Релейный регулятор

 

Релейный регулятор, содержащий сумматор , неинвертирующий вход которого является входом сигнала ошибки регулирования регулятора, усилитель с ограничением, суммирующий интегратор, первый неинвертирующий вход которого соединен с выходом усилителя с ограничением, и трехпозиционный релейный элемент, выход которого является выходом регулятора, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества переходных режимов за счет обеспечения возможности их регулировки, а также возможности устранения знакопеременного колебательного характера по регулируемой величине, в регулятор введены последовательно соединенные второй и третий трехпозиционные релейные элементы и блок умножения, первый вход которого соединен с инвертирующим входом сумматора и выходом суммирующего интегратора, соединенного с входом первого трехпозиционного релейного элемента, выход которого соединен с вторым входом блока умножения и вторым входом третьего трехпозиционного релейного элемента, первый вход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с выходом усилителя с ограничением, а второй вход - с выходом интегратора, выход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с вторым неинвертирующим входом суммирующего интегратора, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего трехпозиционного релейного элемента, а третий неинвертирующий вход суммирующего интегратора является входом сигнала скорости регулируемой величины регулятора, выход сумматора соединен с входом усилителя с ограничением, при этом параметры трехпозиционных релейных элементов связаны соотношением INI Inl IRI IPl Irl, где P N Inl - абсолютные значения выходных сигналов первого, второго и третьего трехпозиционных релейных элементов соответственно; R г абсолютные значения соответственно порогов срабатывания и отпускания третьего трехпозиционного релейного элемента . с 00 W Os О 01 оо и

(51) б G 05 В 11/14 (12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к патенту

РОССИЙСКОЕ АГЕНТСТВО

ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ (21) 4898908/24 (22) 04.12.90 (46) 23.08.93 Бюл. № 31 (72) Бичуцкий А.Я. (71) Головное конструкторское бюро научно-производственного объединения "Энергия" (73) Головное конструкторское бюро научно-производственного обоъединения "Энергия™ им. акад. С.П.Королева (56) 1. Патент ФРГ N 1950295, G 05 В

11/28, 1975. 2. Авторское свидетельство

СССР N 630612, G 05 В 11/16, 1978. 3.

Патент ФРГ N 2047423, G 05 В 11/00, 1973.

4. Авторское свидетельство СССР N

1071995, G 05 В 11/42, 1984. (54) РЕЛЕЙНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Релейный регулятор, содержащий сумматор, неинвертирующий вход которого является входом сигнала ошибки регулирования регулятора, усилитель с ограничением, суммирующий интегратор, первый неинвертирующий вход которого соединен с выходом усилителя с ограничением, и трехпозиционный рел ейный элемент, выход которого является выходом регулятора, отличающий ся тем, что, с целью улучшения качества переходных режимов за счет обеспечения возможности их регулировки, а также возможности устранения знакопеременного колебательного характера по регулируемой величине, в регулятор введены последовательно соединенные второй и третий трехпозиционные релейные элементы и (19) RU (11) 1836658 (1з) АЗ блок умножения, первый вход которого соединен с инвертирующим входом сумматора и выходом суммирующего интегратора, соединенного с входом первого трехпозиционного релейного элемента, выход которого соединен с вторым входом блока умножения и вторьпа входом третьего трехпозиционного релейного элемента, первый вход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с выходом усилителя с ограничением, а второй вход - с выходом интегратора, выход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с вторым неинвертирующим входом суммирующего интегратора, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего трехпозиционного релейного элемента, а третий неинвертирующий вход суммирующего интегратора является входом сигнала скорости регулируемой величины регулятора, выход сумматора соединен с входом усилителя с ограничением, при этом параметры трехпозиционных релейных элементов связаны соотношением

INI = lnl > lgl > IPl > Iz I, где I p I, I N I, I n I абсолютные значения выходных сигналов первого, второго и третьего трехпозиционных релейных элементов соответственно; абсолютные значения соответственно порогов срабатывания и отпускания третьего трехпозиционного релейного элемента.

1836658

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами: поворотными стендами, промышленными роботами, летательными аппаратами и т.п.

