位式狀態調節器的製作方法
2023-11-06 02:33:37 1
專利名稱：位式狀態調節器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一般的控制或調節系統，特別屬於過程控制系統中的位式狀態調節器。
在工業過程控制系統中，由於非線性位式控制具有組成簡單，調節方便，成本低，而廣泛地使用。但因其輸出受二位元件一繼電器的影響，只有開、閉兩個狀態，開啟和閉合程度不能調節，使控制精度受到影響，多用於對精度要求不高的場合，不能直接用於被控量的中間狀態控制，使其應用受到限制。例如，在溫度控制中，都希望儘快升到預定溫度，就要求加熱器的功率儘可能大；但達到預定溫度後，又希望控溫精度要高，這就要求加熱器的功率要小些，這一矛盾用二位式控制器是無法解決的。另外，在散熱較大的場合，需要有一定維持加熱功率，用以補償散熱的影響，對這一要求，二位式控制器也是無法解決。目前採用的方法是「時間比例調節」。其特點是通過改變振蕩周期中繼電器觸點的閉合和斷開時間的比值，來達到目的。這種方式需動圈式指針，而振蕩的存在又使觸點頻繁動作，因此，影響了使用可靠性和工作壽命，且調節方式固定，無法根據對象的需要而改變，調節範圍有限，控制精度低。另外，也有直接使用繼電器改變被控對象的電氣連接方式來達到調節控制的目的。這要求被控對象的電氣連接方式必須是能改變的，對大多數被控對象來說都是不可能的，而且控制方式固定，不能改變。
另外，廣泛使用的還有PID調節器。這類調節器具有靜態控制精度高(在調節好參數的前提下)的特點。但存在構成複雜、製作工藝要求高、價格貴、動態性能還不盡人意、參數整定困難等缺點。圍繞參數自整定已有如下專利CN1036086A－自設定PID常數的方法和儀器、CN1036278A－比例微分積分控制器系統、CN1036845A－高級比例加積分加微分控制器。為提高動態特性也有「階躍調節器」《化工自動化及儀表》，1989年第二期42頁，其結果、性能都有很大的提高，但構成更加複雜，成本更高。而且它們都屬於線性調節器(線性控制)，其輸入信號都要求必須是模擬信號。
本實用新型的目的正是針對上述現有技術中的不足，提供了一種開態、閉態都能獨立調節的用於非線性控制系統的位式狀態調節器。使位式控制既要達到調節方便、調節範圍大，進而大大提高控制精度和擴大其應用領域，又要使調節器製作工藝要求不高、成本低的目的。
本設計的任務是通過以下措施來實現的開關信號V1從輸入端進入由數字邏輯電路構成的邏輯控制電路後分為三路，一路連接由可控矽構成的記憶保持電路，再連接微分放大輸出電路給出控制信號V0去控制執行單元；第二路連接由電位器構成的開態調節電路，連接微分放大輸出電路給出控制信號(開態)V0去控制執行單元；第三路連接由電位器構成的閉態調節電路，再連接微分放大輸出電路給出控制信號(閉態)V0去控制執行單元。
上述各電路工作原理分述如下邏輯控制電路在開關信號V1的作用下，(1)為記憶保持電路提供輸入狀態變化記憶信號；(2)為開、閉態調節電路提供分時控制信號。
記憶保持電路在邏輯控制電路提供的記憶信號的作用下，可控矽觸發導通。以電平轉換實現對此信號的記憶，並保持到關機。該記憶信號提供給微分放大輸出電路，通過改變其電路的輸入基準電壓，來保持電路從全開方式進入調節方式。
開、閉態調節電路通過電位器調節微分放大器的輸入電位，達到開、閉態輸出信號的調節。它們在邏輯控制電路的控制下分時交替工作。另外在開態調節電路上還可設一個開態外調輸入端V1開、一個外調、內調選擇轉換開關K1以及MOS電路構成的外部開態調節電路；在閉態調節電路上還可設一個閉態外調輸入端V1閉、一個外調、內調選擇轉換開關K2以及MOS電路構成的外部閉態調節電路。由於開啟、閉合程度與輸入開關信號的狀態完全無關，參數的內調設定由人工手動進行；外調可由過程控制中的擾動、誤差等信號進行整定。使調節器更具有靈活性、適應性。
微分放大輸出電路將全開方式或調節方式下的輸入信號經微分放大後輸出。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1.調節器將輸入的開關信號模擬化，實現了開關開啟、閉合程度的調節，且參數調節相互獨立，互不影響，調節範圍各為全程的0～100％，通過調節還能實現開關的常開－常閉轉換，其輸出為具有開關特性的模擬信號，擴大了位式控制的適用領域。
2.考慮到過程的普遍滯後性質，引入了微分電路，因而克服了過程滯後所帶來的影響；3.由於控制精度的提高是通過調節開閉態程度，減小上升和下降速率，從而增大上升和下降時間，減小上下偏差來達到，因此與一般位控方式不同，不再需要具明顯遲滯特性的繼電器，並不會使系統處於不穩振蕩狀態，開關動作的靈敏度還可適當提高，從而進一步提高控制精度。例如運用本調節器與水銀溫度控制器和可控矽功率調節器構成的最簡單溫度控制器。當開、閉態參數調節好後，對一含3升水的用0.8KV加熱功率的水浴進行恆溫控制，其控溫精度可達±0.1℃。如用一般的位式溫控器只能保證±2℃的控溫精度。
