ПСЕВДОЛИНЕЙНОЕ КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО С ФАЗОВЫМ ОПЕРЕЖЕНИЕМ

Полезная модель относится к области автоматического регулирования и предназначена для улучшения качества систем автоматического регулирования.
Известно псевдолинейное корректирующее устройство с фазовым опережением, состоящее из линейного фильтра, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом сигнум-реле, выход которого, в свою очередь, соединен с первым входом блока умножения, а так же состоящего из усилителя, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом блока определения модуля, выход которого соединен со вторым входом блока умножения, выход которого является выходом устройства [Нелинейные корректирующие устройства в системах автоматического управления. / Ю.И.Топчеев. - М: Машиностроение, 1971. - С.207-209].
Недостатком этого устройства является небольшое значение вносимого фазового опережения и его зависимость от частоты входного сигнала.
Известно корректирующее устройство с релейной характеристикой, состоящее из последовательно-соединенных запоминающего элемента, вход которого является входом устройства, линейного безынерционного блока, элемента сравнения, первый вход которого подключен к выходу линейного безынерционного блока, а второй вход - ко входу запоминающего элемента, далее последовательно соедненных релейного элемента, блока умножения, первый вход которого подключен к выходу релейного элемента, а второй вход, через блок определения модуля к выходу запоминающего элемента, кроме этого устройство содержит последовательно соединенные фильтр и нуль-орган, выход, последнего соединен со вторым входом запоминающего элемента, а вход фильтра соединен со входом запоминающего элемента. Выход блока умножения является выходом устройства [Авторское свидетельство СССР №435499, МПК G05B 5/01, опубл. 05.07.74].
Его недостатком является зависимость вносимого фазового опережения от частоты входного сигнала.
Наиболее близким, принятым за прототип, является нелинейное корректирующее устройство, содержащее последовательно соединенные усилитель, вход которого является входом устройства, блок определения модуля, блок умножения, первый вход которого подключен к выходу блока определения модуля, а второй вход - к выходу сигнум-реле, кроме этого устройство содержит последовательно соединенные нуль-орган, пиковый детектор, масштабирующий блок и сумматор, первый вход которого соединен с выходом масштабирующего блока, а второй вход - со входом нуль-органа, вторым входом пикового детектора и со входом усилителя, а выход - со входом сигнум-реле. Выход блока умножения является выходом устройства [Авторское свидетельство СССР №840790, МПК3 G05B 5/01, опубл. 23.06.81].
Недостатком данного устройства является то, что положительный фазовый сдвиг вносится только в положительную полуволну входного сигнала, а в отрицательной полуволне он отсутствует, что не обеспечивает значительного корректирующего эффекта. К числу недостатков относится и небольшой фазовый сдвиг, вносимый корректирующим устройством, максимальное значение которого не превышает 90 градусов.
Задачей полезной модели является повышение корректирующего эффекта.
Поставленная задача решается за счет того, что псевдолинейное корректирующее устройство с фазовым опережением, так же как в прототипе содержит последовательно соединенные блок масштабирования, элемент сравнения, сигнум-реле и блок умножения, второй вход которого соединен с выходом блока определения модуля, а так же содержит нуль-орган и блок определения и запоминания максимального значения, первый вход которого соединен с выходом нуль-органа, а второй вход - со входом нуль-органа, при этом второй вход элемента сравнения соединен со входом нуль-органа.
Согласно полезной модели, в устройство введены блок определения и запоминания минимального значения, первый вход которого соединен с выходом нуль-органа, а второй вход - со входом нуль-органа, сумматор, первый вход которого соединен с выходом блока определения и запоминания максимального значения, а второй вход - с выходом блока определения и запоминания минимального значения, причем выход сумматора соединен со входом блока масштабирования, а так же введено дифференцирующее звено, вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом нуль-органа и со входом блока определения модуля, при этом выход блока умножения является выходом устройства.
Использование дифференцирующего звена, выход которого подключен ко входам блоков определения и запоминания максимального и минимального значений и ко входу нуль-органа, совместно с этими блоками, а так же совместно с сумматором, блоком масштабирования, элементом сравнения и сигнум-реле, позволяет произвести смену знака сигнала на выходе псевдолинейного корректирующее устройство с фазовым опережением, относительно сигнала на его входе, раньше во времени, чем в прототипе и тем самым увеличить вносимый устройством фазовый сдвиг. Одновременно с этим псевдолинейное корректирующее устройство с фазовым опережением обеспечивает внесение положительного фазового сдвига как на положительной, так и на отрицательной полуволнах входного гармонического сигнала, что повышает корректирующий эффект данного устройства, относительно прототипа.
На Фиг.1 представлена структурная схема псевдолинейного корректирующего устройства с фазовым опережением.
