Регулятор

 

РЕГУЛЯТОР, содержащий первый сумматор, пропорционально-дифференциальное звено, интегратор, второй сумматор , блок переключателей, выход первого сумматора соединен с входом пропорционально-дифференциального звена и первым входом интегратора, выходы пропорционально-дифференциального звена и интегратора соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора , выход через конденсатор соедтшен с вторым входом интегратора и замыкающи-ми контактами блока переклю-чателей , размыкающий контакт которотх соединен с третьш.1 входом интегратора , отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регулятора , в него введены делитель напря- «д жения и нелинейный элемент, причем Рдаяи-Длтель напряжения соед1шен с выходом ин- fwiF тегратора,. нелинейный элемент одни.} выводом соед1шен со средней точкой де лителя напряжения, a другим - с треть- S им входом второго сумматора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН аю сю

" 005 511/01

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3527961/18-24 (22) 24. 12.82 (46) 15.05.84. Бюл. № 18 (72) Ю.В, Захаров, А.И. Яковлев, А.Ф. Защелкин, И.А. Заварихин и Л.H. Григорьев (71) Специальное конструкторское бюро систем промышленной автоматики Чебоксарского производственного обьединения

Промприбор . (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 643828, кл. Gj 05 B 11/01, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 744442, кл. 5 05 В 11/46, 1980.

3. Блоки, регулирующие аналоговые

РБА-Ш, PEA-П. Техническое описание.

Ивано-Франковский приборостроительный завод (прототип). (54) (57) РЕГУЛЯТОР, содержащий пер вый сумматор, пропорционально-дифференциальное звено, интегратор, второй сумматор, блок переключателей, выход первого сумматора соединен с входом пропорционально-дифференциального звена и первым входом интегратора, выходы про порционально-дифференциального звена и интегратора соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого через конденсатор соединен с вторым входом интегратора и замыкающими контактами блока переключателей, размыкающий контакт которого соединен с трещим входом интегратора, отличающийся тем„ что, с целью повышения надежности реO гулятора, в него введены делитель напри- @ жения и нелинейный элемент, причем дели- у тель напряжения соединен с выходом m- НИ/ тегратора,а нелинейный элемент одним выводом соединен со средней точкой pe- . ) лителя напряжения, а другим — с третьим входом второго сумматора. Фили

U +Ll ,84IK may, м

1О

Изобретение относится к автсматическому регулированию, а именно к аналоговым пропорционально-интегральнодифференпжальным (ПИД) устройствам управления, и может быть использовано щэи автоматизации различных производственных процессов.

Известно аналоговое регулирующее устройство, формирующее ПИД-аакон регулирования и дополнительно содержащее переключатели режимов работы и узел для так называемого "безударного переключения с ручного режима на автоматический и обратноГ1 $

Однако известное устройство имеет сложную взаимозависимую связь между динамическими параметрами настройки, что делает его сложным в эксплуатации и менее точным.

Известно также аналоговое регулирующее устройство, формирующее И за-кон регулирования и содержащее интегратор, выходной усилитель, переключатель режимов работы, обеспечивающий безударное переключение (2 .

Указанное устройство не содержит пропорционально-дифференциального звена (ПД-авена), что снижает его функциональные всзможности.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является блок ре упирующий аналоговый, содержащий первый сумматор, ПД-звено, интегратор, второй сумматор, конденсатор., блок пе реключателей, выход первого сумматора соединен с входом ПД-звена и первым входом интегратора, выходы ПДзвена и интегратора соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого через конденсатор соединен с вторым входом интегратора и замыкающими контактами блока переключателей, размыкающий контакт которого соединен с третьим входом интегратора.

В положении перекхаочателя ручное управление интегратор превращается в усилительное звено, так как инвертиру= ющий вход усилителя оказывается подключенным к общей шине (земле). При атом звено, сумматор и конденсатор об-: разуют интегратор дпя входных сигналов ручного управления (33 °

Дпя данного регулятора характерна ненадежная работа в режиме Ручного управления, заключающаяся в том, что в случае выхода из строя зада чика регулируемого параметра или датчика пера. метра или при обрыве линии связи с

92464 2 датчиком или задатчиком регулятор не может удержать установленного значения выходного сигнала, что приводит к нарушению технологического процесса, Выходной сигнал Н,д этогс регулятора определяется выражением

0 =-(k U +k (i

&Ых 1 пД 2 и)

10 где K> = 1 — коэффициент передачи второго сумматора по входу, подключенному к

ПД-<звену >

К вЂ” коэффициент пе еда ьи вто2

15 рого сумматора по входу, подключенному к интегратс РУ1

U — выходной сигнал ПД-звена; — выходной сигнал интегратои

20 ра.

