Программный регулятор

 

Изобретение относится к технике: , автоматического управления к предназ- 1йачено для использования в системах програмЬшого регулирования параметров технологических процессов например температуры, расхода, давления и др. Цель изобретения - повышение точности регулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулирования. Диаграммная лента с программой приводится в движение дви- J«J5 (Л ю 4ib sj 00 J Ipai.r

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

®CF"- .; ""

13„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ВМВий . Ыь, А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3844291/24-24 (22) 17,01 85 (46) 30.07.86. Бюл, У 28 (7T) Специальное конструкторско-технологическое бюро Львовского производственного объединения "1овелирпром" (72) В. В. Забульский и В. С. Шуминский (53) 62-50(088,8) . (56) Заявка Японии Р 23108, кл. G 05 В 19/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР

9 113612, кл. G 05 D 23/19, 1983.

„„SU„„1247840 А 1 (5i) 4 G 05 В 19/04 G 05 D 23/19 (54 ) ПРОГРАМИНЫИ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к технике,, автоматического управления и предназ-; йачено для использования в системах программного регулирования параметров технологических процессов, например температуры, расхода, давления и др. Цель изобретения — повышение точности регулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулирования. Диаграммная лента с программой приводится в движение.дви1247840 гатепем, размещенным в измерительном приборе 1, Прп па.-ождении фотоглементов пад сгетлой частью диаграммной ленты ьыходной сигнал измерительного моста 9 равен нулю. Б этом случае сигнал максимальной величины с необходимой пол»рностью обеспечивается с помощью задатчпка напр»жени» 17, ззыходпой сигнал которого коммутпруется одним из переключателей 12 ини 13 в зависимости or знака рассогласования при срабатывании пороговых элементов 14 и 15, 11ля обеспечения автоматического выхоца регулируемого параметра па заданное значение, например, при нахождении с, )o

ro.37IonfåIfòoI3 5 и 6 слева oI программной поносы, необходимо подать управляющий сигнал на трехпозицпонный ,ре:Ieiffifa1 элемент 16 по шине 34, нри

1 зобретение относится к автоматическому управлениЮ и предназначено дп» использования в системах программного регулировани» параметров тех- нологических процессов, например температу17ы 17асхода» давления If ppв

Цель изобретенп» вЂ” повышение точности регул»тора ..за счет устранения заззиспмостп абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулироваши . If1

Па фиг. 1 изображена структурная схема нрограгьмного регулятора, на фпг. 2 — фрагмент температурного режима процесса по заданной во времени программе, когда датчиком являетс», например, термоэлектрический преобразователь; на фиг.,3 — пример нанесения программы, приведенной на фиг. 2, на диаграммную ленту лентопротяжного механизма измерительного прибора, когда, например, диапазон его измерения составляет 0-1 мБ; на фиг, 4 — ждущий мультивибратор; на фпг. 5 — диагра|ыы напряжений яцущего мультиззпбратора. 25

Па фиг, 2 и 3 обозначено: Я вЂ” перемещони диаграммной ленты, мм, время, ч; Т, — длительность сигнала мупьтпвпбратора.

Программный регулятор содержит пзме17птепьный прибор 1, программный этом включается переключатель 13, который соединяет один из выхоцов задатчнка напряжения 17 с входом формирователя закона регулирования

?1 через дифференциальный усилитель

1/3, ключ 19 и элемент памяти 20, Прп нахоядепии фотоэлементов справа от программной полосы, например, есJII в момент включения устройства в работу температура в объекте регулирования значительно выше программного значения. необходимо подать уп7равляющий сигнал по шине 35 при

Э этом включается переключатель 1 2 и на формирователь 21 подается максимальный входной сигнал такой полярIfooòï, которая обеспечивает уменьшение выходного сигнала формирователя

21 до нулевого значения. 5 ил.