Псевдолинейное корректирующее устройство с фазовым опережением содержит дифференцирующее звено 1 (ДЗ), вход которого является входом устройства, а выход соединен со входом нуль-органа 2 (НО), с первым входом блока определения и запоминания максимального значений 3 (ЗУ1), с первым входом блока определения и запоминания минимального значения 4 (ЗУ2), а так же со входом блока определения модуля 5 (МД). Выход нуль-органа соединен со вторым входом блока определения и запоминания максимального значения и со вторым входом блока определения и запоминания минимального значения. Выход блока определения и запоминания максимального значения соединен с первым входом сумматора 6 (СМ), а выход блока определения и запоминания минимального значения соединен со вторым входом сумматора. Выход сумматора соединен со входом последовательно соединенных блоков масштабирования 7 (БМ), элемента сравнения 8 (ЭС), сигнум-реле 9 (CP) и блока умножения 10 (БУ). Второй вход элемента сравнения соединен с выходом дифференцирующего звена. Второй вход блока умножения соединен с выходом блока определения модуля. Выход блока умножения является выходом устройства.
Дифференцирующее звено, сумматор, блок масштабирования, элемент сравнения и блок определения модуля могут быть реализованы на базе операционных усилителей ОР 27. Блоки определения и запоминания максимального и минимального значений могут быть реализованы на базе интегральных микросхем устройств выборки и хранения КР1100СК2. Сигнум-реле может быть реализовано с помощью интегральной микросхемы компаратора КР554СА3. Блок умножения может быть реализован с помощью интегральной микросхемы перемножителя КР525ПС2.
На Фиг.2 представлены временные диаграммы работы псевдолинейного корректирующего устройства с фазовым опережением при подаче на его вход гармонического синусоидального сигнала частотой 1 рад./с и амплитудой равной единице.
Работа псевдолинейного корректирующего устройства с фазовым опережением происходит следующим образом. При подаче на вход устройства гармонического синусоидального сигнала x (Фиг.2) он проходит через дифференцирующее звено 1 (ДЗ) в котором происходит определение производной входного сигнала. После чего выходной сигнал дифференцирующего звена Z1 поступает на вход нуль-органа 2 (НО), на первый вход блока определения и запоминания максимального значения 3 (ЗУ1), на первый вход блока определения и запоминания минимального значения 4 (ЗУ2) и на вход блока определения модуля 5 (МД). Пройдя через блок 3 (ЗУ1) на его выходе формируется сигнал Z2 - сигнал запоминания максимального значения сигнала Z1. Одновременно с этим пройдя через блок 4 (ЗУ2) на его выходе формируется сигнал Z3 - сигнал запоминания минимального значения сигнала Z1. Выходной сигнал нуль-органа осуществляет сброс значений блоков 3 (ЗУ1) и 4 (ЗУ2) до нулевого значения в моменты времени, когда сигнал Z1 переходит через ноль. Далее сигналы Z2 и Z3 с выходов блоков 3 (ЗУ1) и 4 (ЗУ2) поступают на входы сумматора 6 (СМ), где суммируются и далее выходной сигнал с сумматора поступает на вход блока масштабирования 7 (БМ), который в зависимости от коэффициента масштабирования m (0<m<1) меняет величину сигнала, поступающего с сумматора. Во временных диаграммах, представленных на Фиг.2 значение коэффициента масштабирования m=0.8. Далее выходной сигнал блока масштабирования Z4 поступает на первый вход элемента сравнения 8 (ЭС). На второй вход элемента сравнения поступает сигнал Z1. В блоке 8 (ЭС) происходит сравнение (вычитание) значения выходного сигнала блока масштабирования со значением выходного сигнала дифференцирующего звена, в результате чего формируется сигнал Z5, который поступает на вход сигнум-реле 9 (CP). На выходе сигнум-реле формируется сигнал Z6. В момент времени, когда выходной сигнал блока масштабирования 7 (БМ) для положительной полуволны станет больше сигнала Z1, а для отрицательной полуволны - меньше, произойдет смена знака выходного сигнала элемента сравнения 8 (ЭС). Этот знак станет отрицательным для положительной полуволны сигнала Z1 и положительным для отрицательной полуволны. В результате этого в выходном сигнале Z6 сигнум-реле также произойдет смена знака сигнала. С выхода сигнум-реле сигнал Z6 поступает на первый вход блока умножения 10 (БУ). На второй вход блока умножения поступает выходной сигнал блока определения модуля. Далее на выходе блока умножения происходит формирование выходного сигнала y псевдолинейного корректирующего устройства с фазовым опережением, путем перемножения сигнала Z6, принимающего значения +1 либо -1, с модулем сигнала Z1. Сброс значений запоминающих устройств 3 (ЗУ1) и 4 (ЗУ2) с помощью нуль-органа обеспечивает внесение положительного фазового сдвига как на положительной, так и на отрицательной полуволнах входного гармонического сигнала псевдолинейного корректирующего устройства с фазовым опережением.
При изменении коэффициента масштабирования m блока масштабирования 7 (БМ) (0<m<1) фазовый сдвиг, вносимый корректирующим устройством, будет меняться от 90 до 175 градусов, причем фазовый сдвиг не зависит от частоты и амплитуды входного сигнала устройства.