Устройство для формирования релейнопропорционального сигнала управления

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 0807.77 (21) 2535793/18-24 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет

Опубликовано 05.1179. Бюллетень ЙР 41

Дата опубликования описания 0511.79

Союз Советских

Социалистических

Республик (1>696406 (51)М. Кл.

G 05 В 11/01

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Автор изобретения

В. К. Болховитинов (71) Заявитель

Изобретение относится к области

1автоматики и может быть использовано в устройствах и системах автома- тического управления и регулирования, имеющих несколько регулирующих исполнительных органов, предназначенных для обеспечения высокого качества и надежности регулирования, например, для стабилизации местоположения в море судна, параметров силовой установки и т. и.

Известны устройства для формирования релейно-пропорционального сигнала управления (1) .

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее первый и второй блоки реле, датчик регулируемого параметра, выход которого соединен с первым входом блока формирования закона регулирования, усилитель мощности, первый и ьторой входы которого соединены соответственно с выходами блока формирования закона регулирования и блока обратных связей, вход которого и выход усилителя мощности подключены к блоку регулирующих органов (2).

Недостатком данного устройства является то, что надежность».го работы существенно снижается при эксплуатации вследствие работы каналов в непрерывном режиме управления, а также иэ-эа малой надежности нелинейного резистора в случае изменения температуры окружающей среды.

Цель предлагаемого изобретения повышение надежности устройства. дця этого в устройство введены блок коррекции сигнала управления, формирователи длительности и амплитуды сигнала управления, причем выход блоха обратных связей через последовательно соединенные формирователь амплитуды сигнала управления и первый блок реле подключен ко второму входу блока формирования закона регулирования, а через последовательно соединенные формирователь

20 длительности сигнала управления, второй блок реле и блок коррекции сигнала управления — к третьему входу усилителя мощности.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — кривая изменения во вре— мени внешнего возмущения Г (1) и кривая изменения количества N работающих регулирующих органов в релей30 ном (сплошная линия) режиме, а так(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЛЕЙНО: РОПОРЦИОНАЛЬНОГО СИГНАЛА УПРАВЛЕНИЯ

696406 же в пропорциональном (пунктирна я линия) режиме работы.

Предлагаемое устройство содержит датчик 1 регулируемого параметра 1, блок 2 формирования закона регулирования, усилитель 3 мощности, блок 4 обратных связей, формирователь 5 амплитуды сигнала управления, первый блок 6 реле, формирователь 7 длительности сигнала управления, второй блок 8 реле, блок 9 коррекции сигнала управления, блок 10 регулирующих органов и первый, второй, третий и ч твертый регулирующие органы 11, 12, 13 и 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Выработанный датчиком 1 сигнал отклонения регулируемого параметра поступает в блок 2 формирования закона регулирования, в котором вырабатывается соответствующий принятому закону сигнал управления, содержа-. щий, например, составляющие производной и интеграла регулируемого параметра. Этот суммарный сигнал управления поступает в усилитель 3 мощности, где сравнивается с сигналом обратных связей, выработанным блоком 4 обратных связей. С усилителя

3 мощности сигнал управления поступает на блок 10 регулирующих органов, который осуществляет тем или иным образом непосредственное изменение регулируемого параметра.

Если изменение регулируемого параметра (на примере известных устройств вызвано изменением характера внешних возмущений (например, при стабилизации курса судна на волнении и при действии ветра), то регулирующие органы блока 10 осуществляют компенсацию этих возмущений, причем каждый из этих регулирующих органов в соответствии с принятым законом вносит свой вклад компенсирующего (в том числе и равный) воздействия и управляется от блока

2 формирования закона регулирования непрерывно в течение всего времени процесса регулирования. Сигналы, пропорциональные вкладу компенсирующего воздейстния каждого регулирующего органа блока 10, вырабатываются в блоке 4 обратных связей и используются при формировании закона управления.

В отличие от известных устройств в предлагаемом устройстве формируемый в блоке 2 формирования закона регулирования сигнал управления зависит от характера и состояния в данный момент времени внешних возмущений F (t) и таким образом, что при изменении возмущений в диапазоне максимального компенсирующего воздействия Fo одного регулирующего органа, включ<.ние в работу оставшихся органон не производится, а при F (t) > Fo число работающих по сигналам блока 2 формирования закона регулирования органов N определяется автоматически из соотг < 1 ношения N > путем коррекции

Ро сигнала управления, вырабатываемого блоком 2 формирования закона регулирования.

