Устройство управления весовым порционным дозатором

 

: УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЕСОВЫМ ПОРЦИОННЫМ ДОЗАТОРОМ, содержащее датчик веса, подключенный к входам двух формирователей остроконечных импульсов, выходы которых соединены с одними входами элементов сравнения, другие входы соединены с выходами формирователей прямоугольных импульсов, подключенных к источнику питания, триггер дозы, входы которых подключены к выходам элементов сравнения, а выходы - к индикатору текущего веса и к преобразователю последовательности прямоуголь ных импульсов в о цифровой код, вычислитель скорости набора,веса подключенный через первый цифро-аналоговый преобразователь к одному входу сумматора, к другому входу которого подключен задатчик порции, а к выходу - компаратор , соединенный с выходом второго цифро-аналогового преобразователя и с входом блока управления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности дозирования за счет прогнозирования характера поведения устройства на всем интервале набора веса, в него введены последовательно соединенные формирователь управляющего воздействия, вычислитель оценки ошибки измерения фазовой координаты .и вычислитель оценки . фазовой координаты, формирователи априорного значения фазовой коорринаты и прогнозируемого приращения фазовой координаты, вычислители скорости присоединения добавочных масс и прогнозируемой скорости приращения фазовой координаты, причем выход преобразователя последовательности прямоугольных импульсов в цифровой код подключен к входу формирователя управляющего воздействия выход вычислителя оценки фазовой координаты .соединен с входом вто (Л рого цифро-аналогового преобразователя , с вычислителем скорости набора веса и с формирователем априорного значения фазовой координаты, выход которого соединен с вычислителем оценки фазовой координаты, с вычислителем оценки ошибки измерения фазовой координаты и с вычислителем скорости присоединения до .бавочных масс, выход которого и вход 00 вычислителя прогнозируемой скорости приращения.фазовой координаты о: связаны с другими входами вычислию ел , теля оценки ошибки измерения фазовой координаты, а входы вь Числителя прогнозируемой скорости приращения фазовой координаты и формирователя априорного значения фазовой координаты соединены сшыходом формирователя прог нозируемого приращения фазовой координаты, вход которого соединен с выходом одного из формирователей остроконечных импульсов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ЭШ С 01 С 13 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3375139/18-10 (22) 30.12.81 (46) 30.03.83. Вюл. Р 12 (72) В.A. Вакламов (71) Горьковский ордена Трудовогс, Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.П. Чкалова (53) 681.269(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 523301, кл, G 01 G 13/28, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР.

Р 836532, кл. G 01 G 13/28, 1981 (прототип).

:(54) (57):УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

ВЕСОВЫМ ПОРЦИОННЫМ ДОЗАТОРОМ, содержащее датчик веса, подключенный к входам двух формирователей остроконечных импульсов, выходы которых соединены с одними входами элементов сравнения, другие входы соединены с выходами формирователей прямоугольных импульсов., подключенных к источнику питания, триггер дозы, входы которых подключены к выходам элементов сравнения, а выходы - к индикатору текущего веса и к преобразователю последовательности прямоугольных импульсов в.цифровой код, вычислитель скорости .набора, веса подключенный через первый цифро-аналоговый преобразователь к одному входу сумматора, к.другому входу которого подключен задатчик порции, а к выходу — компаратор, соединенный с выходом второго цифро-аналогового преобразователя и с входом блока управления,,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности дозирования за счет прогнозирования характера поведения устройства на всем интервале

„„SU„„1008625 A набора веса, в. него введены последовательно соединенные формирователь управляющего воздействия, вычислитель оценки ошибки измерения фазовой координаты .и вычислитель оценки фазовой координаты, формирователи априорного значения фаэовой координаты и прогнозируемого приращения фазовой координаты, вычислители— скорости присоединения добавочных масс и прогнозируемой скорости приращения фазовой координаты, причем выход преобразователя последовательности прямоугольных импульсов в . цифровой код подключен к входу формирователя управляющего воздействия, выход вычислителя оценки фазовой Е

O координаты,соецинен с входом второго цифро-аналогового преобразователя, с вычислителем скорости набара веса и с формирователем априор- С ного значения фаэовой координаты, выход которого соединен с вычислителем оценки фазовой коордийаты, с вычисЛителем оценки ошибки измерения фаэовой координаты и с вычислителем скорости присоединения до,бавочных масс, выход которого и вход вычислителя прогнозируемой скорос- QQ ти приращения фазовой координаты связаны с другими входами вычисли,.теля оценки ошибки измерения фазо- (Я вой координаты, а входы вычислителя т ° прогнозируемой скорости приращения фазовой координаты и формирователя априорного значения фазовой координаты соединены с выходом формирователя рог ноэируемого приращения фазовой ко- ф

1ординаты, вход которого соединен с выходом одного из формирователей остроконечных импульсов.