2 задатчик 2, выполненный в виде лентопротяжного механизма измерительного прибора 1, на диаграммной ленте которого нанесена программа 3 для регулируемого параметра в виде затемнен-

II»Ix полосок определенной ширины и затемненных полосок 4 по .краям диаграммной ленты — программа на переключение ступеней компенсации, Перпендикулярно перемещению диаграммной лепты перемещаются фотоэлементы 5-8 прикрепленные (жестко с73»занные) к подвижному узлу регистрации измерительного прибора 1 и оптически связапные с программным задатчиком 2, фотоэлементы 5 и 6 ззключепы 13 смежные плечи измерительного моста 9, а фотоэлементы 7 и 8 — во входные цепи пороговых элементов 10 и 11, Кроме того, регулятор содержит переключатели 12 и 13, пороговые элементы 14 и 15, трехпозиционный релейный элемент 16, задатчик напряжения

17, дифференциальный усилитель 18, ключ 19, элемент памяти 20, формирователь закона регулнровани» 21, элементы И 22 и 23, элемент ИЛИ=НЕ 24, ждущий мультивибратор 25, реверсивный счетчик 26 импульсов, формирователь уравновешивающего нагряжения 27, элемспт ИЕ 28, исполнительный орган 29, 1247840

S = --U t, объект регулирования 30, датчик 31, подключенный к входу измерительного прибора 1, дешифратор 32 и блок индикации 33. По шинам 34 и 35 подаются управляющие сигналы "Программа справа" и "Программа слева" на трехпозиционный релейный элемент 16 для первоначального включения регулятора .в работу.

Программа регулирования задается путем нанесения отрезков темных полос 3 на диаграммную ленту лентопротяжного механизма измерительного прибора 1. Ширина затемненных полосок программной кривой определяется рас- 15 стояниями между центрами светочувствительных слоев фотоэлементов 5 и 6, ширина вспомогательных полосок 4 по краям ленты значения не имеет, а имеет значение точность нанесения перво-20

ro края для правой полоски и правого края для левой полоски. Расстояние от этих краев до центра программной кривой в точке переключения должно быть равно длине отрезка, соедипяюще-2

ro центр фотоэлемента 7 или 8 с серединой отрезка, соединяющего центры фотоэлементов 5 и 6, На фиг. 2 и 3 S — - перемещение диаграммной ленты, мм; 30 где V — - скорость перемещения диаграммной ленты, мм/ч;

t — время, ч. 5

Ордината графиков на фиг. 2 и фиг. 3 показана для случая, когда скорость перемещения диаграммной ленты измерительного прибора равна

20 мм/ч. 0

Графики на фиг. 2 и 3 наглядно показывают,,как происходит преобразование непрерывной программной кривой . до вида программы предлагаемого регу-лятора . !5

Устройство работает. следующим образом.

Предварительно подготавливают программу, которую задают на диаграммной ленте. Диаграммная лента приводится S0 в движение синхронным двигателем через редуктор, который конструктивно размещен в измерительном приборе 1.

Скорость движения диаграммной ленты . при задании программы является коор- >S динатой времени, а ширина диаграммной ленты — координатой величины регулируемого параметра, При включении устройства для обработки заданной программы в зависимости от рассогласования между задаваемой и действительной величинами регулируемого параметра величина выходного сигнала измерительного моста

9 зависит от разницы освещенности фотоэлементов 5 и 6, которые могут находиться над затемненной полосой

3, слева от нее или справа. При нахождении фотоэлементов над светлой частью диаграммной ленты выходной сигнал измерительного моста равен ну лю, так как оба фотоэлемента одинаково освещены. В этом случае сигнал максимальной величины с необходимой полярностью на входе формирователя закона регулирования 21 обеспечивается с помощью задатчика напряжения

17, выходной сигнал которого коммутируется одним из переключателей 12 . или 13 в зависимости от знака рассогласования между действительной величиной регулируемого параметра и его заданным значением и при срабатывании пороговых элементов 14 и 15 °

Трехпозиционный релейный элемент

l6 обеспечивает на одном из своих выводов сигнал при срабатывании соответствующего порогового элемента 14 или 15, которые выставлены на уровень несколько выше напряжения, снимаемого с фотоэлементов 5 и 6 при их полном освещении, т.е. пороговые элементы 14 и 15 срабатывают при выходе соответствующих фотоэлементов 5 и 6 на светлую часть диаграммной ленты.

При отключенных пороговых элементах

14 и 15 на выходах трехпозиционного релейного элемента 16 сигнал отсутствует, а при их одновременном срабатывании, что возможно только в момент включения устройства в работу и нахождении фотоэлементов 5 и 6 над светлой частью диаграммной ленты, состояние трехпозиционного релейного элемента 16 неопределенное, т.е. на любом из его выходов может присутствовать сигнал.