4.輸入可直接由數字電路驅動，輸出可直接使用模擬控制器的執行單元，使系統具有無觸點的特性；5.該調節器在開機後全開輸出，此時參數調節不起作用，當輸入狀態改變一次後，自動進入調節方式，輸出受調節設定的開、閉態參數控制。
6.作為獨立的單元儀表，該調節器設置了開、閉態參數內、外調選擇轉換開關，使該調節器可方便地與其它單元儀表進行各種組合，構成參數自整定、前饋、自適應等非線性控制系統，靈活性強、適應性廣。
7.由於調節器工作在開關狀態下，其自身抗幹擾能力強，故對器件與製作工藝的要求較低，結構簡單，實現容易。
該調節器應用很廣，如溫度控制、水位控制、液壓控制、電機調速控制、隨動系統控制等，能對現有位式控制儀表進行改造，提高其性能，拓寬應用領域。
以下是本實用新型附圖的圖面說明
圖1是本實用新型的電路原理圖。
圖2是本實用新型的輸入、輸出波形圖。
圖3是本實用新型實施例1的電路圖。
圖4是本實用新型實施例2的電路圖。
圖5是本實用新型實施例3的電路圖。
圖6是本實用新型實施例4的電路圖。
本實用新型以下將結合實施例和附圖作進一步詳述實施例1，參見附圖1、3，一種位式狀態調節器，其特點是開關信號V1從輸入端輸入經邏輯控制電路R1～R3、D1、D2、R17、R18、Q4構成的邏輯控制電路後分為三路，一路連接由可控矽Q2及R4、C1、R15、R16、Q3、D4構成的記憶保持電路，再連接R5～R12、C2、A構成的微分放大輸出電路給出控制信號V0去控制執行單元；第二路連接由電位器W1及Q4、D3構成的開態調節電路，再連接上述微分放大輸出電路給出控制信號(開態)V0去控制執行單元；第三路連接由電位器W2及D2構成的閉態調節電路，再連接上述微分放大輸出電路給出控制信號(閉態)V0去控制執行單元。
另設一個開態外調輸入端(V1開)，一個外調、內調選擇轉換開關K1和由MOS管Q6及R14構成外部開態調節電路。還另設一個閉態外調輸入端(V1閉)，一個外調、內調選擇轉換開關K2和由MOS管Q5及R13構成外部閉態調節電路。
實施例2，參見附圖1、4，一種位式狀態調節器(是最簡單的一種)，其結構與實施例1電路原理一致，只是由R1、R2、R3、Q1組成邏輯控制電路，由R4、C1、Q2、W1構成記憶保持電路，由Q2、W1構成開態調節電路，由R3、W2、D構成閉態調節電路，由R5～R12、C2、A構成的微分放大輸出電路。該調節器的開、閉態調節電路均未設外調、內調選擇轉換開關。
實施例3，參見附圖1、5，一種位式狀態調節器，其結構與實施例1電路原理一致，只是由R1～R3、K、Y1～Y4組成邏輯控制電路，由R4、C1、Q2、W1構成記憶保持電路，由Q2、W1構成開態調節電路，由Q1、W2、D構成閉態調節電路，由R5～R12、C2、A構成的微分放大輸出電路。該調節器的開、閉態調節電路均未設外調、內調選擇轉換開關。另設有常開、常閉轉換開關K。
實施例4，參見附圖1、6，一種位式狀態調節器，其結構與實施例1電路原理一致，只是由R1、Y1、Y2、Y4組成邏輯控制電路，由R4、R13、C1、Q1、Y3、D構成記憶保持電路，由W1、Y4構成開態調節電路，由W2、Y2構成閉態調節電路，由R5～R12、C2、A構成的微分放大輸出電路。
另設一開態外調輸入端(V1開)，一個外調、內調選擇轉換開關K1和由MOS管Q3及R3構成外部開態調節電路。還另設一閉態外調輸入端(V1閉)，一個外調、內調選擇轉換開關K2和由MOS管Q2及R2構成外部閉態調節電路。
權利要求1.一種位式狀態調節器，其組成的特徵在於開關信號V1從輸入端輸入經由數字邏輯電路構成的邏輯控制電路後分為三路，一路連接由可控矽構成的記憶保持電路，再連接微分放大輸出電路給出控制信號V0去控制執行單元；第二路連接由電位器構成的開態調節電路，再連接微分放大輸出電路給出控制信號(開態)V0去控制執行單元；第三路連接由電位器構成的閉態調節電路，再連接微分放大輸出電路給出控制信號(閉態)V0去控制執行單元。
2.根據權利要求1所述的位式狀態調節器，其特徵在於可另設一個開態外調輸入端(V1開)，一個外調、內調選擇轉換開關K1和由MOS電路構成外部開態調節電路。
3.根據權利要求1所述的位式狀態調節器，其特徵在於可另設一個閉態外調輸入端(V1閉)，一個外調、內調選擇轉換開關K2和由MOS電路構成的外部閉態調節電路。
專利摘要本設計涉及過程控制中的位式狀態調節器。由邏輯控制電路、記憶保持電路、開、閉態調節電路、微分放大輸出電路組成。特點是開機全開輸出，當輸入狀態改變後，自動進入調節方式，按所設定的開、閉態參數輸出。開啟、閉合程度獨立調節，可實現常開、常閉轉換。能克服過程滯後帶來的影響，提高控制精度，能很容易實現參數的自整定或構成自適應等控制系統。本機結構簡單，抗幹擾能力強，對器件與製作工藝要求低，適應性強，應用廣泛。
文檔編號G05B7/00GK2134677SQ9221426
公開日1993年5月26日 申請日期1992年3月17日 優先權日1992年3月17日
發明者潘固平 申請人:潘固平