Наибольшее применение данное предложение может найти при необходимости получения высококачественного управления с возможностью регулирования характеристик переходных процессов, в том числе при наличии помех в сигналах датчиков первичной информации (ошибки управления).

Регулировка характеристик переходных процессов дает возможность согласовать в широких пределах требования к величине перерегулирования по ошибке отклонения и ее скорости с характеристиками исполнительных органов системы управления, в составе которой используется релейный регулятор.

Известны релейные регуляторы, содержащие трехпозиционный релейный элемент (ТРЭ), охваченный цепью отрицательной обратной связи (ООС) (1,2,3), например, апериодической (1 ).

Недостатком указанных регуляторов является то, что величина перерегулирования по скорости в переходных режимах зависит от начальных фазовых координат, а перерегулирование по ошибке отклонения зависит также от величины зоны нечувствительности

ТРЭ, При требуемых параметрах установившихся режимов указанные характеристики переходных процессов не могут быть заданы предварительно.

Устройство-прототип (4) представляет собой релейный регулятор, выполненный в виде трехпозиционного релейного элемента, охваченного цепью инерционной ООС через сумматор. Цепь инерционной ООС содержит интегратор с усилителем с ограничением в виде собственной ООС. Неинвертирующий вход сумматора является входом регулятора, а выход трехпозиционного релейного элемента является выходом регулятора.

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулировки характеристик переходных процессов в части устранения их колебательности и устранения перерегулирования по ошибке отклонения регулируемой величины.

Целью настоящего изобретения является улучшение качества переходных режимов за счет обеспечения возможности их регулировки, а также обеспечение возможности устранения знакопеременного колебательного характера последних по регулируемой величине.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее сумматор, неинвертирующий вход которого является входом сигнала ошибки регулирования регулятора, усилитель с ограничением, суммирующий интегратор, первый неинвертирующий вход которого соединен с выходом усилителя с ограничением, и трехпозиционный релейный элемент, выход которого является выходом регулятора, введены последовательно соединенные второй и третий трехпозиционные релейные элементы и блок умножения, первый вход которого соединен с инвертирующим входом сумматора и выходом суммирующего интегратора, соединенного с входом первого трехпозиционного релейного элемента, выход которого соединен со вторым входом блока умножения и вторым входом третьего трехпозиционного релейного элемента, первый вход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с выходом усилителя с ограничением, а второй вход— с выходом интегратора, выход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с вторым неинвертирующим входом суммирующего интегратора, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего трехпозиционного релейного элемента, а третий неинвертирующий вход суммирующего интегратора является входом сигнала скорости регулируемой величины регулятора, выход сумматора соединен с входом усилителя с ограничением, при этом параметры трехпозиционных релейных элементов связаны соотношением

INI = Inl > IRI > Ipl > Ir I, где I P I, I N I I n I абсолютные значения выходных сигналов первого, второго и третьего трехпозиционных релейных элементов, соответственно; Р! ( аосолютные значения, соответственно, порогов срабатывания и отпускания третьего трехпозиционного релейного элемента, Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2и3.

На фиг.1 представлена структурная схема релейного регулятора в составе системы управления, на фиг.2 и 3 представлены фазовые портреты системы управления, в состав которой входит релейный регулятор.

На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 — рел ейный регулятор; 2 - шина сигнала ошибки управления (в дальнейшем — шина 2); 3 - сумматор; 4 - усилитель с ограничением; 5 — суммирующий интегратор (в дальнейшем — интегратор 5); 6, 8, 9 соответственно, первый, второй и третий

5 1836658 трехпозиционные релейные элементы (ТРЭ);

7 - блок умножения; 10 - шина сигнала скорости ошибки управления, (в дальнейшем шина 10); 11 - выходная шина (выход устройства); 12 - объект управления; 13 измеритель (датчик) сигнала ошибки управления Х; 14 - измеритель (датчик) сигнала скорости ошибки управления Y.

Релейный регулятор выполнен следующим образом.

Тракт прохождения сигнала ошибки управления содержит последовательно соединенные сумматор 3, усилитель с ограничением 4, интегратор 5 и первый ТРЭ б.

