Управляемый ограничитель напряжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик

<11995100 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03. 08.81 (21) 3327624/18-24 с присоединением заявки №

Р1 М К з ь 06 G 7/25

Государственный комитет

СССР лто делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 0702.83. Бюллетень ¹ 5

153) УДК 68Х. 335 (088.3) Дата опубликованмя описания 07.02.83

1"

Б. В. Кирсанов, Е. Н. Кисин, В. И. Михайлов, В,Л.Похваленский, Г.M.Ñèíåâè÷ и. В.Г.ЯэыкоЬ::- .-: г с1

Московский ордена Ленина и ордена Октябрвской.РевопюциИ авиационный институт км. Серго Орджоникидзе и--Научный совет "Кибернетика " AH СССР (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54 ) УПРАВЛЯЕМЫЯ ОГРАНИЧИТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Изобретение отыосится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для использования в вычисли.— тельных блоках систем автоматического управления (САУ) и при моделиро5 ванин их на аналоговых вычислительных машинах (ABN) .

Практически любая САУ в настоя- 10 щее время имеет в своем составе блоки с принципиально нелинейными характеристиками, в частности с характеристиками типа ограничения. Они присущи, в первую очередь, исполни.— тельным устройствам САУ, например сервоприводам, гидроусилителям,. имеющим одновременно две характеристики ограничения — по скорости перемещения и самому перемещению силово.-го штока. Во-вторых, ограничители напряжения широко используются непосредственно в вычислителях САУ для задач принудительного ограничения сигналов в контурах управления (например, в контуре формирования заданной перегрузки самолета, в контуре стабилизации тангажа и др. ).

Типовыми требованиями, предъяв- ляемыми к устройствам ограничения напряжения как в реальных вычислителях САУ, . так и в аналоговых моделях САУ, являются следующие.

Стабильность. уровня ограничения при различных величинах входного сигнала, подлежащего ограничению (отношение а()эы„/дОвк . должно равняться нулю на участке ограничения).

Всякое нарушение этого требования. приводит к несоответствию в той или иной мере полученных при моделиро:вании действительных результатов, обусловленных строгими реально существующими ограничениями.

Воэможность оперативного изменения уровня ограничения при просмотре нескольких (как правило, много- численных) вариантов решаемой на

АВМ эадачи.Возможность автоматического управления уровнем ограничения, если это требуется алгоритмом работы САУ в процессе решения задачи.

Возможность Изменения знака выходного сигнала с блока ограничения без применения дополнительных операционных усилителей (Оу), число которых, как правило, лимитировано.

Существует большое количество ограничителей напряжения, использующих нелинейные свойства диодно-ре995100

- ((„,Н -U,13. < )

Семейство статических характеристик ®(И,)заявляемого устройства при различных значениях сигнала U2, определяющего уровень ограничения, и при К О, 5 приведено на фиг. 2.

Их достоверность. несложно проверить непосредственной подстановкой в (1) конкретных значений U1 и U2 НесложНо получить их и аналитически.

Пусть U (t) — переменный сигнал, подвергаемый ограничению,U 2 = const>

7 Π— сигнал, задающий уровень ограничения. В зависимости от величины и знака сигнала u„(t) выходной сигнал U определяется следующим обраВЬФ зомби

При ().)(4)j (0, U„($!70 и 0„(t)<0 зистивных ячеек, включенных в обратную связь операционного усилителя.

В инженерной практике известно устройство такого типа, которое содержит ОУ с постоянным резистором на входе, с двумя диодами, двумя делителями напряжения, двумя источниками опорного напряжения и вторым постоянным резистором в цепи обратной связи (1 3.

Отличаясь простотой, это устройст- 0 . во не обеспечивает стабильности урраня ограничения, не позволяет оперативно изменять этот уровень в процессе моделирования на ABM и не обеспечивает возможности автоматического изменения величины ограничения выходного напряжения в процессе решения задачи.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство ограничения напряжения, содержащее блок выделения модуля, к входу которого подключен управляющий уровнем ограничения сигнал, инвертор, вход которого подключен к выходу блока выделения .модуля, 25

ОУ с резистором на входе и в цепи обратной связи и две диодно-резис- . тивные ячейки с двумя входами и одним выходом, причем первые входы ячеек соединены с выходом усилителя, ЗО вторые входы — c выходами блока выделения модуля и инвертора соответственно, а выходы - с входами усилителя (2 ).

Известное устройство позволяет 3Я оперативно изменять уровень ограничения, а также управлять им автоматически от внешнего источника напря- жения.

Поскольку работа данного устройст-go

sa основана на применении диоднорезистивных нелинейных ячеек, оно не обеспечивает строгого постоянства уровня ограничения при различных .входных сигналах. Реальные свойства этих ячеек не позволяют добиться стабильных свойств блока ограничения и являются принципиальным, методическим источником его погрешностей. Epos того, в схеме прототипа нельзя изменить знак выходного сигнала без применения дополнительного инвертирующего ОУ.

