Импульсный регулятор

 

— — =.Э«".Ф "ОПИСАНИЕ

<н>737918

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКО (61) Дополнительное к авт. саид-ву р )м К 2 (22) Заявлено 270677 (21) 2500393/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет — .

g 05 В 11/16

ГосударстаенныИ комите1

ССС.P по делам изобретениИ и откритиИ

Опубликовано 30.05.80. Бюллетень ¹ 20 (53) УДК 62-50 (088,8) Дата опубликования описания 300580 (72) Автор изобретения

Л,П.Дмитренко (71) Заявитель (54 ) ИМПУЛЬСНЫЯ РЕГУЛЙ 10Р

Изобретение относится к области автоматики и предназначено для автоматического регулирования различных параметров, например тока электропрквода иэмелъчктелей различных материалов, температуры и других электрических и -неэлектрических величин.

Известен регулятор, предназначенный для стабилизации различных параметров технологического процесса, содержащий датчик с измерительной схемой, электронный усилитель, релейное устройство и исполнительный механизм (11. укаэанное устройство -имеет недо статочные точность, быстродействие и надежность работы. . Наиболее близким к предлагаемому по, техническбй сущности является импульсный регулятор, содержащий исполнительный орган защиты от перегрузок, элемент сравнения, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с первыми" выхоцами датчика тока, источника опорного напряжения и стабилизированного источника питания, а первый и второй выходы — через первый и второй интегрирующие элементы — с первыми входами первого и второго пороговых элементов";, второй выход стабилизированного истбчника йитайия "подключен через третий интегрирующий элемент к Первому входу- третьего й«орогового элемента,"через релаксацйонный гейератор — ko вторым входам, а непосредственно - к третьим входам первого, 10 втоporo -и третьего пороговых элементов, второй выход датчика тока подсоединен через четвертый интегрирующий элемент. к первому входу четвертого порогового элемента, второй вход которого подключен ко второму выхо- ду источника опорного напряжения, триггер, первый, второй, третий и четвертый входй-которого соединены с выходамк соответствующих пороговых" элем«ейтбв, й«ер«вый, второй и третий выходы — соответственно через первый, второй и третий коммутаторыс соотнетствующими входамй исполнительного электродвигателя (21.

Данный импульсный регулятор имеет недостаточное быстродействие.

Цель изобретения — повышение быстродействия регулятора.

Эта цель достигается тем, что в известный импульсный регулятор

737918 введены разделительные ключи, четвертый коммутатор, пятый и шестой интегрирующие элементы и пятый и шестой

" "пороговые элементы, первый входы которых подключены соответственно через пятый и шестой интегрирующие элементы к первому и второму выходам элемента сравнения, а вторые и третьи входы - к выходу релаксационного генератора и ко второму выходу стабилизированного источника

Питания, выходы первого и пятого интегрирующих элементов подключены соответственно через первый и второй разделительные ключи к первому выходу триггера, выходы второго и шестого интегрирующих элементов через третий и четвертый разделительные ключи ко второму выходу триггера, выходы третьего и четвертого интегрирующих элементов, пятый и шестой разделительные ключи — к третьему выходу триг- 20 гера,- четвертый выход которого через седьмой ключ соединен со вторым выходом триггера, а через четвертый коммутатор- со входом исполнительного органа защиты от перегрузок 25

На фиг.1 приведена функциональная "схема регулятора; на фиг.2 — принципиальная электрическая схема.

Функциональная схема содержит датчик 1 тока, источник 2 опорного напряжения, стабилизированный источник

3 питания, элемент 4 сравнения, пороговые элементы 5 — 10, интегрирующие элементы 11-16, релаксационный генератор 17, триггер 18, коммутаторы

19 — 22, исПолнительный электродвигатель 23, исполнительный орган 24 защиты o= перегрузки и разделительные ключи 25 — 31

Принципиальная электрическая схема регулятора содержит датчик тока, обра- 40 зованный трансформатором 31 тока, выпрямительным мостом 32 с конденсатором 33 фильтра и потенциометром 34, источник опорного напряжения, образованный одной из вторичных обмоток