Указанная зависимость сигнала управления блока 2 определяется работой формирователей 5 амплитуды и длительности сигнала упранления, первого 6 (амплитудного) и второго

8(длительности) блокон реле, блока

9 коррекции сигнала управления и заключается в следующем.

Корректирование сигнала блока 2 формирования закона управления состоит в том, что, в отличие от известных систем, регулирующие органы блока 10 управляются от усилителя мощности 3 в релейно-пропорциональном режиме, причем релейность управления заключается в том, что часть органов системы находится на своем предельном значении F u отключена от блока 2 формирования закона управления блоком 9 коррекции сигнала управления, а другая часть регулирующих органов блока

10 находится в режиме пропорционального управления по сигналам блока 2 формирования закона регулирования.

Таким образом, предлагаемый принцип работы устройства в моме«т нре50

60

Выработанные блоком 4 обратных связей сигналы положения регулирующих органов блока 10 одновременно поступают на входы формиронателей 5 амплитуды и длительности 7 сигнала управления для оценки соответственно амплитуд и длительности этих сигналон. При этом формирователь 5 амплитуды сигнала управления вырабатывает сигналы А;, пропорциональные амплитудам, а формиронатель 7 длительности сигнала управления сигналы Э„, пропорциональные длительности нахождения каждого из (-тых регулирующих орга| нов блока 10 на своем максимальном значении Fo, где Fo „ например, имеет при управлении по курсу судна физический смысл стабилизирующего момента. Указанная последовательность формирования сигналов А; и Т<„ принята в устройстве, во-первых, на базе оценки сигналов «; блока 4 обратных связей, где (— число имеющихся регулирующих органон, и, âo-нто40 рых, с учетом характера изменения но-времени внешних возмущений F (t)

Дальнейшее прохождение .в предлагаемом устройстве этих сигналов основывается, исходя из принципа коррекции сигнала управления блока формирования закона регулирования.

696406 мени Т может быть отображен в виде зависимости: (T)»KF +PU +e О, число органов, развивающих свое предельное значение F компенсирующего воздействия по сигналам блока 9 коррекции сигнала управления; число регулирующих органов, находящихся в режиме про- 10 порционального управления по сигналам U от блока 7 формирования закона регулирования; число регулирующих органов, неуправляемых вообще в момент времени Т; суммарное (требуемое при

Т) значение компенсирующего воздействия уст ройства, причем где

К-Е т(2) где 1 — число всех имеющихся на объекте регулирующих органов, работающих по регулируемому параметру от датчика 1 регулируемого параметра;

К+1= И вЂ” число регулирующих органов, требуемых для компенсации F(T).

Определение чисел К, в зависимости (1) в моменты 4<, tz 1„ (фиг. 2) и введение коррекции с блока 9 коррекции сигнал управления З5 в усилитель 3 мощности (фиг. 1) производится автоматически по сигналам формирователей 5 амплитуды и длительности 7 сигнала управления, поступающим на первый 6 и второй 8 блоки реле, причем срабатывание того или иного реле в каждом иэ блоков определяется соответственно значениями А„ для первого блока 6 реле и 2, для второго блока 8 реле. 45

Особенность срабатывания реле в первом б и втором 8 блоках реле по указанным сигналам от формирователей 5 амплитуды и длительности

7 сигнала управления состоит в том, 5Q что их количество в данный момент времени может отличаться друг от друга, т. е. при одной и той же амплитуде А (K 61 ), вызывающей срабатывание K-того реле в первом 55 блоке б реле, Х -тое реле второго блока 8 реле может не сработать, т.е. не передать команды на блок

9 коррекции сигнала управления, если где =К вЂ” длительность сигнала амплитуды А „; Г„- значение времени настройки данного устройства на режим переключения органов системы. Быбор величины „определен двумя, по крайней мере, факторами: значением Е „,„„- @ - и величиной .„- . 4А, 1 о "оеа» ч где Г„,„хара к тери э ует быстродействие регулирующего органа, аT,„, „определяется допустимой ошибкой регулирования ьЧ и скоростью ее изменения М при максимальном возмущении

Г () так, что Г,„,„ Г„&Х

Данное условие (т. е. выбор конкретного значения ) срабатывания реле первого блока б реле и реле второго блока 8 реле в устройстве является своего рода фильтром, сглаживающим высокочастотные (мгновенные) колебания внешних возмущений, которые в известных системах отрабатываются по сигналам датчика 1 регулируемого параметра регулирующими органами блока 10, технически неоправданно в этом случае расходующими свой ресурс, что снижает эксплуатацион.ные характеристики и надежность сис темы в целом.

