ТСА

Интегральная составляющая выходного сигнала реализуется на высокоомном усилителе ВУ1 вследствие его охвата положительной обратной связью через конденсатор СД. Усилитель охвачен отрицательной обратной связью через резистор RД. Постоянная времени предварения ТПВ=RД·СД, и степень ее ввода устанавливается ручкой потенциометра «ТПВ». В качестве сигнала, по которому берется производная, подключается либо сигнал рассогласования между «Переменной» и «Заданием», либо «Переменная» (в зависимости от положения перемычек на колодке Х2).

На сумматоре Σ4 суммируются дифференциальная составляющая и сигнал рассогласования. Их сумма в свою очередь суммируется с интегральной составляющей на усилителе У1, охваченном жесткой обратной связью.

Таким образом, на выходе У1 реализуется суммарный сигнал из пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих. Значение суммарного сигнала зависит от сопротивления резистора RП, оцифрованного в единицах коэффициента усиления регулятора kП=0,3…15. Переключатель SA позволяет изменить диапазон установки kП. Если переключатель установить в положение, при котором резисторы Rдоп1 и Rдоп2 окажутся зашунтированными, то с помощью RП можно установить kП в диапазоне 1…50.

Демпфирование пропорциональной и дифференциальной составляющих выходного сигнала регулятора осуществляется путем охвата гибкой обратной связью ВУ2 и Σ4 через СФ и RФ. Время демпфирования ТДФ=0…20 с устанавливается резистором RФ.

При RФ=0 значение ТДФ=0; при RФ=RФ МАКС значение ТДФ=20 с.

Выходной сигнал усилителя У1, реализующий закон ПИД-регулирования, поступает на ограничитель выходного сигнала по максимуму и минимуму. Ограничитель реализован на сумматоре Σ6 и двух схемах сравнения, нагруженных на RC-цепочки через диоды VD1 и VD2.

Установка ограничений производится потенциометрами, на которые подается опорное напряжение –10 В относительно общей шины 36. Напряжение, пропорциональное уровню ограничения, подается на схемы сравнения СС1 и СС2, где сравнивается с текущим значением выходного сигнала сумматора Σ5. Если выходной сигнал Σ5 меньше установленного «Огр. макс» и больше «Огр. мин», то ни одна из схем сравнения не срабатывает и сигнал по напряжению на конденсаторе СОГР равен 0. В этом случае выходной сигнал Σ5 повторяет выходной сигнал У1 с коэффициентом передачи 0,5. Если выходной сигнал Σ5 выйдет за уровень ограничения, например станет больше установки «Огр. макс», то сработает СС2 и на ее выходе появится сигнал отрицательной полярности, постоянный по амплитуде, и конденсатор СОГР начнет заряжаться через диод VD2 и резистор RОГР2. На Σ5 начнет поступать дополнительный сигнал, который приведет к уменьшению выходного сигнала Σ5 до значения установки ограничения по максимуму. Таким образом, при превышении максимума сигнала СС2 будет периодически срабатывать и поддерживать выходной сигнал Σ5 очень близким к установке ограничения. При выходном сигнале Σ5 ниже минимальной установки срабатывает СС1 и СОГР начнет заряжаться напряжением другой полярности. В результате сигнал на выходе Σ5 начнет возрастать и, достигнув ограничения по минимуму, будет поддерживаться близким к значению минимума. При срабатывании любой из схем сравнения через сумматор Σ6 на вход ВУ1 интегратора поступает сигнал, предохраняющий интегратор от перенасыщения. В результате этого не происходит временного запаздывания действия регулятора при изменении знака сигнала рассогласования.

Сигнал после ограничителя поступает на модуль кондуктивного разделения. Кондуктивное разделение достигается за счет широтной модуляции входного аналогового сигнала, передачи его через трансформатор и последующей

61

демодуляции. Питание узла демодуляции гальванически не связано с питанием предыдущей части схемы. В этом модуле предусмотрено дистанционное инвертирование выходного сигнала при замыкании зажимов 10 и 29. В последнем случае на вход релейного элемента подается дополнительный сигнал смещения –15 В и выходной сигнал инвертируется.

На выходе регулятора предусмотрена выдача аналогового 0…10 В (зажимы 8 и 9), а также токового (зажимы 6 и 7) сигналов. Диапазон выходного тока устанавливается перемычками на колодке Х2, с помощью которых изменяется сопротивление в цепи эмиттера преобразователя напряжения в ток.

