SU999012A1 - Релейна система регулировани - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к релейНЕлм ,системам, содержащим релейный блок с инерционной обратной св зью, и мо-. жат быть использовано при управлении и регулировании горными машинами, в частности при регулировании нагрузки проходческих комбайнов и буровых машин .

Известна репейна  система регулировани , содержаща  последовательно соединенные задатчик, блок сравнени , трехпозиционный релейный блок,исполнительный механизм и объект регулировани  , выход которого соедин1эн с вторым входом блока сравнени , а также инерционный блок обратной св зи, первый вход которого подключен к выходу трехпозиционного релейного блока, а второй вход через блгк коррекции подключен к выходу блока сравнени , . а выход подключен к второму входу трехпозиционного релейного блока til..

Однако регул тор известной систеьм имеет посто нный козффициент усиленн  и поэтому она обладает низким йлстродействием и точностью в том слу.чае, когда коэффициент усилени  объекта регулировани  измен етс  в ШИРОКИХ пределах. По вление высоко:частотн 1х составл ющих в известной степени приводит к частым срабатывани м релейного и исполнительного Механизма , т.е. к сокращению срока службы всей системы..

Известна также релейна  система регулировани , содержаща  последойатально соединенные задатчик,блок сравнени 

10 трехпозиционный релейный блок, исполнительный механизм, объект регулировани , выход которого соединен с втором входом блока сравнени , а также сум- мирующий блок, первый вход которого соединен с выходом трехпозицнонного

15 релейного блока, второй выход через датчик скорости подключен к шлходу испол1штельного механизма, а выход через инерционный блок соединен с вторым входом трехпозициоиного релей20 ного блока 23.

В этой системе за счет подстройки коэффициента усилени  регул тора осуществл етс  -стабилизаци  общего коэффициента усилени  системы в том

25 случае/ когда коэффициент усилени  объекта регулировани  мен етс  в широком диапазоне. Однако определение необходимого коэффициента усилени  . регул тора этой системы производитс 

0 . на основе априорной информации об

объекте регулировани , котора   вл етс  накоторым приближением его реальных параметров, поэтому, несмотр  на стабилизацию общего коэффициента усилени  систем л , открытым остаетс  вопрос оптимален ли он . Из вестно, что дл различных режимов работы системь 1 нужны различные критерии оптимальности . Так например, при большом сигнале рассогласовани  оптимальным  вл етс  критерий максимума быстродейстБи , что достигаетс  увеличением коэффициента усилени  системы до максимального . При малых сигналах рассогласовани  критерием оптимальности  вл етс  минимум ошибки, что имеет место на границе устойчивости системы. А при по влении высокочастотных составл ющих в системе происход т часты срабатывани  регул тора вхолостую, что сокращает срок службы системы и, следовательно, в этом режиме критери ,ем оптимальности  вл етс  увеличение срока службы системы. Таким образом, дл  различных режимов работы известной системы необходимы различные критерии оптимальности,а значит,и различные значени  коэффициентов усилени  системы , а не стабилизаци  значени  коэффициента усилени , осуществл ема  в изве стной системе.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности  вл етс  релейна  система регулировани , содержаща  последовательно соединенные детектор и инерционный блок и последовательно соединенные задатчик, первы блок сравнени , второй сравнени , усилитель, трехпозиционный реленый блок и исполнительный механизм, подключенный выходом к входу объекта регулировани , подключенного выходом к второму входду первого блока сравнени , выход инерционного блока подключен к второму входу второго блока Сравнени  3,

Недостатки известной системы низкие точность и быстродействие, а также мала  ее долговечность.

Цель изобретени  - повышение точности , быстродействи  и долговечности системы.

Поставленна  цель достигаетс  тем что в системедополнительно установлены последовательно соединенные триггер и дифференцирующий блок, выход которого соединен с входом детектора , а вход трипера подключен к выходу трехпозиционного релейного блока.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2 - временные диаграммы работы ее основных блоков.

Система содержит первый блок сравнени  1, релейный усилитель 2, второй блок сравнени  3, усилитель 4, трвхпозиционний релейный блок 5, объект регулировани  6, триггер 7,

дифферен1;ирую1аий олок 8, детектор 9, инерционный блок 10, задатчик 11, исполнительный механизм 12, регул тор 13, резисторы 14-16, конденсаторы 17 и 18.Р - сигнал на выходе i-ого блока системы, t - врем ,

Система работает следующим образом .

