SU1287100A1 - Частотно-импульсный регул тор - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к теплоэнергетической и химической технике и может быть использовано при регулировании различных технологических процессов в сочетании с исполнительными механизмами посто нной скорости. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  и уменьшение перерегулировани  регул тора. Поставленна  цель достигаетс  следующим образом. Сигнал задани  сравниваетс  с регулируемым параметром. Полученный сигнал рассогласовани  преобразуетс  во входном фильтре, в качестве которого используетс  апериодическое звено. Его выходной сигнал поступает на информационные входы компараторов, зоны нечувствительности которых задаютс  соответствующим выбором опорных сигналов. Выходные сигналы компараторов преобразуютс  в выходные импульсные сигналы и усиливаютс  по мощности . Выходные сигналы компараторов поступают на входы элемента ИЛИ, выходной сигнал которого преобразуетс  в импульсный сигнал. Этот сигнал управл ет разр дом интегратора входного 4)ильтра/ Выходные сигналы компараторов преобразуютс  в импульсные сигналы , суммируютс .и результирующий сигнал подаетс  на вход корректир.ующего фильтра, например, апериодического звена. Его выходной сигнал уменьшает величину сигнала рассогласовани .3 ил. с % (Л to 00

Description

1

Изобретение относитс  к теплоэнер гетической и химической технике и мо жет быть использовано при регулирова НИИ различных технологических процес сов в сочетании с исполнительными ме канизмами посто нной скорости.

Целью изобретени   вл етс  повыше ние быстродействи  и уменьшение пере регулировани  регул тора.

На фиг.1 представлена функциональ на  схема регул тора; на фиг.2 - структурна  схема системы регулировани  с данным регул тором; на фиг.3- амплитудно-фазовые частотные характеристики систем регулировани  с прототипом и предлагаемым регул тором.

Устройство содержит блок 1 сравнени , сумматор 2, задатчик 3, источники 4 и 5 опорных сигналов, входной фильтр 6, корректирующий фильтр 7, первый и ёторой компараторы 8 и 9 ключ 10, четвертый, п тый, третий, первый и второй одновибраторы I - 15, элемент ИЛИ 16, первый и второй усилители 17 и 18 мощности, резисторы 19 - 22, операционные усилители 23 и 24, компараторы 25 и 26, нелинейный элемент 27 типа квантователь уровн , динамические блоки 28 и 29, блок 30 положительной обратной св зи объект 31 регулировани , измеритель 32 рассогласовани , сумматор 33, апериодические звень  34 и 35, регул тор 36, годографы 37-40 амплитудно- фазовых частотных характеристик.

На чертежах обозначено: 41 и 42 - области допустимых значений коэффициентов нелинейного блока 27, Ug выходной сигнал датчика регулируемого параметра или регулируема  координата , выходной сигнал задатчи- ка 3, Uj - сигнал рассогласовани  или выходной сигнал блока 1 сравнени , Ua - выходной сигнал входного фильтра 6, и,, и - выходные сигналы соответственно первого и второго компараторов 8 и 9, и, Ug выходные сигналы соответственно четвертого и п того одновибраторов 11 и 12, выходные сигналы соответственно первого и второго усилителей 17 и 18 мощностей, - выходной сигнал элемента ИЛИ 16, - выходной сигнал третьего одновибратора 13, и ,Ujg - выходные сигналы соответственно первого и второго одновибраторов 14 и 15, Щ выходной сигнал сумматора 2, Uyt - выходной сигнал корректирующего фильтра 7, Tj, Tj - посто нные вре

2871002

мени апериодических звеньев 34 и 35, Kj и Кд - коэффициенты усилени  апериодических звеньев 34 и 35, Т , Т, - длительности пр моугольных импульсов,

5 °Б Ср) передаточна  функци  объекта регулировани  31, Д- зона нечувствительности компараторов 8 и 9, (- уровень квантовани  нелинейного элемен

10

}5

квантователь уровн  ,х, та 27 типа

выходной сигнал измерител  32 рассогласовани , х, - выходной сигнал сумматора 33, х - выходной сигнал апериодического звена 34, х - выходной сигнал нелинейного элемента 27

х - вытипа квантователь уровн .

ходной сигнал динамического блока 28, х - выходной сигнал блока 30 положительной обратной св зи, х - выходной сигнал динамического блока 29, 20 Xj - выходной сигнал апериодического звена 35, Xg - выходной сигнал объекта 31 регулировани  или регулируема  координата, Xjg - сигнал задани .

25 .Первый компаратор 8 в сочетании с первым источником 4 опорного сигнала образует первый релейный блок с несимметричной релейной характеристикой , а второй компаратор 9 в сочетании со вторым источником 5 опорного сигнала образует второй релейный блок с несимметричной релейной характеристикой .

Работа регул тора осуществл етс 

35 следующим образом.