35 трансформатора 36, выпрямительным мостом 37, опорным диодом 38 и потенциометром 39, стабилизйрованнйй источник питания, составленный вторйчной обмоткой 40 трансформатора, диодным мостом 41, конденсатором 42 фильтра, опорным диодом 43 и потенциометром 44, пороговые элементы, образованные, например однопереходными транзисторами 45 — 50, потенциометрами 51 — 56 и помехозащитными конденсаторами 57 — 61, интегрирующие элементы, составленные последовательными 62 -. 71 или параллельными 72, 73 RC-контурами, триггер с общим анодным резистором 74, состоящий из @) тиристоров 75 — 78, резисторов 79

82 и коммутирующих конденсаторов

83 — 86, .разделительные ключи, образованные диодами 87 - 93, релаксационный генератор, выполненный Д на однопереходном транзисторе 94 с RC-контурам 95 96 в эмиттере и резистором 97 на выходе, к которому подсоединены резисторы 98-100, подключенные к базам транзисторов 45

49, исполнительный электродвигатель

101 с фазосдвигающим конденсатором

1 02, коммутаторы на симисторах 103

106 и исполнительный орган защиты от перегрузки, подключаемый к клемме 107, Работает регулятор следующим образом.

Датчик 1 тока преобразует значение регулируемого тока в пропорциональное ему выпрямленное напряжение.

Это напряжение сравнивается элементом 4 сравнения с напряжением источника 2 опорного напряжения, и их разность (сигнал рассогласования) складывается с напряжением одного выхода стабилизированного источника

3 питания и поступает через интегри-: рующие элементы 11, 12, 15 и 16 соответственно на пороговые элементы

5,6,9 и 10, Напряжение срабатывания пороговых элементов 5, 6 выбрано таким, чтобы при нулевом рассогласовании они не срабатывали, а напряжение срабатывания пороговых устройств 9, 10 устанавливается несколько выше,с таким расчетом, чтобы при отклонениях тока регулирования в пределах 10-20% они не включались. При этом постоянные времени интегрирующих элементов 11, 12, подключаемых ко входам пороговых элементов 5, б выбирается примерно на порядок больше пОстоянных времени интегрирующих элементов 15, 16 пороговых элементов

9, 10. Выходы пороговых элементов

9, 10 соединены с двумя из четырех входов триггера 18, один выход которого подключен ко входу коммутатора

19 прямого включения исполнительного электродвигателя 23, а второй выход соединен с коммутатором 20 реверсивного включения электродвигателя, Питание пороговых элементов 5,6,7,9, и 10 осуществляется От стабилизированного источника 3 питания, а порогового элемента 8 — от источника 2 опорного напряжения. Для повышения входного сопротивления пороговых элементов 5,.6,7,9 и 10 они соединены с выходом релаксационного генератора 17. При нулевом сигнале .рассогласования срабатйвает пороговый элемент

7, вход которого через интегрирующий элемент 13 соединен непосредственно с выходом.: стабилизированного источника 3 питания. При этом на вход триггера 18, соединенный с выходом порогового элемента 7, поступает включающий импульс и триггер открывает ; коммутатор 21, осуществляющий динамическое торможение исполнительного электродвигателя 23.

При отрицательном сигнале рассогласования, превышающем зону нечувстви-.

737918 тельности регулятора, через интервал времени, определяемый постоянной времени интегрирующего элемента 11, срабатывает пороговый элемент 5, вызывая переключение триггера 18. Те- . перь сигнал управления подается на .коммутатор 19, который, открываясь, вызывает прямое вращение исполнительного электродвигателя 23. Поскольку выход триггера 18 соединен при помощи разделительного ключа 25 со вхо- 0 дом порогового элемента 5, соответствующее плечо триггера не срабатывает, пока включен элемент 5. Через интервал времени, определяемый постоянной времени интегрирующего элемента

l3 срабатывает пороговый элемент 7, вызывая переключение триггера 18:, включение коммутатора 21 и динамическое торможение электродвигателя 23.

