專利名稱：可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有獲得特別性能裝置的自動(dòng)控制器，特別是涉及一種輸入信號(hào)為開關(guān)量、輸出信號(hào)為模擬量的二次調(diào)節(jié)器。
某些工業(yè)控制對(duì)象，由于其受控參數(shù)只需或只能進(jìn)行定性檢測(cè)，所以一次檢測(cè)儀表的輸出信號(hào)為開關(guān)量。開關(guān)量一次信號(hào)的特點(diǎn)是只給出與設(shè)定值的偏差的性質(zhì)(正偏差還是負(fù)偏差)，而不知其偏差的大小。傳統(tǒng)的工業(yè)控制PID調(diào)節(jié)器，屬于模擬控制器，只適合處理一次儀表輸出的表示定量信息的連續(xù)信號(hào)，不能處理表示定性信息的開關(guān)信號(hào)；最新推出的模糊控制器雖然能夠處理模糊的和定性的信息，但是從目前的報(bào)道來(lái)看，絕大多數(shù)模糊控制器的控制功能尚不理想，且都是借助于計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴；本發(fā)明人申報(bào)的CN87217250專利(雙介質(zhì)模糊界面超聲檢測(cè)儀)的技術(shù)方案中，原則上提出了用一時(shí)間常數(shù)合適的積分電路處理一次開關(guān)信號(hào)可以改善調(diào)節(jié)特性，但是采用運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬積分器的積分常數(shù)較小，容易引起積分飽和，造成系統(tǒng)嚴(yán)重超調(diào)，且難以實(shí)現(xiàn)微分功能，不能滿足大滯后工業(yè)控制系統(tǒng)的控制要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種開關(guān)量輸入、模擬量輸出的可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器，以改善大滯后工業(yè)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性。
簡(jiǎn)要地說(shuō)，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的用邏輯電路構(gòu)成控制開關(guān)，該控制開關(guān)分別與可進(jìn)行加法和減法計(jì)數(shù)的可逆計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘振蕩器、即時(shí)加減電路連接?？刂崎_關(guān)受開關(guān)量一次信號(hào)控制，且在其作用下，可逆計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖或進(jìn)行連續(xù)加1的加法計(jì)數(shù)或進(jìn)行連續(xù)減1的減法計(jì)數(shù)。即時(shí)加減電路中設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生設(shè)定脈沖數(shù)的信號(hào)發(fā)生器，在開關(guān)量一次信號(hào)轉(zhuǎn)換的同時(shí)，在控制開關(guān)的作用下，能即時(shí)從可逆計(jì)數(shù)器所計(jì)數(shù)據(jù)中減去或加上一個(gè)預(yù)先設(shè)定的數(shù)。所設(shè)計(jì)的時(shí)鐘振蕩器，其加法時(shí)鐘振蕩周期和減法時(shí)鐘振蕩周期要求分別可調(diào)。由邏輯門電路構(gòu)成的限溢出譯碼電路，可用來(lái)限制可逆計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)區(qū)間，并要求通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路使計(jì)數(shù)區(qū)間的計(jì)數(shù)值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作量一一對(duì)應(yīng)。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的邏輯方框圖，其中1為控制開關(guān)，2為可逆計(jì)數(shù)器，3為時(shí)鐘振蕩器，4為限溢出譯碼電路，5為即時(shí)加減電路，6為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，7為數(shù)據(jù)顯示器，8為輸出電路，9為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具體電路圖，其中與圖1的對(duì)應(yīng)部分用虛線大致框出。
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步加以說(shuō)明。
圖1中，1／0為開關(guān)量一次信號(hào)，它表示受控參數(shù)與設(shè)定值的定性的正負(fù)偏差。開關(guān)量一次信號(hào)進(jìn)入控制開關(guān)(1)，控制開關(guān)(1)將依據(jù)該信號(hào)的性質(zhì)(1或0)，使可逆計(jì)數(shù)器(2)對(duì)時(shí)鐘振蕩器(3)產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行連續(xù)加1的加法計(jì)數(shù)或連續(xù)減1的減法計(jì)數(shù)，即進(jìn)行所謂積分運(yùn)算。時(shí)鐘振蕩器(3)包括的振蕩電路，可以產(chǎn)生振蕩周期分別可調(diào)的加法或減法時(shí)鐘脈沖。計(jì)數(shù)器從00加至99或從99減至00的總時(shí)間就是本調(diào)節(jié)器的正負(fù)積分常數(shù)，由于現(xiàn)有技術(shù)有足夠的技術(shù)手段任意加大時(shí)鐘周期，從而使本發(fā)明能滿足大滯后工業(yè)控制系統(tǒng)所需的特長(zhǎng)積分常數(shù)的要求。