На третий (инверсньй) вход блока

30

L сравнени  поступает сигнал U

вх

выхода датчика регулируемого параметра . На первый (неинвертируютий) вход

блока 1 сравнени  поступает сигнал с выхода задатчика 3 регулируемого параметра. Результирующий сигнал рассогласовани  U с выхода блока 7 сравнени  поступает на информадионный вход входного фильтра 6. При достижении сигналом tl, на выходе входного фильтра 6 величины, превышающей значение зоны нечувствительности соответствующего компаратора 8

(или 9), происходит срабатьшание последнего . Например, если сигнал Ug в процессе -изменени  задани  становитс  больше сигнала Ug , то сигнал Uj больше О, сигнал U. меньше О (в случае , если входной фильтр 6 осуществл ет инвертирование сигнала), просходит срабатывание второго компаратора 9. Порог срабатывани  первого и йторого компараторов 8 и 9 опре10

15

31287100

дел етс  величиной сигналов на выходах источников 4 и 5 опорных сигналов . При срабатывании второго комла- ратора 9 на его выходе формируетс  кусочно-посто нный сигнал U. По его переднему фронту происходит запуск п того, третьего и второго одновиб- раторов 12, 13 и 15. Длительность импульса на выходе п того одновибра- тора 12 выбираетс  исход  из требуемого коэффициента усилени  системы и характеристик исполнительного устройства . Длительность импульса на выходе третьего одновибратора 13 выбираетс  минимально возможной исход  из услови  полного разр да компаратора 25 входного фильтра 6 за врем  импульса , так как .при запуске третьего одновибратора 13 происходит срабатывание ключа 10 и разр д компаратора 25 фильтра 6. Длительность импульса на выходе второго одновибратора 15 выбираетс  расчетным или опытным путем исход  из динамических характеристик системы и параметров регул тора , например построением при прин той длительности импульса частотной характеристики приведенной линейной части системы автоматического регулировани . При запуске всех одно- вибраторов 11-15 регул тора (фиг.) предполагаетс , что сигнал на их выходе при входном импульсе имеет положительное значение и равен О при отсутствии импульса на входе.,

Выходной сигнал второго одно- вибратора 15 через сумматор 2 поступает на вход корректирующего фильтра 7. При этом на выходе корректирующестви  частота импульсов уменьшаетс  и уменьшаетс  величина корректирующего сигнала на выходе фильтра 7

Таким образом, в установившемс  режиме на величину статической ошибки регулировани  обратна  св зь не оказьгоает воздействи , увеличива  бы стродействие регул тора во врем  переходного процесса.

Эффективность предложенного регул тора может быть по снена при рас смотрении его структурной схемы в со ставе системы. При использовании в качестве входного фильтра 6 апериоди ческого звена первого пор дка на основании имеющихс  результатов исследовани  частотно-импульсных систем управлени  структурна  схема системы автоматического регулировани  с использованием данного регул тора может быть представлена в виде, пока- занном(на фиг 12), где W - нелинейный элемент 27 вида квантователь уровн , 28 и 29 - динамические блоки с

25 передаточной функцией W(p) , характеризующие формирователи пр моугольных импульсов длительностью Tf , 30 - блок положительной обратной св  зи с коэффициентом передачи

30 характеризующий вли ние периодического сброса входного фильтра 6 на работу системы. Поскольку динамические блоки 28 и 29 формирователи пр моугольных импульсов) с передаточ35 ной функцией l-e Pпредставл ют собой звень  дискретного дифференцировани , то на высоких частотах отрицательна  обратна  св зь регул тора при соответствующем коэ ффициенте пе20

го фильтра 7 начинает возрастать сиг- 40 редачи обеспечивает компенсацию по- нал Uj , которьш поступал на второй (инверсный) вход блока I сравнени , частично компенсиру  сигнал рассогласовани  Uj .

При сохранении величины сигнала рассогласовани  И описанный процесс повтор етс  и на выходе регул тора формируетс  последовательность моделожительной обратной св зи и работа регул тора становитс  близкой к работе статического регул тора. На низ ких частотах действие обра тной св зи 45 с корректирующим фильтром 7 уменьшаетс  и становитс  равным О при отсутствии импульсов управлени  на вьп ходе регул тора. Поэтому в установившемс  режиме статическа  ошибка

ложительной обратной св зи и работа регул тора становитс  близкой к работе статического регул тора. На низ ких частотах действие обра тной св зи 45 с корректирующим фильтром 7 уменьшаетс  и становитс  равным О при отсутствии импульсов управлени  на вьп ходе регул тора. Поэтому в установившемс  режиме статическа  ошибка

лированных по частоте и знаку импульсов управлени . Чем больше величина 50 регул тора не прёвьш1ает величины, до сигнала рассогласовани  V, тем боль- статочной дл  срабатывани  компара ше частота импульсов, тем больше корректирующее воздействие обратной св зи , образованной корректирующим фильторов 8 и 9.

На фиг.З представлены амплитудно- фазовые частотные характеристики ci -

тром 7, сумматором 2 и первым и йто- 55 стемы автоматического регулировани  рым одновибраторами 14 и 15. При с передаточной функцией объекта yit- уменьшении величины сигнала рассогласовани  Uj в процессе отработки управл ющего или возмущающего воздейравлени  в WoE:(P)Ke

виде

-7р i

(И-Тр)р

5

стви  частота импульсов уменьшаетс  и уменьшаетс  величина корректирующего сигнала на выходе фильтра 7.