1008625

5 дифференцирования сигнала датчика.

Цель изобретения — повышение точ. ности дозирования за счет прогнозирования характера поведения устройства на вс зм интервале набора веса.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство управления весовым порционным дозатором, содержащее датчик веса, подключенный к входам двух формирователей остроконечных импульсов, выходы которых соединены с одними входами элементов сравнения, другие входы которых соединены с выходами формирователей прямоугольных импульсов, подключенных к источнику питания, триггер дозы, входы которого подключены к выходам элементов сравнения, а выходы — к индикатору текущего веса и к преобразователю последовательности прямоугольных импульсов в цифровой код, вычислитель скорости набора веса, подключенный через первый цифроаналоговый преобразователь к одному входу сумматора, к другому входу которого подключен задатчик порции, а к выходу — компаратор, соединенный с выходом второго цифро-аналогового преобразователя и с входом блока управления, яведены последовательно соединенные формирователь управляю35 щего воздействия, вычислитель оценки ошибки измерения фазовой координаты и вычислитель оценки фазовой координаты, формирователи априорного значения фазовой координаты и прогнози4П руемого приращения фазовой координаты, вычислители скорости присоединения добавочных масс и прогноэируемой скорости приращения фазовой координаты, причем выход преобразователя

45 последовательности прямоугольных импульсов в цифровой код.подключен к входу формирователя управляющего воздействия, выход вычислителя оценки фазовой координаты соединен с

4 входом второго цифро-аналогового преобразователя, с вычислителем скорости набора веса и формирователем априорного значения фазовой координаты, выход которого соединен с вычислителем оценки фазовой координаты, с вычислителем оценки ошибки измерения фазовой координаты и с .вычислителем скорости присоединения добавоч- ных масс, выход которого и выход вычислителя прогнозируемой скорости

60 приращения фазовой координаты связаны с другими входами вычислителя оценки ошибки измерения фазовой координаты, а входы вычислителя прогнозируемой скорости приращения фазовой координаты и,формирователя априорноИзобретение относится к весоизмерительной технике, в частности к устройствам дозирования сыпучих ма,териалов, например при приготовлении бетонных и других смесей на бетоносмесительнМх узлах предприятий строительной индустрии.

Известно устройство управления весовым порционным доэатором, содержащее сельсин-.датчик, ротор которого связан с осью стрелки циферблатного указателя дозатора, эадатчик порции и узел управления $1/.

В этом устройстве отвешивание заданной дозы компонента осуществляется в два этапа: до порога грубого веса и от порога грубого веса до точного веса, причем довешиванйе от

nopora грубого веса производится многократными порциями. Двухстадийное дозирование в большинстве случаев не обеспечивает требуемой точности, удлиняет время цикла доэирования, вызывает повышенный износ оборудования и, что также существенно, отрицатецьно сказывается-на психологии обслуживающего персонала. . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство управления весовым порционным дозатором, содержащее датчик веса, подключенный к входам двух формирователей остроконечных импульсов, выходы которых соединены с одними входами элементов сравнения, другие входы которых соединены с выходами формирователей прямоугольных иытульсов, подключенных к источнику питания, триггер дозы, входы которого подключены к выходам элементов сравнения, а выходы — к индикатору текущего веса к к преобразователю последовательности прямоугольных импульсов в цифровой код, вычислитель скорости набора веса, подключенный через первый цифро-аналоговый.преобразователь к одному входу сумматора, к другому входу которого подключен задатчик порции, а к выходу — компаратор, соединенный с вы, ходом второго цифро-аналогового преобразователя и с входом блока управления 2i.

В прототипе наиболее достоверные значения статического веса груза определяют по значениям случайного сигнала в моменты времени, соответствующие экстремумам скорости нестационар ного случайного процесса. Недостаток устройства обстоит в малой плотности получаеьых .точек статической характеристики, отстоящих друг от друва ., на полуперйод колебательной составляю щей сигнала. Экстраполирование сигнала. между точками приводит к заранее непредсказуеьым ошибкам в силу случайного характера фильтруемого сигнала. Другой недостаток обнаруживается в случае, когда выходной сигнал датчика не содержит регулярной колебательной помехи и не представляется возможным выявлять экстремальные значения скорости процесса путем

1008625 го значения фазовой координаты соединены с выходом формирователя прогноэируемого приращения фазовой координаты, вход которого соединен с выходом одного из формирователей остроконечных импульсов. 5

На фиг. 1 показано устройство, структурная схема; на Фиг. 2 - графики, изображающие изменение состояния дозатора при динамическом взвешивании.