即時(shí)加減電路(5)主要由能產(chǎn)生設(shè)定脈沖數(shù)的信號(hào)發(fā)生器構(gòu)成，該信號(hào)發(fā)生器在開關(guān)量一次信號(hào)由負(fù)(正)偏差轉(zhuǎn)換為正(負(fù))偏差的同時(shí)，在控制開關(guān)(1)的作用下，即時(shí)先行發(fā)出一個(gè)或一組設(shè)定數(shù)的脈沖，由可逆計(jì)數(shù)器(2)進(jìn)行加法或減法計(jì)數(shù)，即進(jìn)行所謂微分運(yùn)算。上述所說(shuō)的信號(hào)發(fā)生器，其振蕩周期遠(yuǎn)小于時(shí)鐘振蕩器(3)的振蕩周期，且其即時(shí)發(fā)出的加法脈沖數(shù)與減法脈沖數(shù)分別可調(diào)。由于即時(shí)加減電路(5)的引進(jìn)，可以提高控制系統(tǒng)對(duì)誤差正負(fù)轉(zhuǎn)換的響應(yīng)速度，從而減小超調(diào)量。
本發(fā)明應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中的工作原理是這樣的若系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)使可逆計(jì)數(shù)器(2)中的數(shù)據(jù)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)的調(diào)節(jié)量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系為反比關(guān)系，則數(shù)據(jù)大時(shí)負(fù)向調(diào)節(jié)量大，數(shù)據(jù)小時(shí)正向調(diào)節(jié)量大。當(dāng)一次檢測(cè)儀表給出正偏差信號(hào)時(shí)，控制開關(guān)(1)使可逆計(jì)數(shù)器(2)對(duì)時(shí)鐘脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，每隔一個(gè)加法周期即加1，如此，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)的負(fù)向調(diào)節(jié)量就隨之逐步增大，最終將導(dǎo)致正偏差的消除，負(fù)偏差的出現(xiàn)。出現(xiàn)負(fù)偏差后的正向調(diào)節(jié)過(guò)程則與上述過(guò)程相反。
本發(fā)明在受控系統(tǒng)工況趨于平衡狀態(tài)時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)，在此工作點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)在計(jì)數(shù)值N與N＋1所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作量之間作小幅度快速調(diào)節(jié)。如果設(shè)定可逆計(jì)數(shù)器(2)的計(jì)數(shù)區(qū)間為0－M，則當(dāng)M設(shè)計(jì)得足夠大時(shí)，可以認(rèn)為輸出信號(hào)是連續(xù)的。通常的開關(guān)式控制的特點(diǎn)是輸出信號(hào)在“0”與“1”之間跳動(dòng)，要么全關(guān)閉，要么全開啟；而本發(fā)明在系統(tǒng)工況處于平衡狀態(tài)時(shí)，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)的動(dòng)作量在“N／M”與“(N＋1)／M”之間跳動(dòng)，相當(dāng)于一個(gè)“微調(diào)開關(guān)”。
至此，已完整地?cái)⑹隽吮景l(fā)明的技術(shù)方案。
本發(fā)明所提供的可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器具有以下主要優(yōu)點(diǎn)①可實(shí)現(xiàn)開關(guān)量一次信號(hào)輸入、模擬量二次信號(hào)輸出；②正、負(fù)積分常數(shù)，正、負(fù)微分常數(shù)皆分別可調(diào)；③積分常數(shù)可以調(diào)得足夠大，從而能消除積分飽和帶來(lái)的超調(diào)現(xiàn)象，能滿足大滯后工業(yè)控制系統(tǒng)的要求；④當(dāng)受控系統(tǒng)工況平衡時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)；⑤可以與計(jì)算機(jī)兼容。
下面結(jié)合圖1和圖2對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例予以公開。在圖2中，控制開關(guān)(1)包括兩個(gè)非門電路。可逆計(jì)數(shù)器(2)由兩塊BCD雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器級(jí)連而成，且包括一個(gè)兩位數(shù)碼的數(shù)據(jù)顯示器(7)。時(shí)鐘振蕩器(3)和即時(shí)加減電路(5)主要由兩塊555時(shí)基振蕩器構(gòu)成。限溢出譯碼電路(4)中包括一個(gè)或門和一個(gè)與非門電路，其限定可逆計(jì)數(shù)器(2)的計(jì)數(shù)區(qū)間為00－99。輸出電路(8)包括一個(gè)由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓／電流轉(zhuǎn)換器，以保證計(jì)數(shù)值為“00”時(shí)輸出20mA電流，計(jì)數(shù)值為“99”時(shí)輸出4mA電流。輸出電流接入通用Ⅲ型儀表的執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)的動(dòng)作量將與計(jì)數(shù)值一一對(duì)應(yīng)，例如“00”對(duì)應(yīng)于閥門完全關(guān)閉，“99”對(duì)應(yīng)于閥門完全開啟。