Для обеспечения, автоматического> выхода регулируемого параметра на заданное значение, например при нахождении фотоэлементов 5 и 6 слева от программной полосы необходимо подать управляющий сигнал на трехпозиционный релейный элемент 16 по шине

34, при этом сигнал с его выхода включает переключатель 13, который

1247840

25 соединяет один..из выходов зэдатчика напряжения 17 с входом формирователя закона регулирования 71 через дифференциаг1ьный усилитель 18, ключ 19 и элемент памяти 20, задавая тем самым входной сигнал на формирователь закона 21 такой величины и полярпости, чтобы обеспечить его максимальный выходной сигнал. Прп нахождении фотоэлементов справа от программной поло- 10 сы, например, если в момент включения устройства в работу температура в объекте регулирования значительно выше программного значения, необходимо подать управляющий сигнал на трехпозиционный релейньг элемент 16 по шине 35, при этом сигнал с его выхода IIKJII0 гит переключатель 12 и аналогично описанному на формирова-тель закона регулирования 21 подается максимальный входной сигнал такой пол lpllocти, которая обеспечивает ул1еньшение выходного сигнала формирователя закона регулирования .1 до нулевого значения, рассмотрим работу остальной части схемы для случая прогрэммпого регуJI»»olI aIII1». температуры.

В качестве измерительного прибора могут, например, использоваться автоматические микроиольтметрь: на базе одноканалып>х приборов серии КС4 с пределами измерения 0-250, 0-500, 0-1000 мкБ. Как видно из фпг. 2 и 3 цена ступени компенсации определяет- 35 ся пределом измерения измерительного прпбора и в случае применения мик- роиольтметров па приборах серии КС4 может быть раина 250, 500 пли 1000 мкВ

Прн включепин программного регулятора4ц в работу начппаетсн разогрев объекта, что вызывает перемещение узла регистрации измерительного прибора

1, а значит и жестко связанных с ним фотоэлементов 5-8 по программе 45 первой ступени. Когда указатель измерительного прибора 1 доходит до конечной отметки шкалы, фотоэлемент

8 оказывается на полонину затемненным и срабатывает пороговый элемент О

11, выходной сигнал которого через элемент И 23 поступает на вход лря-. мого счета реверсивного счетчика пмпульсои 26, »IxoplloII код которого становится эквивалентным единице и 55 формиронатель уравновешивающего напряжения выдаат на своем выходе напряжение, равное одной ступени компенсации. Узел регистрации перемещается и начало шкалы и процесс разогрева объекта продолжается. Когда узел доходит до конца шкалы, то формируется импульс переключения на следующую ступень и т.д.

На участках спада температуры при перемещении узла регистрации от кон- . ца шкалы к началу, когда указатель находится па начальной отметке шкалы, фотоэлемент 7 оказывается на половипу затемненным, срабатывает пороговый элемент -10 и сигнал с его выхода через 1злемент И 22 поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика импульсов 26 и на выходе

25 формирует сигнал (фиг. 5) длительностью Т, Длительность сигнала Т> должна быть больше времени перемещения узла регистрации измерительного прибора через всю шкалу. Сигнал поступает на управляющий вход ключа 19, который отключает выход дифференциального усилителя 18 от входа элемента памяти 20, исключая тем самьм удар и работе регулятора.

Одновременно сигнал через элемент

ПЕ 28 закрывает элементы И 22 и 23, которые не пропускают сигналы с пороговых элементов 10 или 11 на входы реверсивного счетчика импульсов 26 на время Т..

Оценим погрешность регулятора. Основной составляющей погрешности регулятора является абсолютная погрешность измерительного прибора 1, которая равна л А

К, - — )

l 00

25 д=05 — =8С

1600 о

40!

247 где — абсолютная погрешность измерительного прибора; дА — диапазон измерения (шкала) измерительного прибора;

К„ — класс точности измерительно- 5

ro прибора, Учитывая, что К является величиной, постоянной для приборов одной серии (например,.приборов серии КС 2, КС 4 и т.д.) и не зависит от диапазо-0 на измерения, то абсолютная погрешность Д зависит только от диапазона измерения А. Чем больше л А, тем . больше абсолютная погрешность прибора.