Таким образом, до тех пор, пока имеется сигнал рассогласования, исполни- 2Î тельный электродвигатель 23 периодически включается и выключается. При положительном сигнале рассогласования начинают периодически переключаться пороговые элементы б и 7 и поочередно 25 .включаться коммутаторы 20, 21, осуществляя импульсное реверсивное включение электродвигателя 23. В зависимости от величины сигнала рассогласования меняется время паузы, умень- Щ шаясь с увеличением сигнала, что ускоряет процесс отработки возмущающего воздействия и обеспечивает ловышение качества регулирования. С целью еще большего повышения быстродействия З5 регулятора в него введены пороговые элементы 9,10 и интегрирующие элементы 15, 16. хотя их напряжение срабатывания выше, чем у пороговых элеэлементов 11 и 12, при отклонениях тока регулирования более чем на 1020% от установки начинают срабатывать пороговые элементы 9 и 10, так как постоянные времени интегрирующих элементов 15 и 16 примерно на порядок меньше постоянных времени интегрирующих элементов 11 и 12. Таким образом, при отработке больших рассогласований значительно уменьшается пауза, т.е. увеличивается быстродействие регулятора. 50

В случае аварийной перегрузки срабатывает пороговый элемент 8, вызывая переключение триггера 18 в четвертое положение, открытие коммутатора

22 и включение исполнительного органа 55

24 защиты от перегрузки, Четвертый выход триггера 18 через разделительный ключ 31 связан со вторым выходом триггера, что обеспечивает включение коммутатора 20 и исполнительного . 6у) электродвигателя 23. Так как этот же выход триггера 18 соединен со входом

noporosoro элемента 7 через разделительный ключ 29, блокируя его срабатывание, переключение триггера 18 65 происходит лишь при снижении тока регулирования ниже уставки срабатывания, т.е. при срабатывании порогового элемента 5. .Дпя этого момента вращение исполнительного электродвигателя 23 осуществляется непрерывно, т.е. с максимальной скоростью.

При помощи трансформатора тока

3I, выпрямительного моста 32 и кон8 денсатора 33 фильтра регулируемый ток преобразуется в выпрямленное напряжение, которое сравнивается с напряжением, снимаемым с потенциометра 39 источника опорного напря жения. Алгебраическая сумма измеряемого и опорного напряжения при помо щи- резисroрoв 108 и 109, образующих делитель напряжения, складывается с напряжением стабилизированного источника питания, снимаемым с потенциометра 44. Это напряжение устанавливается такой величины, чтобы порог срабатывания транзисторов 45 и 46 был выше этого напряжения на зону нечувствительности регулятора. К потенциометру 44 и резистору 108 подключены RC-контуры 62, 63 и 66,67, а к этому потенциометру и резистору 109 подключены RC-контуры 64, 65 и 70, 71 °

Параллельный RC-контур 72, 73 непосред. ственно подключен к стабилизированному опорным диодом 43 источнику питания.

При включении регулятора в сеть через конденсатор 73, эмиттер, базу транзистора 47 и резисторы 99 и 97 проходит зарядный импульс койденсатора 73, под действием которого отпирается отключающий тиристор 76 триг гера. Конденсатор 73 через разделительный диод 89 подключается к открытому тиристору 76 и поддерживается в заряжейном состоянии до тех пор, пока тиристор 76 открыт. Если стабилизируемый ток ниже заданной величины, суммарное напряжение на потенциометре 44 и резисторе 108.превышает напряжение отпирания транзистора

45. Под действием этого напряжения через резистор 62 заряжается конденсатор 63, и, как только напряжение на нем превышает порог срабатывания транзистора 45, конденсатор 63 разряжается через транзистор 45 на резисторы 98 и 97, отпирается тиристор

75, который через резистор 79 открывает симистор 103. Электродвигатель

101 начинает вращаться в сторону, вызывающую увеличение регулируемого тока. Одновременно за счет общего резистора 74 и коммутирующих конденсаторов 83 и 84 закрывается тирис"тор 76. Пока открыт тиристор 75, конденсатор 63 через диод 88 разряжается на него.