Устройство содержит дозатор 1, ось стрелки которого связана с ро:тором сельсина-датчика 2, источник 3

Опорного питания, формирователь 4 остроконечных и формирователь 5 прямоугольных импульсов, формирователь 6 остроконечных импульсов и формирователь.7 прямоугольных импульсов, связанные через элементы 8 и 9 сравнения с триггером 10 дозы, индикатор 11 текущей массы, преобразователь 12 последовательности прямоугольных импульсов в цифровой код, связанный с выходом триггера 10, блок

13 выявления тренда нестационарного случайного сигнала, вычислитель 14 скорости, цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 15 и 16, сумматор 17, задатчик 18 порций, компаратор 19 напряжений, блок 20 управления и индикатор 21 задания дозы. Блок 13 выявления тренда содержит формирователь 22 управляющего воздействия, вычислитель 23 оценки ошибки измерения фазовой координаты (оптимальный нелинейный фильтр}, вычисли- 35 тель 24 оценки фазовой координаты, формирователь 25 априорного значения фазовой координаты, формирователь 26 прогнозируемого приращения фазовой координаты, вычислитель 27 4П скорости присоединения добавочных масс и вычислитель 28 прогнозируемой скорости приращения фаэовой координаты.

65

Устройство работает следующим 45 образом.

Угловое положение стрелки индикатора 1 дозы преобразуется сельсиндатчиком 2, воэбуждаемам от источника 1 опорного питания в напряжение, фаза которого пропорциональна углу поворота стрелки индикатора дозы.

Сельсин работает в режиме многофазного индукционного фазовращателя.

Формирователь 4 образует последо вательность остроконечных импульсов ,:с фазовым сдвигом, определяемым фазой напряжения однофазной обмотки рельсина-датчика 2 относительно фазы 6О источника :3 опорного питания. Фор-мирователь 6 образует последовательность остроконечных импульсов, имеющих Фазу напряжения источника опорного питания.

Синхронно с формирователями 4 и 6 формирователи 5 и 7 выдают пря-. моугольные блокировочные импульсы по массе и опоре соответственно,. которые управляют элементами 8 и 9 сравнения.

Сигналы элементов 8 и 9 сравнения подаются яа входы триггера 10 дозы, который формирует последовательность прямоугольных импульсов с длительностью, пропорциональной текущему значению координаты доэатора (положению указательной. стрелки дозатора).

Прямоугольные импульсы поступают на индикатор 11 текущих значений массы и в преобразователь 12 импуль-. сов в цифровой двоично-десятичный код.

В блоке 13 производится выявление в коде координат тренда Z(t) нестационарного случайного сигнала х(с} по сигналам оптимальных в среднеквадратичном оценок фазовых координат динамического объекта m2 (дозатора) с дискретностью, напрймер

20 мс (фиг. - 2) .

Оценивание фаэовых координат весового порционного доз атора, представляющего соббй нестационарное колебательное слабо емпфированное звено,.производится в условиях неполной информации и произвольной форме переходных возмущений с применением нелинейной фильтрации сигналов.

Оценка mZ фазовой координаты Z формируется. вычислителем 24 по алго-. ри тму: вZ(К) = Е(К) — а (К), Z б где Z (К)- априорное значение фазовой коорди наты;

m (К) — оценка ошибки измерения фаэовой координаты;

К вЂ” индекс, указывающий на дискретные моменты времени. »

Сигналы координаты Z (К+1 ) снимаются с выхода элемента 25, формирующего априорное значение фазовых координат в соответствии с алгоритмом (К+1) = " г(К)+ 2(К+1) где д2(К+1) — прогнозируемые приращения фаэовой координаты, снимаемые с выхода формирователя 26 °

Таким образом, в описанных алгоритмах используется стратегия разомк" нутого типа (метод прицела), предполагающая введение элементов предвидения поведения системы на всем ин.— тервале движения. Применение таких алгоритмов. диктуется самой сутью рассматриваемой задачи, которая не имеет решения беэ прогнозирования дальнейшего хода процесса на основе

1008625

М й!

- Z+e 7 - Ч+йч, 25

dx — 1

dt где V V(Z) измерения, проведенного на предыдущем шаге.

Оптимальная в среднеквадратичном оценка ошибки измерения фаэовой координаты me снимается. с выхода вычислителя 23, представляющего собой 5 нелинейный цифровой фильтр.

Ускорение G и управляющее воздействие Ug определяется соотношеd2x

Йиями: 6 — g дс

d x .dx

U< "î d 2+а -,(7+ о" где g — ускорение силы тяжести;

))) — постоянная составляющая

О приведенной массы системы; а, а)- конструкционные коэффициенты.