Второй неинвертирующий вход интегратора

5 соединен с шиной 10. Выход интегратора

5 соединен с инверсным входом сумматора

3, одним из входов второго ТРЭ 8 и с одним из входов блока умножения 7, второй вход которого соединен с выходом первого ТРЭ б, являющимся выходом релейного регулятора 1. Выход блока умножения 7 соединен с инвертирующим входом сумматора 3.

Второй вход второго ТРЭ 8 соединен с выходом усилителя с ограничением 4. Выход второго ТРЭ 8 соединен с одним из входов третьего ТРЭ 9 и с одним из неинвертирующих входов интегратора 5, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего ТРЭ 9. Выход интегратора 5 соединен с вторым входом третьего ТРЭ 9.

Выходной сигнал релейного регулятора 1 воздействует на объект управления 12, фазовые координаты которого (Х и Y) измеряются датчиками сигнала ошибки управления (13) и скорости сигнала ошибки управления (14).

Рассмотрим функционирование заявляемого устройства, полагая, для простоты общего изложения что объект управления описывается выражением (1) - двойное интегрирующее звено.

Y=Z+Z, (1, a)

Х = Y (1, 6).

1, пРи s — h, О, пРи h < s < h, s «-h, 1, пРи

N nPu а+я v+1N, N nPu п пРи

a+s -v+1N, c+U N-mn, c+U 5 -N+mn, П> ПРИ

z = К1213, а — выходной сигнал усилителя с ограничением 4 (фиг 1)

b — выходной сигнал блока умножения

7; с — выходной сигнал ТРЭ 8;

d — выходной сигнал ТРЭ 9;

f — выходной сигнал сумматора 3;

U — выходной сигнал ТРЭ 3;

Ку — масштабный коэффициент блока умножения по входу "s"

К)г - коэффициент передачи исполнительных органов (ИО) объекта управления

12;

Ка — масштабный коэффициент усилителя с ограничением на линейной участке характеристики;

h, V, R — абсолютные значения границ зон нечувствительности ТРЭ б, 8, и 9, соответственно; ч, r — абсолютные значения границы порогов отпускания ТРЭ 8 и ТРЭ 9, соответственно;

Р, N, п - абсолютные значения уровней выходных сигналов ТРЭ б, ТРЭ 8 и ТРЭ

9, соответственно; шп, 1N — значения гистерезисов ТРЭ 8 и ТРЭ 9, соответственно.

Пусть, например, в некоторый момент изображающая точка М на фазовом портрете (фиг,2, а) занимала положение МО, т.е. занимала положение с координатами Х = О, Y = Y0, выходные сигналы ТРЭ б, ТРЭ 7 и ТРЭ 8, исходя из предыдущих событий, равны нулю.

Тогда, исходя из (1) и (2) при движении в зоне нечувствительности (участок Mp - Ml на фиг.2) можно записать:

s=Kf+ Y, где где Z, Ув - сигналы управления и возмущения, действующие на объект управления.

Регулятор 1 описывается следующим образом.

s = a+Y-К sU+c-d, (2), О, пРИ -b+1N < a+s < v+1N, (6) О, пРИ -N+mn < c+U < N+mn, (7) а

ПРИ а= Kf, а

f =Хs, (4) ПРИ -f < о

ПРИ

Е о

< f (3) о

-f о или, с учетом (4) о

s=K(xs) + Y, а откуда, с учетом (1, б)

s = х (9) 1836658

При попадании т,М на границу зоны нечувствительности ТРЭ 6, последний включается и на ИО объекта управления 12 начинает поступать сигнал U. Отсюда следует, что

L1:x=h, 1.: X=-h, 1 а = О.

В зависимости от начальной скорости Y (при одинаковой эффективности ИО) возможны два типа траекторий изображающей точки (I и II): т.е. сигнал "s" не превьппает по абсолютной величине уровень срабатывания Ч ТРЭ 8; т.е. сигнал "s" превышает по абсолютной величине уровень срабатывания

V ТРЭ 8;

Рассмотрим вначале первый случай.

В этом случае выражение (2) преобразуется в вид о

Б = a+Y-X. su.