По истечении времени, определяемого постоянной времени RC-контура 72, 73, конденсатор 73 разрядится.до

ММФВВЮМЮЬВФ» Ф »Ю»»»юй»» М»»мх - ..- - »»юк »»»»7» .»»»»»ф»»»с»»Ф»»» . м»»

»:

737918

»»

» я»спряжения отпирания транзистора 47, Последйий отпирается, вызывая открытие тйристора 76, а с помощью общего

„резистора 74 и конденсаторов 83 и

84 - закрытие тиристора 75 и симистора 103, при этом электродвигатель 101 останавливается. Процесс периодического включения электродвигателя 101 повтоРяется до тех пор, пока регулируемый ток не достигает заданной величины; — т.е; напряжение на потбрциометре 44 и резисторе 108 не снизится ниже порога отпирания транзистора 45.

Время включенного состояния испольнительного электродвигателя (имriyzhса) может быть изменено резистором

72 и в процессе работы регулятора не меняется. Время паузы при отработке возмущений зависит от их величины снижаясь с ростом амплитуды возмущеHHR При, номинальном контролиру»емом токе включен тиристор 76, и исполнительный электродвигатель неподвижен.

Для повышения быстродействия при отработке значительных возмущений предназначен транзйстор 48 с RC-кон- туром 66, 67. Постоянная времени этого RC-контура примерно на поря док меньше постоянной времени RC-. контура 62, 63, а порог срабатывания транзистора 48 устанавливается на

10-20Ъ выше порога срабатывания транзистора 45. Поэтому, когда значение стабилизируемого тока ниже .заданного значения больше чем на 10-203, начи нает периодически отпираться транзистор 48, вызывая открытие тиристора 75 и симистора 103. Двигатель периодически вращается, но длитель, ность паузй между его включениями при этом в несколько раз меньше, т.е, отработка возмущения осуществляется с большей скоростью.

" Когда значение регулируемого то»ка превышает заданное, суммарное напря-. жение на потенциометре 44 и резисторе

109 превышает порог срабатывания транзистора 46, последний начинает поочередно с транзистором 47 отпираться, вызывая кратковременное открытие тиристора 77 и симистора 104, и электродвигатель 101 вращается в обратную сторону (в сторону уменьшения c1àáÿлизируемого тока). Периодическое включение исполнительного электродвигателя происходит до тех пор, пока регулируемый ток не снизится до заданной величины. Как и при недогрузке, время паузы между включениями электродвигателя зависит от -степени перегрузки, логарифмически уменьшаясь при ее увеличении.

Для изменения (уменьшения) времени паузы при перегрузке, превышающей

" норму на 10-20%, предназначен транзистор 49 с 70, 71 Rc-контуром в це пи эмиттера . Как и при значительной недогрузке, в этом случае резко ,.- уменьшается время паузы и ускоряется

» отработка возмущения, вызывающего перегрузку. Потенциометром 39 задается требуемое значение тока регулирования (уставка тока), а с помощью потенциометра 44 — зона нечувствительности регулятора. В случае, если регулируемый ток значительно превышает допустимое значение (достигнет величины тока перегрузки), через резистор

68 заряжается конденсатор 69 до на пряжения отпирания транзистора 50, .

Последний отпирается, вызывая открытие тиристора 78 и включение симистора 106, который вызывает включение исполнительного органа защиты от перегрузки, например полностью прекра щающего подачу перерабатываемого продукта в измельчитель. Через диод 93 тиристор 78 вызывает отпирание симис-. тора 104, Который включает в сторону уменьшения подачи продукта в измель20 читель электродвигатель 101. Исполнительный орган защиты от перегрузки срабатывает при пуске электродвигателя измельчителя, аварийных,снижениях напряжения питания и в других д5 аварийных режимах работы измельчителя,.

Перегрузка, при которой срабатывает симистор 106, задается с помощью потенциометра 34. Для исключения периодического срабатывания симистора

106 при разрядке конденсатора 73 на резистор 72 и отпирания транзистора

47 и тиристора 76 служит разделительный диод 92, подключенный к аноду тиристора 78. Для того, чтобы периади35 ческое Отпирание тиристора 77 при От пирании транзистора 46 не вызывало запирание тиристора 78, служит диод 110, включенный последовательно с тиристором 77.