На блок сравнени  1 поступают фактическое значение регулируемого сигнала Р с выхода объекта регулировани  6 и сигнал задани  с выхода задатчика 11. В блоке сравнени  1 сигналы Р и P jсравниваютс  и на его выходе формируетс  сигнал рассогласовани  Р, который поступает на вход релейного усилител  2.Трехпозиционный релейный блок 5 релейного усилител  2 устанавливаетс  в одн из трех состо ний: наброса (+ 1), сброса i,-l) и нейтральное (О), в зависимости от величины и знака сигнала рассогласовани  Р-, и коэффициента усилени  усилител  4. Выходной сигна Pg- релейного усилител  2 через испол нительный механизм 12 воздействует н объект регулировани  таким образом, чтобы регудируемнй сигнал Р стремилс  к сигналу задани  Р,- Одновременно выходные сигналы релейного усилител  2 поступают на триггер 7, который в зависимости от пол рности входного сигнала переключаете. в одно из своих состо ний (1,0), Пока на выходе релейного усилител  2 отсутствует зпагапеременный сигнал ) , триггер 7 находитс  в одном из устойчивых состо ний (1 или 0). При Г:: .: выходной сигнал триггера 7 не ироходит через дифференцирующий бпок : и на выходе сигнал Р инерцион;-;ого блока 10 будет равен нулю. При этоь. усилитель 4 максимальный коэффициент усилени , равный практически бесконечности, что повышает быстродействие системы и минимизирует ее ошибку. Рассмотренный случай характерен дл  режима системы, когда средн   величина ее сигнала рассогласовани  не равна . Если средн   величина рассогласовани  Р системы равна нулю, то это означает достижение объектом регулировани  6 заданной нагрузки. Отклонение сигнала рассогласовани  от нул  в положительную или отрицательную сторону приведет к по влению знакопеременного сигнала на выходе релейного усилител  2, который воздействует на объект регулировани  6 таким образом чтобы сигнал рассогласовани  Р. был равен нулю. Если этого сделать не удаетс , то на выходе релейного усидителк 2 знакопеременный сигнал не исчезнет и будет вызывать переключение триггера 7 с частотой изменени  сигнала Р(фиг. 2). Знакопосто нные импульсы с выхода триггера 7 проход т дифференцирующий блок 8 н иреоб{5аэуютс  в поаледовательность знакопеременных импульсов типа дельтафункции , временное положение которых соответствует положению перед его и заднего фронтов пр моугольных импульсов на выходе триггера 7. Детектор 9 пропускает с выхода дифференци рующего блока 8 импульсы только одной пол рности. Таким образом, на вы ходе детектора 9 по в тс  знакопеременные импульсы типа дельта-функции, которые поступают на вход инерционного блока 10, где происходит их сглаживание и накопление. Посто нна  времени зар да Tj и посто нна  времени разр да Тр инерционного блока 10 определ ютс  по формулам 5 «15 Ь Выходной сигнал инерционного блок 10поступает на блок сравнени  3,где вычитаетс  из сигнала рассогласовани  Р, . Это приводит к уменьшению ко эффициента усилени  усилител  2, до тех пор, пока знакопеременные импуль сы на выходе релейного усилител  2 не исчезнут, или их частота не стане меньше 0,1 Гц. Частота 0,1-Гц  вл ет с  нижней частотой знакопеременного сигнала релейного усилител  2, как при возникновении в системе автоколебаний , так и при по влении в спикт ре сигнала Р высокочастотной помехи , которую система не успевает отрабатывать . Эта частота определена при анализе осциллограмм нагрузок широкого класса проходческих комбайнов, бурильных и буровых машин, как минимальна  частота знакопеременного вы ходного сигнала релейного усилител  2 в установившемс  режиме работы сие темы, т.е. при среднем значении ошиб ки рассогласовани  Р , равной нулю. Таким образом, если в спектре сигнала Р/ присутствует высокочастотна  помеха, которую система из-за ограни ченного быстродействи  не успевает отработать, то коэффициент усилени  усилител  4 уменьшаетс , что предотвращает частые срабатывани  регул тора вхолостую и увеличивает срок ег службы. Если в системе отсутствуют высокочастотные помехи, то она выводитс  на границу устойчивости, где достигаетс  минимум ошибки, а следовательно , увеличиваетс  ее качество. Происходит это следующим образом. Пока сигнал рассогласовани  не мен ет своего, знака, сигнал местной отрицательной обратной св зи равен нулю, и коэффициент усилени  усилител  4 практически равен бесконечности Однако максимальный коэффициент усилени  усилител  4 приводит к возникновению автоколебаний, отрицательные последстви  которых общеизвестны.Автоколебани  вызывают по вление знакопеременного сигнала на выходе релейного усилител  2 с частотой бопьше 0,1 Гц. Это вызывает увеличение сигнала местной отрицательной обратной св зи, а следовательно, уменьшение коэффициента усилени  усилител  4 до тех пор, пока автоколебани  не исчезнут , то с ними исчезает знакопеременный сигнал на выходе релейного усилител  2, что вновь вызовет увеличение коэффициента усилени  усилител  4. Таким образом, коэффициент усилени  системы.