При отработке начальной скорости в принципе могут возникнуть три типа движений, отличающихся режимом работы

ТРЭ 6: только скользящий режим; сначала непрерывный, а затем скользящий; только непрерывный режим.

Первый тип движений возникает, если

I < К hV(s = h); второй и третий типы

0 7 движений возможный при

На фиг.2 штриховкой показана область скользящего режима. Границы окончания

Г и С скользящего режима 1.г, 1.з, определяются параметрами (3) усилителя с ограничением 4. В частности, наклон линий

С

1.г и определяется коэффициентом К их уравнения:

1.г: Y = -К (Х - h)> (10)

Г: У = — К (X+h) (11)

2 Ь

Г а положение линий 1.з и з определяется

Е параметрами -am и am. Линии L4 и соответствуют моментам окончания непрерывного управления. Эти кривые имеют асимптоты:

Y = — am + К7И вЂ” К1г, (12)

Y = am — K7h + К1г, (13).

Указанные выражения следуют из (1-5) при использовании аппарата исследования скользящих режимов.

По окончании скользящего режима (т.Мз, фиг.2, а) изображающая точка следует по траектории Мз — М4 до попадания на линшо

/ включения 1 (смешенная линия Li), расположенную в области между линиями и Г

При движении на участке Мз

М4 сигнал "s" изменяется по закону, s - =X+Y/K åõð-К t, Ь Ь что следует из (1) и (2). В точке Мз з =

h, в точке М4 s = -h.

На участке М4 — М5 вновь возникает управление (среднее значение сигнала U не равно нулю). Далее процесс повторяется.

Рассмотрим второй случай. При начальной скорости

IY I >ъ2 uv о 12 сигнал "s" превышает по абсолютной величине порог срабатывания V ТРЭ 8. При этом последний включается (отметим, что при Ев

= 0 в силу (1-5) сигнал "a" близок к нулю) и включает ТРЭ 9 в силу того, что

Совместное действие сигналов

"с" и "dГ на интегратор 5 при одновременном включении ТРЭ 8 и 9 равно нулю т к. а в уравнение (2) указанные сигналы входят с противоположными знаками.

При попадании изображающей точки на линию v (т.М7) - уровень выключения ТРЭ

8, последний выключается, и сигнал "d" перестает компенсироваться сигналом "c

Вследствие этого происходит интенсивное изменение сигнала "s" со скоростью -n, что на фазовом портрете (фиг.2, б) эквивалентно

Г. смещению линии в направлении +Х.

Указанное смещение происходит до тех пор, пока не выполнится условие s = -h, при котором сигналом U(IRI > IUI > I I) выключается ТРЭ 9. Если скорость смещения

Г линии 1 значительно выше абсолютного

Г значения сигнала У, то линия 1 практически занимает положение v.

Далее процесс гашения скорости происходит в соответствии с уравнениями (1-3)— при учете того, что s = -h - по траектории

М7 - MS, а фазовые координаты т.М асимптотически стремятся к т.(-h, 0).

Рассмотрим случай действия внешнего возмущения.

Пусть, например, на объект управления начало действовать возмущение, при котором с течением времени изображающая точка займет положение равновесия j (фиг.3) которое в силу уравнений (1, 2) и условий

s = 0 и s = h имеет значение

1836658

К h кк

7 в а 12

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

При определенном значении Ув в процессе подхода к положению равновесия за счет действия сигнала "а" (в скользящем режиме при наличии возмущения а = j — h) включаются ТРЭ 8 и 9. Далее, при исчезновении возмущения изображающая точка попадает в положение М12 и процесс протекает аналогично рассмотренным выше случаям.