Координаты тренда Z и скорость присоединения добавочных масс доэируемого компонента V могут быть измерены лишь с помехами Е и Е .

Й - максимальное значение высоть1 30 свободного падения;

V> начальная скорость свободного падения;

Z ® максимальная отвешиваемая масса. 35

Помеха в измерениях тренда Е эадается дифференцируемым двумерным векторным процессом с компонентами (Е, e< ), допускающими представление

Помеха в измерениях скорости представляется широкополосным случай-45 ным процессом, аппроксимируемым белым шумом

gVm й„1 где f (1=1,2,3) - независимые случайные процессы типа белого шума;

Mlj. О) 1))1Е.Е.=О(,Ф5)) М .(Ц (4+)J=Qt), 55

М - оператор математического ожидания;

З(Ц - .символ Кронекера;

1/T — постоянная интегрирования; 60

81t tВ2 й.) — независящие от фазовых координат функции времени.

Входящие в Уравнения для элементов ковариационной матрицы ошибок 65

Фильтрации )„„,j„, .) коэфФициенты

4<>0, d2)0 учитывают влияние отброшенных при линеаризации членов.

Решение систем дифференциальных уравнений производится одним из численных методов, позволяющих применить вычислительное устройство (линейный цифровой фильтр), работа которого описывается линейным разностным уравнением вида где х п, уд — входной и выходной сигн алы; а1, Ь вЂ”. коэффициенты.

Таким образом, для вычисления значейий выходного сигнала (оценки ошибки измерения фаэовой координаты) достаточно использовать арифметические операции — умножение, сложение и вычитание, реализуемое с помощью устройства, содержащих приемные регистры, регистры памяти, сумматоры, регистры сдвига.

Регистры могут быть реализованы,. например на триггерах типа К155ТМ2,. сумматоры — на интегральных микросхемах типа К155ИМЗ и К155ЛП5. Считывание информации производится по команде с блока 4.

Вычислительный алгоритм оптимальной оценки координаты тренда без затруднений может быть реализован также на микропроцессорных наборах, дополненных постоянным запоминающим устройством для хранения программы фильтра и его коэффициентов,оперативным запоминающим устройством для хранения значений входного и выходного сигналов и промежуточных переменных.

Для целей управления дозированием информация о массе и скорости процесса, получаемая в цифровом коде с выходов блока выявления тренда 13 и вычислителя скорости 14, восста- навливается ЦАП 15 и 16.

Напряжение с ЦАП 16 в форме ступенчато-экстраполированного сигнала подается на сумматор 17„ последний связан также с задатчиком 18 порций. В результате с выхода сумматора 17 поступает аналоговый .сигнал управления, откорректированный по динамике процесса (скорости) и по высоте свободно падающего столба дозируемого компонента (по запаздыванию в системе).

Сумматор реализуется на обычных операционных усилителях, задатчик представляет собой резистор, включенный по потенциометрической схеме к источнику питания постоянного тока, Выходные сигналы ЦАП 15 и сумматора 17 сравниваются по уровням в. компараторе напряжений 19 и при

° 7

1008625 их совпадении компаратор выдает сигнал на блок 20 управления об окончании процесса доэирования.

Задание желаемого значения дозы контролируется по приборному инди- 5 катору 21. !

Таким образом, устройство обеспечивает одностадийное динамическое вЗвешивание за счет обработки неста- Щ ционарного выходного сигнала дозатора по следующему алгоритмуr — аналого-цифрового преобразования сигнала сельсина-датчика;

- формирования точно измеряемого управляющего воздействия;

- оптимального в среднеквадратичном .оценивания фазовых координат объекта, адекватных координатам тренда, методами нелинейной фильтрации с заданной плотностью заполнения тренда в условиях неполной информации и произвольной формы переходных возмущений; — восстановления оценок массы и скорости для целей управления и, ди намической коррекции по скорости доэирования и запаздыванию.

Использование предлагаемого устройства управления весовым порционным дозатором позволяет производить отвешнвание заданной порции компонента с точностью, превышающей требуемого ГОСТом, н сократить время отвеши- вания. Кроме того, устройство позволяет производить одностадийное динамическое взвешивание и в случаях, когда выходной сигнал объекта имеет произвольную форму переходных возмущений. Тем саьим расширяются функциональные возможности устройства на класс нестационарных случайных сигналов с нерегулярными возмущениями.- Лабораторные испытания устройства показали, что погрешность отвешивания требуемой дозы компонента составляет менее 1% ври цикле дозирования 6- 12 с (в зависимости от вида компонента).

Rue.2

Составитель В. Ширшов

Редактор Н. Стащишина Техред О.Неце . Корректор N. Коста

Заказ 2328/54 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, Ул. Проектная, 4