Врегуляторе предусмотрено дистанционное переключение режимов работы «Р» и «А» (зажимы 18 и 36).

Вавтоматическом режиме перемычка между 18 и 36 отсутствует, реле KV1 обесточено и его контакты находятся в положениях, указанных на схеме.

При ручном режиме (замыкаются зажимы 18 и 36) срабатывает KV1, замыкается на землю вход ВУ1 интегратора, на который в автоматическом режиме поступал сигнал рассогласования через RИЗ, конденсатор СР отключается от земли и оказывается подключенным к другому входу ВУ1.

Ручное управление осуществляется путем замыкания кнопок, подключенных к

зажимам 19 SBБ («Больше»), 20 SBМ («Меньше») относительно общей шины 36. Если, например, нажать кнопку «SBБ», то сработает реле KVБ и через его контакт на вход ВУ1 и на конденсатор СР будет подано напряжение от стабилизированного источника +UОП. За счет охвата ВУ1 и У1 положительной обратной связью с конденсатором СР сигнал с выхода У1, а следовательно, и с выхода регулятора начнет возрастать. При отпускании кнопки SBБ конденсатор СР оказывается заряженным до определенного уровня и на выходе поддерживается сигнал, неизменный во времени и равный значению в момент отпускания кнопки.

При нажатии кнопки SBМ на вход ВУ1 поступает сигнал противоположной полярности и выходной сигнал будет уменьшаться с постоянной скоростью.

Для поддержания постоянства во времени выходного сигнала регулятора при

ручном управлении, когда отпущены кнопки SBБ и SBМ, в регуляторе предусмотрен специальный модуль компенсации дрейфа МКД.

Выходной сигнал интегратора после У1 поступает на вход схемы сравнения — модуль МКР, где сравнивается с колебаниями пилообразной формы генератора низкой частоты ГНЧ. На выходе схемы сравнения СС формируются прямоугольные импульсы положительной и отрицательной полярностей, отношение длительностей которых пропорционально выходному сигналу интегратора. Схема сравнения

управляет ключами S1, S2 и через устройство синхронизации — УС — работой генератора высокой частоты ГВЧ.

При отрицательной полярности выходного сигнала СС ключ S1 замкнут, S2 разомкнут — происходит заряд конденсатора С от импульсов ГВЧ.

При положительной полярности выходного сигнала СС заряженный конденсатор С переключается на разрядный резистор R и вход интегратора. Полярность корректирующих импульсов противоположна направлению изменения выходного сигнала интегратора, что приводит к изменению выходного сигнала в противоположную сторону. Вследствие этого выходной сигнал интегратора все время колеблется около постоянного уровня — точки устойчивого равновесия. Число таких точек определяется отношением частот ГНЧ и ГВЧ.

Вмомент нажатия кнопки SBМ или SBБ выход модуля МКД отключается от интегратора. При отпускании кнопок выходной сигнал интегратора стабилизируется

62

около ближайшей устойчивой точки. В автоматическом режиме выход МКД заземляется через размыкающий контакт реле KV1.

Питание схемы осуществляется напряжением +24 и –24 В относительно общей точки (зажим 36). Питание отдельных модулей стабилизируется модулем стабилизации напряжений. Питание части схемы после модуля кондуктивного разделения МКР осуществляется специальным модулем питания, гальванически разделенным от цепей питания остальных модулей. Разделение цепей питания происходит за счет модуляции, трансформирования и последующей демодуляции.

Для ступенчатого изменения диапазона установки коэффициента передачи kП в схеме предусмотрен переключатель SA, с помощью которого включаются или шунтируются дополнительные входные резисторы перед интегратором (RДОП1) и

сумматором Σ4 (RДОП2). При включении резисторов RДОП1 и RДОП2 изменяется коэффициент передачи П- и И-составляющих выходного сигнала регулятора, но

время удвоения (постоянная времени изодрома) при этом остается прежним. Коэффициент передачи Д-составляющей не зависит от положения переключателя SA, а это означает, что при изменении диапазона установки коэффициента передачи изменяется диапазон установки постоянной времени предварения ТПВ.

Формирование закона регулирования

Закон регулирования реализуется модулем МРА. На интегратор поступает входной сигнал рассогласования между «Заданием» и «Переменной» Uε с коэффициентом передачи k=1.

Вход усилителя интегратора высокоомный, следовательно, iR≈ iС.