Обеспечение возможности регулировки параметров переходного процесса и обеспечение возможности устранения знакопеременн ого его характера следует из независимости регулировки усилителя с ограничением 4, ТРЭ 8 и ТРЭ б. В частности, параметрами am и -am (3) Релейный регулятор, содержащий сумматор, неинвертирующий вход которого является входом сигнала ошибки регулирования регулятора, усилитель с ограничением, суммирующий интегратор, первый неинвертирующий вход которого соединен с выходом усилителя с ограничением, и трехпозиционный р елейный элемент, выход которого является выходом регулятора, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества переходных режимов за счет обеспечения возможности их регулировки, а также возможности устранения знакопеременного колебательного характера по регулируемой величине, в регулятор введены последовательно соединенные второй и третий трехпозиционные релейные элементы и блок умножения, первый вход которого соединен с инвертирующим входом сумматора и выходом суммирующего интегратора, соединенного с входом первого трехпозиционного релейного элемента, выход которого соединен с вторым входом блока умножения и вторым входом третьего трехпозиционного релейного элемента, первый вход второго трехпозиционного релейного элемента соедирегулируется положение линий выключения

Е, Ьз и з что обеспечивает заданное перерегулирование по скорости ошибки управления. Выбором коэффициента Ка усилителя с ограничением 4 формируется

Г., наклон линий Lz и 2, что влияет на качество фильтрации ошибки управления и на остаточные скорости после выключения

ИО. Выбором значений параметров V и ч

ТРЭ 8 формируется требуемая протяженность траектории скользящего режима внутри зоны нечувствительности (-11, 111; при этом траектория не пересекает границу -h, т.е, устраняется перерегулирование по координате Х. Следовательно, характер процесса становится апериодическим. нен с выходом усилителя с ограничением, а второй вход - с выходом интегратора, выход второго трехпозиционного релейного элемента соединен с вторым неинвертирующим входом суммирующего интегратора, второй инвертирующий вход которого соединен с выходом третьего трехпозиционного релейного элемента, а третий неинвертирующий вход суммирующего интегратора является входом сигнала скорости регулируемой величины регулятора, выход сумматора соединен с входом усилителя с ограничением, при этом параметры трехпозиционных релейных элементов связаны соотношением

INI = l11l > IBI > IPl > Irl, где Р I, I N I, In I абсолютные значения выходных сигналов первого, второго и третьего трехпозиционных релейных элементов соответственно; абсолютные значения соответственно порогов срабатывания и отпускания третьего трехпозиционного релейного элемента.

1836658

13

1836658

14

Заказ 5 Ъ Подписное

ФИПС, Рег. ЛР № 040921

121858, Москва, Бережковская наб., д.30, корп.1, Научно-исследовательское отделение по подготовке официальных изданий

Отпечатано на полиграфической базе ФИПС

121873, Москва, Бережковская наб., 24, стр.2

Отделение выпуска официальных изданий

Релейный регулятор Релейный регулятор Релейный регулятор Релейный регулятор Релейный регулятор Релейный регулятор Релейный регулятор 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматическим регуляторам, в которых выходной сигнал является прерывной функцией отклонения от заданной величины, и может быть использовано в системах автоматического регулирования промышленного назначения

Изобретение относится к автоматическим регуляторам, в которых выходной сигнал является прерывной функцией отклонения от заданной величины и может быть использовано в системах промышленного назначения

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано в гальванотехнике $ш для автоматического регулирования плотности тока гальванических ванн при варьируемой и неконтролируемой площади гальванопокрытий

Изобретение относится к технике автоматического управления и позволяет обеспечить оптимальный по быстродействию переходный процесс и исключить перерегулирование

Изобретение относится к тех ника матического управления

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах регулирования

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, например, поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, для стабилизации фазовых координат различных динамических объектов с помощью релейных регуляторов

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, например поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами

Изобретение относится к области автоматизации процессов управления тепловой обработкой материалов и, в частности, к многоканальному управлению параметрами процессов тепловой обработки строительных материалов и изделий, например при обработке бетонных изделий в пропарочных камерах

Изобретение относится к автоматизированным системам и может быть использовано в бортовых системах управления летательными аппаратами, в которых в качестве рулевых приводов используются фрикционные электроприводы

Изобретение относится к электронной технике и автоматике и может использоваться в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных величин (температуры, частоты генерации, скорости и т.д.) с обратной связью, применяемых в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях, где используется автоматика

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, например поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления различными инерционными объектами, например, поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в резервированных системах управления различными инерционными объектами, например поворотными платформами, промышленными роботами, летательными аппаратами
Наверх