40 При снижении стабилизируемого тока ниже минимального заданного значения срабатывают транзистор 45 и тиристОр

75, вызывая отключение тиристора 78, симисторов 104 и 106. Выключается ис полнительный орган защиты от перегрузки, а симистор 103 периодически включает электродвигатель 101 в сторону увеличения регулируемого тока °

Для повышения точности работы и чувствительности регулятора в него введен релаксационный генератор на однопереходном транзисторе 94. Генерируемые последним, импульсы, с частотой, значительно превышающей частоту переключений тиристоров триггера, подают в цепь без транзисторов 45-49. Это позволяет резко уменьшить ток утечки транзисторов в зоне напряжения их переключения и, тем самым, обеспечивавт стабилизацию порогов срабатыва® ния при увеличении постоянной времени

RC-контуров, установленных в цепи эмиттеров этих транзисторов.

Для повышения точности работы регулятора в паузах между импульсами д осущес»твляется динамическое торможение

737918

30

Формула изобретения

Импульсный регулятор, содержащий исполнительный орган, элемент сравнения, первый, второй и третий входы котоРого соединены соответственно с 35 первыми выходами датчика тока, источника опорного напряжения и стабилизированного источника питания, а первый и второй выходы — через первый и второй интегрирующие элементы — 4О с первыми входами первого и второго пороговых элементов, второй выход стабилизированного источника напря-. жения подключен через третий интегрирующий элемент к первому входу третьего порогового элемента, через релаксационный генератор — ко вторым входам первого, второго и третьего, а непосредственно - к третьим входам пороговых элементов, второй выход.дат, исполнительного электродвигателя

101 ° Динамическое торможение электродвигателя происходит при отпирании тиристора 76, вызывающего открытие симистора 105. При этом через обмотки электродвигателя 101, разделительные диоды 111 и 112, ограничитель-. ный резистор 113 и симистор 105, работающий в режиме тиристора, проходит пульсирующий выпрямительный ток, вызывающий торможение электродвига- g теля 101.

Потенциометры 51-56 служат для корректировки порогов срабатывания транзисторов. Кочденсаторы 57-61 предназначены для защиты схемы регулятора 5 от помех. Импульсный режим работы регулятора обеспечивает устойчивое регулирование даже при значительном запаздывании, которое может иметь место в системе питатель — измельчитель.

Изменение скважности импульсов в широких пределах, обеспечиваемое регулятором, позволяет применять исполнительные электродвигатели с редукторами, имеющими различное передаточное

1этношение.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить быстродействие регулятора.

f чика тока подключен через четвертый интегрирующий элемент.к первому ахо-, ду четвертого порогового элемента, второй вход которбго подключен ко второму выходу иоточника опорного напряжения, триггер, первый, второй, третий и четвертый входы которого . соединены с выходами соответствующих пороговых элементов, а первый, второй и третий выходы — соответственно через первый, второй и третий комму.таторы — с соответствующими входами исполнительного электродвигатедя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора, оН содержит ключи, четвер"тый коммутатор, пятый и шестой интегрирующие элементы и пятый и шестой пороговые элементы, первые входы ко торых подключены соответственно через пятый и шестой интегрирующие элементы к первому и второму выходам элемента сравнения, а вторые и третьи входы — к выходу релаксационного ге- нератбра и ко второму выходу стабилизированного источника напряжения, выходы первого и пятого интегрирующих элементов подключены соответственно через первый и второй разделительные Ключи к первому выходу триггера, выходы второго и шестого интегрирующих элементов через третий и четвертый разделительные ключи— ко. второму выходу триггера, выходы третьего и четвертого интегрирующих элементов, через пятый и шестой ключи — к третьему выходу триггера, четвертый выход которого через седьмой ключ соединен со вторым выходом триггера, а через четвертый коммутатор— ро входом исполнительного -органа за- щиты от перегрузок.

Источники информации, принятые -во внимание при экспертизе

1. Попков С. Л. Автоматическое ре - гулирование и управление процессами переработки зерна. M. Колос, 1972, с. 160-167, рис. 83.

2. Москаленко A. И. Новое в автоматизации зерноперерабатывающих предприятий. M., Колос, 1974, с. 112117, рис. 38.

737918

Составитель Г.Нефедова

Техред О.Легеза Корректор Г.Решетник

Редактор С.Тимохина

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2565/8 Тираж 956 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытый

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5