Таким образом, интегратор реализует интегрирующее звено, постоянная времени которого при СИЗ=const определяется сопротивлением RИЗ на входе усилителя.

При ТИЗ=∞ конденсатор интегратора полностью разряжен и заземлен. При этом UИ=0 в любом случае.

Рассмотрим принципиальную электрическую схему сумматора пропорциональной составляющей и дифференциатора.

Если движок kФ потенциометра полностью выведен, то выходной сигнал схемы

UПД(р)=UД(р)+Uε(р).

63

памяти, восстанавливающее значение выходного сигнала после длительного перерыва подачи напряжения питания.

.Значение выходного сигнала -10—0—+10В; 0—10В; логического сигнала:1(соответствует значению напряжения –24В), 0(соответствует 0). Диапазон изменения выходного сигнала с гальваническим разделением 0—5; 0—20;4—20мА; 0—10В. Значение выходного сигнала без гальванического разделения 0+10В.

Блок динамических преобразований БДП

БДП осуществляют алгебраическое суммирование трёх входных сигналов с предварительным масштабированием двух из них. Этот блок предназначен для динамического преобразования (интегрирования, демпфирования или дифференцирования) линейной комбинации входных сигналов с возможностью ограничения выходного сигнала или двухпредельной сигнализации. Основа— интегратор с логическим управлением, двухпредельной сигнализацией и ограничением сигнала как в БПИ.

Значение выходного сигнала после перерыва подачи напряжения питания восстанавливается благодаря тому ,что выходной код при отключении напряжения питания блока за допустимый предел переписывается в запоминающее устройство, а при восстановлении питания(после окончания переходных процессов в триггерах счетчика) запутывается вновь.

Отличие от БПИ: не имеет ферритового запоминающего устройства, кондуктивного разделителя и преобразователя ’’напряжения в ток’’. Вместо этих узлов БДП содержит Σ на три входа, два из которых масштабируются. Кроме того интегратор в БДП выполнен с меньшей(4-Е раза дискретностью выходного сигнала, чем в БПИ).Наличие Σ и ∫ в БДП позволяет его использовать(помимо операции интегрирования) для реализации апериодического или РД-звена. В связи с этим, БДП может применяться в Каскадных системах регулирования с исчезающим сигналом из промежуточной точки, в качестве звена компенсации в комбинированных системах регулирования и др.

Диапазон изменения входных и выходных сигналов –10— 0—+10В; 0—10В.

Регулирующий блок РБИ-1

РБИ в комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости реализуют ПИ-закон регулирования. Это ещё один релейно-импульсный регулятор, выходной сигнал которого импульсы различной скважности, которые через исполнительный усилитель управляет ИМ

65

ОУ1,ОУ2,ОУ3—пропорциональные звенья с постоянным коэффициентом передачи.

3.модуль, предназначенный для сглаживания помех(низкочастотный фильтр), орган настройки ТФ, построенный на сопротивлении RФ, СФ.

4.модуль СК: суммирующий каскад

ОУ4—охватывает ООС, к сигналу ЗД можно подать сигналы клемм ОС и вспомогательной ОС 5. модуль РЭ: релейный элемент

∆Н можно расширить с помощью потенциометра. Каждый ОУ охватывает ОС: поэтому КУС→∞ и превращается в двухпозиционный элемент .Получается ,что из 2-Х позиционный собрали один 3-Х позиционный.

6. модуль УМ усилитель мощности, построен на двух транзисторах Т1,

Т2,и на двух оптронах (бесконтактные ключи, управляемых от Umax светодиодов, осуществляющее гальваническое разделение) ОП1,ОП2.

СОП1,ОП2 выходной сигнал подаётся на клеммы 7,10;9,10, если ключи используются как сухие контакты. Если на выход подаём сигнал активный 24В, то источник напряжения полаётся на 7,10 с ОТ 8 (с

выпрямительного мостика через ОП1,ОП2). Когда пассивный выход, то нужно питание извне 10,7;10,9.

Всё остальное на схеме :цепочка ОС.

СТ1 идёт сигнал на М(на оптроны)

СТ2—на Б.

В модуль ФН—формирователь импульсов напряжения, выполняет вспомогательную функцию. Потом с выхода ФН, напряжение поступает на ФОС. Оптроны ОП3,ОП4 разрывают соответственные цепи, разделяя тем самым цепи зарядов и разрядов (уменьшая тем самым взаимное влияние органов настройки).