Таким образом, в установившемс  режиме на величину статической ошиб. ки регулировани  обратна  св зь не оказьгоает воздействи , увеличива  быстродействие регул тора во врем  переходного процесса.

Эффективность предложенного регул тора может быть по снена при рассмотрении его структурной схемы в составе системы. При использовании в качестве входного фильтра 6 апериодического звена первого пор дка на основании имеющихс  результатов исследовани  частотно-импульсных систем управлени  структурна  схема системы автоматического регулировани  с использованием данного регул тора может быть представлена в виде, пока- занном(на фиг 12), где W - нелинейный элемент 27 вида квантователь уровн , 28 и 29 - динамические блоки с

5 передаточной функцией W(p) , характеризующие формирователи пр моугольных импульсов длительностью Tf , 30 - блок положительной обратной св  зи с коэффициентом передачи ,

0 характеризующий вли ние периодического сброса входного фильтра 6 на работу системы. Поскольку динамические блоки 28 и 29 формирователи пр моугольных импульсов) с передаточ5 ной функцией l-e Pпредставл ют собой звень  дискретного дифференцировани , то на высоких частотах отрицательна  обратна  св зь регул тора при соответствующем коэ ффициенте пе0

редачи обеспечивает компенсацию по-

ложительной обратной св зи и работа регул тора становитс  близкой к работе статического регул тора. На низких частотах действие обра тной св зи с корректирующим фильтром 7 уменьшаетс  и становитс  равным О при отсутствии импульсов управлени  на вьп ходе регул тора. Поэтому в установившемс  режиме статическа  ошибка

регул тора не прёвьш1ает величины, до статочной дл  срабатывани  компара

регул тора не прёвьш1ает величины, до статочной дл  срабатывани  компара

торов 8 и 9.

На фиг.З представлены амплитудно- фазовые частотные характеристики ci -

стемы автоматического ре с передаточной функцией

равлени  в WoE:(P)Ke

виде

-7р i

(И-Тр)р

К 50;

Т 1 S- 1 J

т 20;

т, TTj 0.;

Т,Тг 0,1; К 1,0; 0,1; 6 1,0

К,

1:

Дл  регул тора-прототипа амплитудно- фазова  частотна  характеристика приведенной линейной части системы характеризуетс  годографом 37 при отрицательном инверсном комплексном коэф- фициенте усилени  нелинейного элемента 27 (занимающего область 41 на фиг.З). Как видно из фиг.З, данна  система неустойчива. Дл  предлагаемо - го регул тора комплексный коэффици- ент усилени  нелинейного элемента 27 занимает область 42 на фиг.З.

Годограф 39 соответствует амплитудно-фазовой частотной характеристи- ке системы при отключенной отрица- : тельной обратной св зи, годограф 38 - амплитудно-фазовой частотной характеристике системы при работе данного регулйтора, годограф 40 - амплитудно- фазовой частотной характеристике системы при использовании в качестве корректирующего фильтра .7 интегратора , а в качестве одновибратора в цепи отрицательной обратной св зи - дифференциатора, т.е. при полной компенсации положительной обратной св - зи. .

Амплитудно-фазовые частотные характеристики систем показывают, что быстродействие предлагаемого регул г тора близко к предельному при высоких точностных характеристиках. Предельное быстродействие может быть получено при использовании в качестве корректирующего фильтра 7 интегратора , однако в этом случае в системе

5 0

0 5

0 5

регулировани  возникает статическа  ошибка, завис ща  пропорционально от величины задани . Теоретический анализ показывает , что использование описываемого регул тора позвол ет существенно повысить динамические характеристики систем регулировани , в том числе уменьшить врем  регулировани , уменьшить перерегулирование при одновременном исключении автоколебательных режимов и при простоте технической реализации.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Частотно-импульсный регул тор содержащий сумматор, первый и второй одновибраторы и последовательно соединенные задатчик, блок сравнени  и входной фильтр, соединённый выходом с информационными входами первого и второго компараторов, подключенных опорными входами к выходам соответ- .ственно первого и, второго источников опорных сигналов, а выходами - к соответствующим входам элемента ИЛИ, соединенного выходом через третий од- новибратор с управл ющим входом входного фильтра, выход первого компаратора через четвертый одновибратор соединен со входом первого усилител  мощности, выход второго компаратора через п тый одновибратор соединен со входом второго исполнительного механизма , отличающийс  тем, что, с целью повьшени  быстродейст ВИЯ и уменьшени  перерегулировани  регул тора, в нем дополнихельно установлен корректирующий фильтр, соединенный выходом со вторым входом блока сравнени , а входом - с выходом сумматора, подключенного- первым и вторым входами к выходам соответственно первого и второго одновибра- торов, соединенных входами с выходами соответственно первого и второго компараторо:в &

   32

   3/

   WcS(p)

   8.

   Частотно--инпиллс- циц fffiy/fffmSflI

   фуе J

   и