Проведем сравнительный анализ основной составляющей погрешности регулятора (погрешности измерительного прибора 1) прототипа и предложенного регулятора для случая регулирования температуры в диапазоне 0-1600 С при использовании в качестве измерительного прибора, например, потенциометра КСП 4, ! Класс точности КСП 4: К = 0 5 (ТУ25-05,1290-78).

Так как в известном устройстве

Mbl должны использовать потенциометр г. диапазоном измерения 0...1600 С, то его абсолютная погрешность составляет

В предлагаемом регуляторе может быть использован прибор КСП 4 с диапазоном измерения 0-1 мВ, абсолютная погрешность которого

8 ста 9, так как в регуляторе может быть использован измерительный прибор с минимальным диапазоном измерения вне зависимости от пределов регулирования регулятора.

Трехпозиционный релейный элемент

16 может быть выполнен на двух HSтриггерах, двух элементах И и двух элементах И-НЕ, как в известном устройстве, Формирователь уравновешивающего напряжения 27 может быть выполнен на цифроаналоговом преобразователе.

Для. удобства эксплуатации программного регулятора можно обеспечить индикацию порядкового номера ступени компенсации формирователем уравновешивающего напряжения 27 путем введения дешифратора 32 и блока индикации ЗЗ. В частном случае порядковый номер ступени может совпадать с ценой ступени компенсации, например .при цене ступени 1 мВ на блоке индикации высвечивается выходной сигнал формирователя 27 уравновешивающего напря-. жения в мВ. Нетрудно перейти от кода порядкового номера на выходе реверсивного счетчика импульсов до индикации величины выходного сигнала формирователя уравновешивающего напряжения 27 при любой цене ступени квантования.

Использование данного регулятора для программного регулирования температуры электропечей позволяет резко повысить качество регулирования температуры за счет постоянной работы регулятора вблизи рабочей точки программы.

Формула и з обретения

d- 0 5100 5 10 МВ

-з

Если перевести абсолютную погрешность а из мВ в С согласно градуировочным таблицам пр ГОСТ 3044-77, то, например, для термоэлектрического преобразователя ТПП она составляет не более 7"С, Таким образом, в предлагаемом регуляторе значительно повышается точность за счет уменьшения основной составпяющей погрешности регулятора. Кроме того, точность регулятора повышается за счет увеличения чувствительности измерительного моПрограммный регулятор, содержащий датчик параметра объекта регулирова45 ния, подключенный к измерительному прибору, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, оптически связанных с программным задатчиком и .включенных в

S0 смежные плечи измерительного моста, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих переключателей и с входами соответствующих пороговых элементов, выходы которых под55 ключены к входам релейного трехпозицианного элемента, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих переключателей, вторые

1247840

S,nn

t t,и)

БО

0) юс

<г) аммиил

Ил

П рамма на лелеклюиетР саулскеи комлснсииии

20 и) о

МЮ

Скулежи ксмлеисации (6™ 7 с!

Рае. с — иг (тамо- з.Рс.)

Фиг.J У /р1

Составитель А, Исправникова

Редактор И. Сегляник Техред В.Кадар Корректор В. Бутяга

Тираж 836 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4124/47

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 входы KQTopblx соединены с соответствующими выходами задатчика напряже.ния, формирователь закона регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулирования, в него введены третий и четвертый фотоэлементы, оптически связанные с программным задатчиком, два элемента И, третий и четвертый пороговые элементы, элемент ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, формирователь уравновешивающего напряжения, ключ, ждущий мультивибратор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, выходы третьего и четвертого фотоэлементов соответственно через третий и четвертый пороговые элементы подключены к первым входам соответствующих элементов .

И, с вторыми входами которых соединен выход элемента НЕ, а выходы элементов И подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ и входам реверсивного счетчика, соединенного своими выходами с входами формирователя уравновешивающего напряжения, выход элемента ИЛИНЕ подключен к входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом элемента HE и с управляющим входом ключа, выход которого через элемент памяти подключен к входу формирователя закона регулирования, а вход ключа соединен с выходом диффе15

5 ренциального усилителя, входы которого подключены к выходам соответствующих переключателей, а выходы формирователя уравновешивающего напряжения подключены в цепь датчиха параметра объекта регулирования.