ФН:

Когда на выходе РЭ имеется сигнал Б или М, то он поступает на ОП3 (открыт) и под действием ИП(источника питания), идёт заряд С, в это время ОП4 закрыт, через транзистор Т3 закрывает цепочку. Когда наступает пауза, разрывается цепь,ОП4 открыт, ОП3—закрыт, начинается разряд конденсатора С. Так работает главная ОС.

Через RИ снимается ПОС, сигнал маленький, он либо ’+’, либо ’-’ к основному сигналу, в зависимости от того увеличивается он или уменьшается характерно зоне возврата, сужение и расширение характеристики в зависимости UПОС.

Органы настройки: RЗ→VСВ→KФБ

RР→TИ

По структурной схеме видно, что РБИ—классический релейно-импульсный регулятор.

Цепочка: пассивный 4-Х полюсник. Обладает свойством маленького выходного сигнала по мощности, т.к. нет никакого питания.

Нагрузка :входное сопротивление ОУ(1000ЧИ нОм). Нужно в цепочке получить постоянную ТОС.

Известно, что:

ТОС=ТИ(10КИ секунд ,100НИ)

66

Демпфер Ф, предназначенный для фильтрации пульсаций сигнала рассогласования, содержит апериодическое RC-звено с регулируемой постоянной времени ТФ. В отличие от демпфера блока РБИ демпфер блока РБИМ имеет повторитель сигнала, выполненный на операционном усилителе с высокоомным входом типа 544УД1.

Демпфированный сигнал рассогласования поступает на вход суммирующего каскада СК по двум параллельным ветвям. Одна из них непосредственно соединяет выход демпфера Ф с входом СК. Вторая ветвь содержит дифференциатор ДФ с передаточной функцией W1(p) и канал Y5èY6 с передаточной функцией W2(p) специального динамического преобразователя ДП. Другой канал этого преобразователя YНОèY6 с передаточной функцией W3(p) используется в качестве функциональной обратной связи регулирующего блока.

Передаточные функции W1(p) и W2(p) соответствуют реально-дифференцирующим звеньям:

Передаточная функция функциональной обратной связи W3(p) соответствует апериодическому звену с той же постоянной времени, что и канала Y5èY6:

Это обеспечивается благодаря тому, что передаточные функции W2(p) и W3(p) реализованы на одном операционном усилителе ОУ6 с одной и той же обратной связью, содержащей резистор R1 и конденсатор C1. Постоянная времени Т2 при этом определяется формулой T2 = Kτ × R1 ×C1 , причем резистор R1 является переменным и

выведен на панель органов настройки с гравировкой «τИ», а множитель Кτ является обратной величиной по отношению к коэффициенту передачи делителя, установленного на выходе ОУ6 перед резистором R1 (Кτ=1;10). Коэффициент передачи К3 звена ФОС определяется формулой

переменном резисторе R3 с гравировкой «αП».

Так как демпфер и функциональная обратная связь реализованы с применением активных элементов (операционных усилителей), отпадает необходимость в высоком выходном сопротивлении суммирующего каскада СК, который выполнен в блоке РБИМ на интегральной микросхеме К553УД1А (операционном усилителе).

Дифференциатор ДФ реализован на операционном усилителе с высокоомным входом типа 544УД1.

Формирование требуемой релейной характеристики прямого канала (трехпозиционной с зоной нечувствительности и зоной возврата) производится в блоке РБИМ с помощью нуль-органов НО1 и НО2, охваченных звеном положительной обратной связи ПОС через сумматор Σ4. Звено ПОС с регулируемым делителем R4 ( tИ) используется для регулировки длительности выходных импульсов регулирующего блока за счет изменения зоны возврата релейного элемента РЭ.

Сигнал на вход ПОС подается с выхода делителя αП, что обеспечивает пропорциональность между зоной возврата и скоростью сигнала функциональной обратной связи (скоростью связи Vсв). Тем самым достигается независимость

длительности импульсов tИ от установленного значения Vсв, так как DtИ = VDссВ .

68

Зона нечувствительности релейного элемента РЭ регулируется с помощью переменного резистора R5 ( Н), с которого снимается напряжение, препятствующее срабатыванию нуль-органов НО1 и НО2 в направлении открытия диодов Д1 и Д2.

Верхний уровень выходного сигнала релейного элемента (Y+НО=+10 В) формируется

с помощью НО1 и диода Д1, а нижний уровень (Y-НО=-10 В) — с помощью НО2 и диода Д2. Каждый из нуль-органов выолнен на операционном усилителе К553УД1А.