будет иметь величину, близкую к границе устойчивости, не переход  в область неустойчивости, что обеспечивает устойчивую работу системы с минимальной ошибкой. Причем нахождение системы на границе устойчивости обеспечиваетс  при широком изменении как параметров объекта регулировани  6, так и ceiMoro регул тора 13. Если сигнал рассогласовани  представл ет собой колебательный сигнал с переменным во времени средним значением , например нарастающим, это имеет место, когда среднее значение Р больше Р-(з выходе релейного усилител  2 будут по вл тьс  сигналы преимущественно одного знака ( в данном случае сброса нагрузки ), а частота следовани  знакопеременных импульсов на его выходе будет уменьшатьс , это приведет к уменьшению выходного сигнала инерционного блока 10, а следовательно, к увеличению коэффициента усилени  усилител  4 и повышению быстродействи  системы, что обеспечивает отработку сигнала рассогласовани  с минимальным временем . Таким образом, если среднее значение фактического сигнала Р, измен етс  во времени, то общий коэффициент усилени  системы становитс  максимальным. Если среднее значение Р стабилизируетс  на заданном уровне , то общий коэффициент усилсгни  системы приближаетс  к границе устойчивости . Если в системе по в тс  высокочастотные помехи, которые регул тор 13 не успевает отработать, то коэффициент усилени  его уменьшаетс  до уровн , при котором эта помеха через регул тор 13 не проходит. Если Б системе по витс  сигнал с малым отклонением от среднего значени , которое стремитс  к заданному, то он не будет вызывать по вление знакопеременного сигнала на выходе релейного ус шител  2, что приведе г к увеличению коэффициента усилени  , усилител  4 практически до бесконечности , благодар  чему этот сигнал буде отрабатыватьс  системой с максимальным быстродействием и минимал ной ошибкой. На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы блоков 5, 7, 8, 9 и 10 регул тора 13. Причем рассматрива етс  тот частный случай, когда выходной сигнал трехпозиционного релей ного блока 5  вл етс  энакопеременнам с периодом Т. Реакци  блоков 7-9 на этот сигнал описана выше, поэтому по сним лишь прохождение после довательнос и знакопеременных импул сов типа дельта-функции через инерционный блок 10. Очевидно, что пери повторени  этих импульсов будет также равен Т Использу  методику расчета импульсных систем можно показать , что выходной сигнал инерционно го блока 10 описываетс  разностным уравнением P..oK-°)T7K(3, (VOj-PjJ n.DTg.OJ.Y- ( где Т Тр - посто нные времени зар да -и разр да инерционного блока 10; Тр - период выходного сигнала блока 5; Up - сигнал логической единицы триггера 7; Тд - посто нные- времени дифференцирующего блока 8; п - натуральный р д чисел fl 1 5 . I . , . , Очевидно, что о гнал Р увеличиваетс  до тех пор,- пока Sie будет вы полнено- соотношение .-Oyoj., Uj Подставл   формулу 13 ) в формулу is), получим -V Jmax т тдер- ; 6 ) будет выполн тьс  при Формула Использу  формулу (6 ) можно полу чить максимальный коэффициент переда чи цепи местной отрицательной обратн св зи и минимально ч коэф ицйант у сипени  всего релейного усилител  2 Ч 5 т8 ) гдь (Tiin минимальный кoэффнциaнt усилени  релейного усил тел  2; К4 - коэффиииент усилени  усилител  4; Kg - коэффициент усилени  трехпозиционного релейного блока 5 ( принимаетс  обычно его линеаризованное значение) К - коэффициент усилени  триггера 7, равен отношению модулей сигналов логической единицы на входе и выходе. Дл  большинства выпускаемых серий-. но триггеров К-, 1. Учитыва  то, что формулу (в ) преобразуем к (е --.) Этот коэффициент усилени  усилител  2 будет иметь место лишь после тог ,о, когда будет выполнено соотношение (.7 ). Исход  из прин той минимальной частоты TO 0,1 Гц, при которой выходной сигнал растет, определ ем Т р 3,3 с. Подставив это значение Тр в формулу V7), получим nfo где t „ врем  установлени  минимального коэффициента усилени  релейного усилител  2. Т.е. в течении 10 с после по влени  знакопеременных импульсов на выходе релейного усилител  2 системе отрабатывает возникшее рассогласоваваниа с высоким коэффициентом усилени , но если знакопеременные г мпульси не исчезают, то через 10 с установитс  минимгшьный коэффициент усилени  релейного усилител  2, соответствующий формуле (9), при этом сигнал на его выходе будет отсутствовать. Предлагаемое техническое решение позвол ет .повысить точность систеглы на 20% в том случае, когда среднее значение сигнала рассогласовани  сие-. темы равно нулю, потому что введение новых блоков и св зей обеспечивает работу системы на границе устойчивости , где сллибки минимальны. Боли среднее значение сигнала рассогласовани  не равно нулю, т.е« оно одного знака, то в системе благода™ р  наличию новых блоков и св зей установитс  максимальное быстродействие f что достигаетс  увеличением коэффициента усилени  усилител  4 практически до бесконечности. Это позвол ет повысить быстродействие систекаг н 1,5-2 раза по сравнению с известными системами. Если в сизтеме возникнут высокочастотные помехи, которые не могут быть отработаны регул тором 13 мэ-за ограниченного быстродействи , то его коэффициент усилени  уХ1вньшавтс ,что1 исключает холостые срабатывани  регул тора 13 и увеличивает срок службы систеглл в 1,5-2 раза по сравнению с известным.