Учитывал то, что при резких изменениях сигнала на входе ПД- вена, а следсвательно, и на входах первого сумматоре., подключенных и задатчику параметра и

25 датчику napaMeTpa„a также при их отказах, на выходе ПД-авена устанавливается максимальный сигнал + 0, равный напряжению насьпцения микросхемы. Из (Ц можно определить требуемое значенис выходного cBYíàna интегратора (a1 u +к ц

SbtK g pp J

Коэффициент передачи К в регупято35 ре равен 1 . Выходной сигнал интеграФ тора У„для установки выходного сигнаzra регулятора Ь 0,, „= U> при максимальном значении выходного сигнала ПД-звена равен

Выходной сигнал интегратора также может изменяться только до U, следовательно, регулятор не обеспечивает надежной работы во всем диапазоне изменения выходного сигнала, что приводит к

50 нарушению технологического процесса.

Для предупреждения нарушений технологического процесса, вызванных ненадежной работой регулятора, в этих случаях требуется введение дополнительно ре ; зервного ручного задатчика и блока ручного управления.

Как видно HG формулы (2), значение выходного сигнала интегратора !3,„можно уменьшить до U,„путем увеличения

1092464 коэффициента передачи К> входа сумматора, подключенного к выходу интегратора, но в этом случае необходимо в К > раз увеличить постоянную времени интегрирования интегратора для автоматического режима работы регулятора, что потребует увеличения во столько же раз номиналов резисторов или конденсаторов интегратора. В первом случае это приводит к ухудшению метрологических характеристик регулятора, а во втором — к увеличению его габаритов.

Бель изобретения — повышение надежности регулятора.

Бель достигается тем, что в регулятор, содержащий первый сумматор, пропор)ционапьно-дифференциальное звено, интегратор, второй сумматор, конденсатор, блок переключателей, причем выход первого сумматора соединен с входом пропорционально-дифференциального звена и первым входом интегратора, выходы Глзвена и интегратора соединены соответст-. венно с первым и вторым входами второ- 5 го сумматора, выход которого через конденсатор соединен с вторым входом интегратора и замыкающими контактами блока переключателей, размыкающий контакт которого соединен с третьим входом интегра.3О тора, введены делитель напряжения и нели/ нейный элемент, например стабипитрон, причем делитель напряжения соединен с выходом интегратора, а нелинейнь|й элемент одним выводом соединен со средней точкой делителя напряжения, а другимс третьим входом второго сумматора.

На чертеже приведена схема предлагаемого регулятора.

Регулятор содержит первый сумматор 140

ГЦ1-звено 2, интегратор 3, второй сумматор 4, конденсатор 5, блок 6 переключателей с замыкающими и размыкающими контактами, делитель 7 напряжения и нелинейный элемент 8, например стабипитрон.

Регулятор работает следующим образом.

Режим автоматического управления.

Сигналы задания Х и параметра Х л поступают на входы первого сумматора 1, на выходе которого формируется сигнал

50 рассогласования Е . Сигнал рассогласования Е поступает на вход ПД-звена 2 и первый вход 9 интегратора 3, выходные сигналы которых соответственно поступают на первый 10 и второй 11 входы второго. сумматора 4.На выходе последнего

55 формируется управляющий сигнал в соответствии с ПИД-законом регулирования.

В автомат1гческом режиме управления переключатепь режимов в бпо;:= 6 пер . п чатепей находип=я в положении А, следовательно, второй вход 12 (неш вертирующий) интегратора 3 соедш ен с общей шиной.

Переключение с автоматического режима управления на ручное осушествляетсл установкой переключателя режимов в блоке 6 переключателей в попожепие Р, при этом третий вход 13 интегратора 3 подключаег=я к обшей шипе, а выход второго сумматора 4 через конденсатор 5 соединя..тся со вторь|м входом 12 интегратора 3, образуя аналоговый интегратор для сигналов ручного управления+(.,,я, - Р„„. поступаюш пЗ на вход интеграторе ручного управления через замыкающие контакты

М ипи В блока 6 переключателей.