На выходе релейного блока установлен усилитель мощности УМ, состоящий из двух идентичных каналов. Каждый из каналов содержит генератор импульсов ГИ, разделительный трансформатор и разделительный ключ К, выполненный на одном тиристоре и одном транзисторе.

Генераторы ГИ1 и ГИ2 работают в ждущем режиме. При нулевом сигнале релейного элемента YНО оба генератора находятся в невозбужденном состоянии и ключи К1 и К2 закрыты.

При срабатывании первого нуль-органа релейного элемента, т.е. при YНО=+10 В, на выходе генератора ГИ1 возникает последовательность импульсов, которые вызывают открытие (замыкание) ключа К1. Тем самым на выходе блока РБИМ формируется сигнал на включение исполнительного устройства в направлении «меньше».

Если срабатывает второй нуль-орган релейного элемента, т.е. при YНО=-10 В, то возбуждается генератор ГИ2, выходные импульсы которого вызывают открытие ключа К2. При этом формируется сигнал на включение исполнительного устройства в направлении «больше».

Активный выходной сигнал регулирующего блока формируется с использованием внутреннего источника двухполупериодного пульсирующего напряжения 24 В и снимается с зажимов 7-8-9.

Пассивный выходной сигнал в виде состояния ключей К1 и К2 снимется с зажимов 7- 10-9.

Трансформаторы Тр1 и Тр2 обеспечивают гальваническое разделение управляющих и силовых цепей регулирующего блока.

Анализ динамической структуры блока РБИМ

При отключенном дифференциаторе Дф динамическая структура блока РБИМ соответствует типовой структуре релейно-импульсного регулирующего блока с линейным апериодическим звеном в цепи функциональной обратной связи. Общая (суммарная) длительность импульсов, формируемых регулирующим блоком, связана сигналом εФ пропорционально-интегральным алгоритмом функционирования, который записывается в следующем виде:

постоянная времени интегрирования (ранее обозначалась через ТИ), с.

Значение τИ равно постоянной времени Т2 апериодического звена ФОС, т.е. τИ = T2 = Kτ × R1 ×C1 и регулируется плавно переменным резистором R1 с учетом

множителя Кτ(х1; х10), устанавливаемого с помощью перемычек на специальной колодке.

С учетом значений C1=10,0 мкФ и R1=(0,5 … 50) МОм легко определить диапазон изменения параметра τИ:

69

А — уровень сигнала на входе функциональной обратной связи после срабатывания релейного элемента (для блоков РБИМ значение А составляет 100% унифицированного сигнала, т.е. 10 В).

Одной из особенностей структуры блока РБИМ является то, что что при изменении параметра τИ (воздействием на значения R1 и Кτ) параметр Vсв и, следовательно, αП остаются постоянными, так как R1 и Кτ в одинаковой степени влияют на Т2 и К3:

Коэффициент пропорциональности αП регулирующего блока изменяется плавно за счет изменения коэффициента передачи Кα делителя, выполненного на переменном резисторе R3 с гравировкой αП.

Таким образом, органы настройки параметров αП и τИ являются независимыми. С

При R2=5,0 МОм; С1=10,0 мкФ; А=100% имеем: αП=0,5/Кα. Для крайних значений ( Kαmin = 0.1; Kαmax = 1.0 ) получаем диапазон изменения αП:

αП=(0,5 … 5,0) с/%

Регулятор, образованный таким регулирующим блоком (без дифференциатора ДФ) и исполнительным механизмом постоянной скорости, реализует приближенно передаточную функцию ПИ-алгоритма с независимой установкой параметров КП и

пропорциональности регулятора, %/%; S — скорость перемещения регулирующего органа исполнительным механизмом в режиме постоянного включения, %/с.

Если в рассматриваемом блоке включить цепь с дифференциатором ДФ, то на вход суммирующего каскада СК параллельно с сигналом εФ будет поступать сигнал, прошедший два реально-дифференцирующих звена (дифференциатор ДФ и канал Y5èY6 динамического преобразователя ДП) с передаточными функциями W1(p) и

W2(p).

При этом передаточная функция всего регулирующего блока WР.Б.(p), описывающая зависимость суммарной длительности импульсов y(t) от сигнала εФ(t), приобретает следующий вид:

Подставив выражения для W1(p) и W2(p), получим:

70