Испытани  экспериментального образца импульсного регул тора проводились в лабораторных услови х. Полоса частот входного сигнала выбиралась ниже полосы среза регул тора, но выше 0,1 Гц. Количество срабатываний регул тооа определ лось за 20 периодов колебаний входного, сигнала. При этом регул тор предлагаемой системы срабатывал 2-3 раза, а регул тор известной системы - 20, т.е. известное техническое решение реагировало на каждое колебание входного сигнала,.а предлагаемое - только на каждое дес тое колебание.

Проведенные испытани  подтвердили работоспособность предлагаемой система и ее высокое качество. Было отмечено также OTCVTCTBIK частых срабатываний регул тора в системе при достижении заданной нагрузки объекта регулировани , что увеличивает срок службы системы.Формула изобретени 

Релейна  система регулировани , содержаща  последовательно соединенные детектор и инерционный блок и ггьслецовательно соединенные задатчик первый биок сравнени , второй блок сравнени , усилитель, трехпозиционный релейный блок и исполнительный механизм, подключенный выходом к входу объекта регулировани , подключенного выходом к второму входу первого блока сравнени , а выход инерционного блока подключен к второму входу второго блока сравнени , отличающа с  тем, что, с целью повыиени  точности, быстродействи  и долговечности системы, в ней дополнительно установлены последовательно соединенные триггер и дифференцирующий блок, выход которого соединен с -входом детектора, а вход триггера подключен к выходу трехпозиционного релейного блока.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 391532, кл. G 05 В 11/16, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР If 266019, кл. G 05 В 11/00, 1968.

3.Авторское свидетельство СССР 430352, кл. G 05 В 11/00, 1972 (прототип).

-KH

I

iX,

-H 4

. ДДГТ M M

J

I L

Claims (1)

1. Формула изобретения ‘

   Релейная система регулирования, содержащая последовательно соединен ные детектор и инерционный блок и последовательно соединенные задатчик, первый биок сравнения, второй блок сравнения, усилитель, трехпоэиционный релейный блок и исполнительный механизм, подключенный выходом к входу объекта регулирования, подключенного выходом к второму входу первого блока сравнения, а выход инерционного блока подключен к второму входу второго блока сравнения, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и долговечности системы, в ней дополнительно установлены последовательно соединенные триггер и дифференцирующий блок, выход которого соединен с ^:входом детектора, а вход триггера подключен к выходу трехпозиционного релейного блока.