном Ν_ο = 2К₆ число импульсов, которое может поступить на счетный вход за период следования импульсов ,

а значит и за один цикл между двумя очередными обнулениями, при скважноети сигнала датчика, равной двум, оказывается равным 0,5 N . При изменении коэффициента значения сигнала датчика от 0,25 до 0,75 заполнение счетчиков в каждом цикле обнуления колеблется в пределах 0,25 - 0,75 Ν_ο. Причем, как видно из временных диаграмм фиг. 2, в случае как минимального, так и максимального значений К₃ сигнала датчика число, запи- ³⁰ сываемое в соответствующий счетчик между двумя импульсами частоты ί₃, принимает поочередно значения Ν_ΜΟ(ΚΟ

^{и = Ν}ο “ ^Ммакс * ^{ЭлементЬ1 и 15} '

и 16 так подключены к информационным 35 выходам счетчиков 13 и 14, что формируют выходной сигнал при поступлении в счетчик некоторого граничного числа импульсов Ы_Макс принимаемого в качестве уставки срабатывания для ⁴⁰ схемы контроля исправности. Например, при Κ_θ = 8 и Ν_ο = 16 целесообразно выбрать Ν_Μακο = 12 и связать входы элементов И 15 и 16 с двумя старшими разрядами каждого из четырехразряд- ⁴⁵ ных двоичных счетчиков 13 и 14. Как видно из диаграмм фиг. 2, сигнал на выходах указанных элементов И формируется при достижении коэффициентом запоминания сигнала датчика как мак- 50 симального (0,75), так и минимального (0,25) значений и может быть использован как предупредительный сигнал неисправности соответствующего датчика импульсов преобразовате- 55 ля 8, Указанный сигнал устанавливает в единичное состояние КЗ-триггер 17 (18), сигнал с прямого выхода по9267 4

следнего через схему И 19 (20) устанавливает в соответствующее состояние КЗ-триггер 21 и обеспечивает команду для светового сигнала с выхода 22 (23). В случае переключения КЗ-триггера 21 переключается и сигнал блокировки на управляющих входах элементов И схемы 2И-ИПИ 11, что обеспечивает переключение каналов цепи обратной связи. Переключение разрешается лишь при наличии резервного канала в исправном состоянии, которое характеризуется состоянием КЗ-триггера 18 ^17). В случае неисправности резервного канала сигнал нуля с инверсного выхода КЗ-триггера этого канала (например, триггер 18) блокирует элемент И рабочего канала (в данном случае И 19). Очевидно , что каждый из каналов может быть как рабочим , так и резервным . Последнее определяется исходным состоянием триггера 21 .

Данное описание работы системы соответствует работе схемы прототипа. Известная схема хотя и осуществляет контроль исправности датчиков преобразователя код - частота и переключение в случае необходимости неисправного канала на исправный резервный, однако недостаточно надежна, что свя- зано с неопределенностью выбора момента переключения. Так, при включении системы регулирования в работу в течение разгона двигателя до уровня скорости, заданного значением частоты на первом входе блока сравнения 4, первоначально фиксируется ложная неисправность в обоих каналах обратной связи, так как известная схема контроля работоспособна лишь при частотах задания и обратной связи, близких к синхронным, и при

» £_ос числа, записываемые в счетчики 13 и 14, превышают допустимые значения. Так как момент обнуления КЗ-триггера 17 и 18 в схеме прототипа не связан с уровнем скорости или с цикличностью работы преобразователя 8, то при одном из действительно неисправных каналов обратной связи неисправный может оказаться заблокированным к моменту перехода системы к установившемуся режиму.

Это либо сделает этот переход невозможным, либо оставит в работе канал,

работающий на грани отказа.

5

1179267

6

Кроме того, для случая, когда оба датчика преобразователя 8 работают со скважностью, близкой к недопустимой, для решения вопроса о необходимости и возможности переключения каналов желательна проверка состояния каждого из них на протяжении полного периода работы обоих датчиков .

В данном регуляторе обе задачи решаются путем привязки момента обнуления КЗ-триггеров 17 и 18 и момента возможного переключения к циклу работы самого преобразователя 8 с помощью делителя частоты, который запускает формирователь 26 импульса переноса на каждом К-м цикле работы преобразователя, Импульс переноса опрашивает с помощью элементов И 19 и 20 состояние КЗ-триггеров 17 и 18 и в случае необходимости переключает каналы, а затем с некоторой задержкой обнуляет КЗ-триггеры 17 и 18.