Цель изобретения — повышение точ-. ности ограничения.

Указанная цель достигается тем, H что устройство, содержащее первый блок выделения модуля, содержит второй блок выделения модуля, два блока суммирования и блок вычитания, причем первые входы первого блока сум- Щ мирования и блока вычитания являются сигнальным входом, а вторые их входы - управляющим входом управляемого ограничителя напряжения, выходы первого блока суммирования у и блока вычитания соответственно че. рез первый и второй блоки выделения модуля подключены к первому и второму входам втррого сумматора, выход которого является выходом управляемого ограничителя напряжения.

На фиг. 1 представлена схема управляемого ограничителя напряжения; на фиг. 2 - его статические характеристики.

Управляемяй ограничитель напряжения содержит блоки 1 и 2 суммирования, блок 3 вычитания, каждый на два входа и один выход, и два блока

4 н 5 выделения модуля. Объединенныв между собой первые входы. блоков

1 и 3 с единичными коэффициентами усиления являются сигнальным входом ограничителя. Второй вход блока 1 суммирования с единичным коэффициентом усиления соединен с вычитающим входом блока 3 (также с единичным по величине коэффициентом усиления) и служит управляющим входом ограничителя напряжения. Выходы блоков 1 и 3 через блоки 4 и

5 выделения модуля соответственно подключены к первому и второму входам (c равными между собой коэффициентами усиления К ) блока 2 суммирования, выход которого служит выходом ограничителя напряжения.

При подаче. на входы ограничителя напряжения входных сигналов U и

U на выходах блоков 1 и 3 формируются сигналы (u„+ 02 ) и (V - u ) соответственно, а на выходах блоков

4 и 5 — сигналы P + Ug ) и (() q - UZI которые, суммируясь далее на блоке

2, представляют выходной сигнал в виде о,„=офи„(ц.о, - ()„у-ц,ц=

=05 f(U„(@AU )-(-U (ц+ц )j-g (а! т.е. сигнал У „,„линейно повторяет входной сигнал.

995100

ФорМула изобретения

ПРн (О (Ч >О И О, (4.)r0

"w =0,5(IU Ю+" J- () ()-0 ф

=М Ц „(+3+ u2)- fu,(<3- u )$ =и . при 0 (ОсО-uâ,„û,õ „= ((2 I" Ц.

=05(- (О (В)iug+(V„(3 U>))= 2 т.е. сигнал на выходе устройства будет строго постоянным и не будет по величине более, чем заданный уровень ограничения U> Наклон статической характеристики в зоне лийейности определяется .величиной коэффициента усиления К на входах блока 2 и что при смене знака сигнала Ug,, управляющего уровнем ограничения, знак сигнала на выходе ограничителя также меняется на противоположный, т;е. выходное напряжение в предлагаемом устройстве легко инвертируется без применения дополнительного операционного усилителя. Важно указать также на эквивалентность сигналов U и U2 с точки зрения выполняемых функцйй: ограничивающим сигналом и сигналом, подлежащим ограничению, может быть как О., так и U>, т.е. входы ограничителя напряжения взаимозаменяемы.

Как видно из приведенных материалов предлагаемое устройство действительно является прецизионным ограничителем выходного напряжения. Уро- З5 вень ограничения в-конкретно рассматриваемой ситуации определяется величиной сигнала Уу и является строго постоянной и независимой от подлежа- . щего ограничению сигнала U<. Погреш- 40 ность предлагаемого устройства (непостоянство уровня ограничения ) определяется только инструментальными погрешностями входящих в него вычислительных блоков, т.е.. не является методической, как в прототипе, где она неустранима принципиально. Вы.ходное напряжение в предлагаемом устройстве в отличие от прототипа легко инвертируется.

Управляемяй ограничитель напряжения, содержащий первый блок выделения модуля, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьиаения точности ограничения, он содержит второй блок выделения модуля и два блока суммирования, блок вычитания, причем первые входы первого блока суммирования и блока вычитания являются сигнальным входом, а вторые их входы — управляющим входом управляемого ограничителя напряжения, выходы первого -блока суммирования н блока вычитания соответственно через первый и второй блоки .выделения модуля подключены к первому и второму входам второго сумматора, выход которого является выходом управляемого ограничителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Тетельбаум И.М. и Шнейдер Ю.Р.

400 схем для ABN. М., "Энергия", 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

В 762013, кл. G 06 G 7/25, 1978 (прототип 3.

Составитель С. Белан

Редактор A. Мотыль ТвхредЖ.Кастелевич Корректор O. Билак

Заказ б4б/34 Тираж 704 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4