Таким образом, в зависимости от соотношений между сигналами А, и

З„. формирователей 5 амплитуды и длительности 7 сигнала управления в устройстве формируется релейно-пропорциональный сигнал управления, определяющий режим работы и включение того или иного количества реле в первом б и втором 8 блоках реле, что соответствующим образом изменяет режим работы блока 2 формирования закона регулирования (по сигналам первого блока 6 реле) и формирование коррекции блоком 9 коррекции сигнала управления (от второго блока 8 реле) и, в конечном итоге, определяет количество и режим работы в устройстве регулирующих органов блока 10, что и спределяет достижение поставленной цели изобретения.

При этом в блоке 2 формирования закона регулирования по сигналам первого блока б реле формируется (») значение сигнала 0 „,с,„ на соответствующий перевод К -того регулирующего органа и положение F, а с помощью второго блока 8 реле и блока 9 коррекции сигнала управления осуществляется подключение регулирующих органов блока 10 для реализации зависимости (1} с учетом фильтрации мгновенных колебаний внешних возмущений

Р(t) и зависимости (2) .

Иэ фиг. 2 следует, что дс момента времени „ в предлагаемом устройстве, в отличие от известных, работает только один (первый) регулирующий орган 11 в пропорциональном режиме управления от блока 2 формирования закона регулирования. При этом величина его компенсирующего воздействия для парирования F(t) близка к значению Е . При = первый орган блока 9 коррекции сигнала управления переводится в режим релейного управления со значением F v от696406 ключается от блока 2 формирования закона регулирования. При 1=1 (когда наблюдается дальнейшее возрастание возмущения F(t) ) происходит включение в работу второго регулирующего органа 12, а при t=t > -третьего регулирующего органа 13. При этом регулирующие органы 11 и 12 не имеют управления от блока 2 формирования закона регулирования и развивают свои номинальные (спецификационные) значения F до момента. времени t, а регулирующий орган 14 находится в режиме пропорционального управления от блока 2 формирования закона регулирования и отключается при =, где в свою очередь регулирующий орган 13 переводится в режим пропорционального управления, компенсируя динамические изменения возмущения F(t). Иэ фиг ° 2 становится ясным порядок подключения и отключения регулирующих органов устройства при совместной работе в устройстве формирователей

5 амплитуды и длительности 7 сигнала управления первого 6 и второго 8 блоков реле, а также блока 9 коррекции сигнала управления, реализующих: зависимость (1) .

25

Причем это первое отличие предлагаемого устройства от известных.

Второе отличие предлагаемого устройства в том, что при t=-t „ (фиг.2), когда регулирующие органы 11 и 12 развивают в сумме компенсирующее воз- 3- действие 2Fo а возмущение F(t) при этом уменьшается, регулируюший орган

13 изменяет направление своего воздействия, компенсируя избыточность воздействия 2Г„ от регулирующих ор- 40 ганов 11 и 12. Такой режим работы устройства (с переменной знака воздействия только у одного из органов, находящегося в данный момент времени в режиме пропорционального управления) также направлен на повышение надежности работы системы регулирования.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в повышении надежности работы предлагаемого устройства и как следствие этого — исполнительных средств судна, используемых за время похода для регулирования курса, а также в экономии энергии управления, необходимой для осуществления указанного регулирования. формула изобретения

Устройство для формирования релейно-пропорционального сигнала управления, содержащее первый и второй блоки реле, датчик регулируемого параметра, выход которого соединен с первым входом блока формирования закона регулирования, усилитель мощности, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами блока формирования закона регулирования и блока обратных связей, вход которого и выход усилителя мощности подключены к блоку регулирующих органов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства, оно содержит блок коррекции сигнала управления, формирователь амплитуды и длительности сигнала управления, причем выход блока обратных связей через последовательно соединенные формирователь амплитуды сигнала управления и первый. блок реле подключен ко второму входу блока формирования закона регулирования, а через последовательно соединенные формирователь длительности сигнала управления, второй блок реле и блок коррекции сигнала управления — к третьему входу усилителя мощности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Р 1588583, кл. G 05 В 9/02, 1972.

2. Патент Японии М 50-12072, кл. 54(7) В 1, 21 ° 10 ° 70 °

696 406

1 и

tq

Puz. г

Составитель A. Лащев

Заказ 6764/46 Тираж 1015 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Ь

2 Л

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