Как видно из временной диаграммы фиг, 2, цикличность работы делителя 25 частоты определяется числом импульсов, поступающих через элемент ИЛИ 24 на его счетный ход из обоих каналов обратной связи за время его переполнения. При емкости пересчетного устройства, равной восьми, и исправных обоих каналах цикличность формирования импульса переноса равна, двум полным периодам изменения сигнала работы на одном из выходов преобразователя 8, Сформированный таким образом цикл гарантирует перекрытие по крайней мере одного полного периода изменения сигнала и на втором выходе преобразователя 8. Цикличное обнуление КЗ-триггеров 17 и 18 и опрос состояния "Исправ.ен - неисправен" на каждом втором периоде работы преобразователя обеспечивает надежное и оперативное резервирование канала обратной связи независимо от предшествующего режима работы системы, В случае полного выхода из строя одного из датчиков преобразователя (отсутствие рабочей модуляции сигнала) цикл обнуления и опроса удлиняется вдвое, счетчик неисправного канала (13 или 14) не обнуляется совсем и на каждом цикле своего переполнения подтверждает по 3-входу КЗ-триггера 17 или 18 состояние неисправности, которое сигнализируется наличием выходного напряжения на соответствующем выходе (22 или 23) и блокирует схему от переключения на неисправный канал,

Таким образом, предлагаемая схема обеспечивает резервирование элементов регуляторов, находящихся в наибо- . лее тяжелых эксплуатационных условиях, - первичных преобразователей (датчиков импульсов), связанных непосредственно с исполнительным элементом (двигателем). Так как в принципе работы схемы контроля заложено предварение аварийной ситуации (при значениях коэффициента заполнения сигнала 0,25 и 0,75 еще, как правило., обеспечивается нормальное преобразование сигнала в короткие импульсы частоты обратной связи на каждом из фронтов), то даже при выходе из строя резервного канала нарушения процесса регулирования, а значит, и технологического процесса не наступает при своевременной реакции персонала на световой предупредительный сигнал.

Усовершенствование схемы контроля обеспечивает работоспособность всей системы в реальных условиях эксплуатации, а значит повышает надежность ее работы.

1179267

Фиг.1

1179267

38

Вых. ηρεοδρ. 2 (й-Кв) ΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ	ШШЛ11НШ11111 ΙΙΙίΙΙΙΙΙΙΙΙ II ΙίΙ
Вых. ππεοδο. 8 -1 Г I		|-η |.......

Вых преодр. 8-Ζ Вых 2И- ИЛИ

ΙΞΞΞΧ

ΧΞ

1

.С

312

X........»

(0,2333 0,75Νρ

бы/.яреоЗр. ί Щ1ШШ1Ш1Ш1ШШШШШШДΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ

вых. пре одр. 8-1 ΓΞ~~~~Ί ~ Ί Г~"~-"~Ί Г~"-~1Г~

Вых. преодр 8-2.

Вых. ИЛИ 22

Вых. форм. 26 1 Вых. элемента27.

Вых. И15 . .

Вых. Т_г 17 Вых. Т_г 21 Вых. 2И- ИЛИ

1 С

1__к.ХХ.-Х.Х

χ..„.

±и

Г”

X.

ΙΙΙ1ΙΙΙ1ΙΙΙΗΙΙΙΙΙΙΙ1ΙΙΙΙΙΙ1ΙΙ	3 12 ιιίιϊιιιιιιιιιι	(30,75Νοϊ ΙΙΙΙΙΙΙΙίΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙΙ
ΕΧΞΙ-ХХ		X_0

X

ΧΖ

1Л1—ХХ-Х

хл

их

Вых преодр. 2

Вых.преоЛр. 8-1 Вых. преодр. 8~2 Вых. ИЛИ 22

Вых. форм. 28 |_

Вых. элемента 2 7А. дых. И15 . __

Вых. Тг 17 _

Вых. Тр 21 ' __{_}

Вых. 2И-ИЛИ I

XX

11

XI

иь

(30,25Ио)

Фиг.2

Claims (2)

1. ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР, содержащий последовательно соединенные генератор опорной частоты, преобразователь код - частота, делитель частоты, блок сравнения, преобразователь код - напряжение, блок управления и двигатель, вал которого механически связан с преобразователем скорость - частота, а также счетчики импульсов, элементы И, КЗ-триггеры, формирователи импульсов и элемент 2И-ИЛИ, выход которого соединен с 'вторым входом блока сравнения, а первые входы - соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов и К-входами первого .и второго счетчиков импульсов, С-входы которых подключены

   к выходу преобразователя код - частота, а выходы старших разрядов через первый и второй элементы И - к 5-входам первого и второго КЗ-триггеров, прямые выходы которых соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И и с сигнальными выходами регулятора, а инверсные выходы - с вторыми входами четвертого и третьего элементов И, выходы которых подключены соответственно к К-входу и 3-входу третьего КЗ-триггера, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми входами элемента 2И-ИЛИ, а выходы преобразователя скорость — частота с входами соответствующих формирователей импульсов, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности, в него введены последовательно соединенные элемент; ИЛИ, делитель частоты, третий формирователь импульсов и элемент задержки, выход которого подключен к К-входам первого и второго КЗ-триггеров, выход третьего формирователя импульсов соединен с третьими входами третьего и четвертого элементов И, а входы ' элемента ИЛИ - с выходами первого и второго формирователей импульсов.

   >

   1

   1179267
2. 2