開關(guān)K1可將本發(fā)明由自動(dòng)工作狀態(tài)切換到手動(dòng)工作狀態(tài)，并為此設(shè)計(jì)了一個(gè)由555時(shí)基振蕩器構(gòu)成的計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生器。本發(fā)明工作時(shí)，可隨時(shí)利用手動(dòng)按鈕K2和K3對(duì)可逆計(jì)數(shù)器(2)的所存數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。在本實(shí)施例中，時(shí)鐘振蕩器(3)的加法時(shí)鐘周期在3－30秒范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，減法時(shí)鐘周期在1－10秒范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。為了滿足實(shí)際情況的特殊需要，本實(shí)施例的兩個(gè)時(shí)鐘振蕩器均設(shè)有“快”、“慢”檔開關(guān)K4、K5，并設(shè)計(jì)快檔時(shí)鐘周期約為慢檔時(shí)鐘周期的四分之一，這樣僅需操作K4、K5兩個(gè)開關(guān)即可得到快加－快減、快加－慢減、慢加－快減、慢加－慢減四種不同的調(diào)節(jié)模式，增加了操作的靈活性。即時(shí)加減電路(5)在本實(shí)施例中利用了555時(shí)基振蕩器的復(fù)位端的控制功能，從而簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)了當(dāng)偏差由正變負(fù)時(shí)即時(shí)加1，偏差由負(fù)變正時(shí)即時(shí)減1。
權(quán)利要求1.可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器，其特征在于-主要由控制開關(guān)(1)、可逆計(jì)數(shù)器(2)、時(shí)鐘振蕩器(3)、限溢出譯碼電路(4)、即時(shí)加減電路(5)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(6)組合構(gòu)成，開關(guān)量一次信號(hào)輸入控制開關(guān)(1)，模擬量二次信號(hào)從數(shù)模轉(zhuǎn)換器(6)輸出，-受開關(guān)量一次信號(hào)控制的控制開關(guān)(1)，分別與可逆計(jì)數(shù)器(2)、時(shí)鐘振蕩器(3)、即時(shí)加減電路(5)連接，在控制開關(guān)(1)的作用下，可逆計(jì)數(shù)器(2)對(duì)時(shí)鐘振蕩器(3)產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行連續(xù)加1的加法計(jì)數(shù)或連續(xù)減1的減法計(jì)數(shù)，即時(shí)加減電路(5)在開關(guān)量一次信號(hào)轉(zhuǎn)換的同時(shí)，即時(shí)從可逆計(jì)數(shù)器(2)所計(jì)數(shù)據(jù)中加上或減去一個(gè)預(yù)先設(shè)定的數(shù)，-時(shí)鐘振蕩器(3)的加法時(shí)鐘振蕩周期和減法時(shí)鐘振蕩周期分別可調(diào)，-可逆計(jì)數(shù)器(2)由限溢出譯碼電路(4)限制其計(jì)數(shù)區(qū)間，其計(jì)數(shù)值與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)的動(dòng)作量一一對(duì)應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器，其特征在于可逆計(jì)數(shù)器(2)中包括一個(gè)數(shù)據(jù)顯示器(7)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(6)后邊接一個(gè)用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)的輸出電路(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器，其特征在于當(dāng)受控系統(tǒng)工況趨于平衡時(shí)，有一個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)，在此工作點(diǎn)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(9)在計(jì)數(shù)值N和N＋1所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作量之間作小幅度快速調(diào)節(jié)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)為開關(guān)量、輸出信號(hào)為模擬量的可逆計(jì)數(shù)二次調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器主要由控制開關(guān)(1)、可逆計(jì)數(shù)器(2)、時(shí)鐘振蕩器(3)、限溢出譯碼電路(4)、即時(shí)加減電路(5)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(6)構(gòu)成。其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量信號(hào)輸入、模擬量信號(hào)輸出，正、負(fù)積分常數(shù)與正、負(fù)微分常數(shù)可調(diào)，有特長(zhǎng)的積分常數(shù)，用于大滯后工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)有著良好的控制特性。
文檔編號(hào)G05B11/36GK2036289SQ8820638
公開日1989年4月19日 申請(qǐng)日期1988年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月28日
發(fā)明者何毓寧 申請(qǐng)人:何毓寧