Переключение с автоматического режи ма управления на ручное осуществляется бузударно с сохранением величины выходного сигнала второго сумматора 4 в момент перекгпочения режима. Это обеспечивается тем, что конденсатор 5 при автоматическом управлении заряжается до величины выходного сигнала второго сумматора 4. В момент переключения с автоматического управления на ручное напряжение на конденсаторе 5, а следовательно, и на выходе второго сумматора сохраняется независимо от наличия сигнатьэ на первом входе 10 второго сумматсра 4 с выхода ПД-звена 2. Выходной сигнал ПД-звена 2 компенсируется обратной связью через Ko!1 денсатор 5 и усилитель с разомкнутой обратной связью интегратора 3, В режиме ручного управпеш1я регулятором можно управлять только сигналами ручного управления.

Переключение с ручного управления на автоматическое также происходит безударно, так как конденсатор в интс.— граторе 3 при ручном управлении включен между общей шиной и выходом ус лителя и заряжается до такой велич1п1ь., что при переклкчении на автоматическое управление ажебрапческая сумма сигналов ГЦ1звена 2 и интегратора 3 не изменяет предыдр-лего значения выходного сигнала второго сумматора 4.

Номинальный диапазон изменения выходного сигнала и узлов регулятора, выполненных на операционных усилителях, находится в пределах от минус 6, —

70 до плюс 60-70% максимального значения выход ого сигнала 0„. Делитель напряжения настроен таким образо;, что открывание нелинейного элемента 8 происходит при напряжении на выходе интегратора 3, находяцемся в пределах больше U, но меньше 0 м, следова тельно, введенные в схему регулятора дели гель 7 напряжения и нелинейный элемент 8 не влияют на работу регулятора в автоматическом режиме, а также в режиме ручной о управления„если выходное напряжение интегратора 3 нахо10 дится в пределах номинального диапазона изменения выходного сигнала.

Допустим, что регулятор находится в режиме ручного управления, сигнал задания Хз равен сигналу параметраМ„„

1 f5 и на выходе второго сумматора 4 сигнал равен, например, bmoc Он, след(яьательно, на выходе первого сумматора 1 и выходе ЦДзвена 2 выходное напряжение равно нулю, а выходное напряжение интегратора 3, как следует из формулы (2), равно минус,U> . При отказе датчика параметра на выходе первого сумматора 1 устанавливается сигнал ми25 нус 0, что приводит к появлению на выходе ПД--звена сигнала плюс О с послвдуюшим спадом значения amoc U>, Изменение выходного сигнала интегратора 3 при этом направлено на компенсацию выходного сигнала ПД-звена 2, т. е. выходной сигнал интегратора 3 принимает более отрицательное значение, что приводит z открыванию нелинейного элемента 8 и увеличению ксэффициента передачи сигнала с выхода интегратора 3 З5 на выход второго сумматора за счет вступления в работу дополнительного канала, образованного делителем 7 напряжения и нелинейным элементом 8.

В этом случае коэффициент передачи сиг-40 нала с жахода интегратора 3 определяется но формуле

2 2 где К=1- коэффициент передачи сумма2 тора 4 по входу 11, подключенному к интегратору 3, К вЂ” коэффициент передачи сумматора 4 по дополнительному каналу (вход 14);

Коэффициент передачи по дополнительному каналу К определяется вырежением, вывод которого не приводится о ((nnpy yU> (й 0 о к о "р U„ (g)

А где Uz — выходное напряжение интегратора 3, U напряжение открывания нелинейного элемента 8 — коэффициент передачи делителя 7; - — суммарное сопротивление деА лителя 7 напряжения и нели .нейного элемента 8, Р, >> и — сопротивление обратной связи второго сумматора 4.

Как видно из выражения (6), коэффициент передачи К с повышением напряжения 0„резко возрастает, что позволяет скомпенсировать сигнал ПДзвена 2 при незначительном увеличении выходного сигнала интегратора 3.

Таким образом, введение делителя напряжения и нелинейного элемента в регулятор исключает возможность потери функции ручного управления и обеспечивает сохранение заданного значения выходного сигнала регулятора при возникновении неисправности во внешних цепях регулятора, что повышает надежность регулятора в целом, а следовательно, и системы регулирования и исключает возможность нарушения технологического ироцесса.

1092464

Составитель П. Кудрявдев

Редактор М. К елемеш Техред С. д игунона Корректор A. 3 ико косов

Заказ 3254/31 Тираж 842 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