Регулятор
Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами. Цель изобретения - повьппение точности ре-г жима регулирования и уменьшение энергопотребления . Регулятор содержит предварительный усилитель, блок .формирования управляющего сигнала и блок цепей исполнительных механизмов. Цель изобретения достигается тем, что в блок формирования управляющего сигнала введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепи развязки. 5 з.п. ф-лы, 3 нл.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦ)ИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
09) (и) 5п 4 С 05 В 11/26 °
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ
К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3809037/24-24 (22) 29.10 ° 84 (46) 07.11.86. Бюл. У 41 (71) Харьковский ордена Трудового
Красного Знамени институт радиоэлектроники им. акад. М.К.Янгеля (72) М.Г.Дубровский и А.Н.Зеленин (53) 62-50(088.8) (56) Автоматические приборы. Регуляторы и вычислительные системы./ Под ред. В.Д.Кошарского. — Л.: Машиностроение, 1976, с. 237, рис. Х3.5. (54) РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами. Цель изобретения — повышение точности ре-. жима регулирования и уменьшение энергопотребления. Регулятор содержит предварительный усилитель, блок формирования управляющего сигнала и блок цепей исполнительных механизмов. Цель изобретения достигается тем, что в блок формирования управляющего сигнала введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепи развязки. 5 s.п. ф-лы, 3 ил.
094
1269
Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электронным техническим средствам автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), и может быть использовано в качестве аналогового регулирующего блока в управляющих системах..
Цель изобретения — повьппение точности режима регулирования и уменьше- ip ние энергопотребления, На фиг.1 приведена функциональная схема регулятора, на фиг.2 и 3 — диаграммы режимов работы регулятора, Регулятор содержит предварительный 15 усилитель 1, элемент 2 корректировки сигнала уставки HopMa", элемент 3 формирования режима "Верхний предел нормы", элемент 4 формирования режима
"Нижний предел нормы", блок 5 цепей исполнительных механизмов, цепь 6 корректировки транспортного запаздывания и первую и вторую цепи 7 и 8 развязки.
Элемент 2 корректировки сигнала 25 уставки,"Норма" содержит резистор 9 защиты и перестраиваемый потенциометр
10.
Первая (вторая) цепь 7 (8) развязки содержит первый 11 (12) и второй 3р
13 (14) раэвязывающие резисторы, операционный усилитель 15 (16), диод 17 (18) и оптрон 19 (20) .
Цепь 6 корректировки транспортного запаздывания содержит нормально замкнутый контакт 21, нормально разомк35 нутый контакт 22, резистор 23 и перестраиваемый потенциометр 24, Элемент 4 формирования режима
"Нижний предел нормы" содержит нор40 малько замкнутый контакт 25, резис-. тор 26 и перестраиваемый потенциометр
27. Элемент 3 формирования режима
"Верхний предел нормы" содержит нормально замкнутый контакт 28, резис45 тор 29 и перестраиваемый потенциометр 30.
Блок 5 цепей исполнительных механизмов содержит первый 31 и второй 32 триоды, первое 33 и второе 34 реле, третий 35 и четвертый 36 диоды.
Устройство работает следующим образом.
С помощью цепи 2 при перестройке потенциометра 10 на инвертирующие входы операционных усилителей 15 и 16 через развязывающие резисторы 11 и 12 подается измеряемый уровень напряжения U (фиг. 2), соответствующий уставке "HopMa". Однако фактический потенциал каждого из сигналов, присутствующих на инвертирующих входах усилителей 15 и 16 (в отсутствии сигнала на входе предварительного усилителя
1), определяется как алгебраическая сумма двух сигналов — сигнала Uq уставки "Норма" и сигналов, сформиро" ванных цепями 3 и 4 формирования режимов 1Верхний предел нормы" и Нижний предел нормы" (U „ ) и U соЭп ответственно.
Фактический уровень сигнала Uù на инвертирующем входе первого усилителя 15 выше уровня "Норма" U» так как, изменяя перестраиваемый потенциометр 30 цепи 3, добавляется некоторый уровень напряжения положительного знака U 8> к уже имеющемуся потенциалу U» при этом получается фактический сигнал на инвертирующем входе первого усилителя 15:.
Пи + Use „Uo регулируемый потейциометром 30.
Фактический уровень сигнала Uo на инвертирующем входе второго усилителя 16 ниже уровня "Норма" U<, так как при изменении перестраиваемого потенциометра 27 элемента 4 на этот вход добавляется некоторый уровень напряжения отрицательного знака Uù, к уже имеющемуся потенциалу UN, при этом получается фактический сигнал на инвертирующем входе второго усилителя 16: нбвд По э регулируемый потенциометром 27, Из-за наличия на входе устройства (входе предварительного усилителя 1, выполненного на базе инвертирующего включения операционного усилителя) входного сигнала, соответствующего идеальному состоянию контролируемого процесса Uz на выходе предварительного усилителя 1, появляется усиленный и инвертированный по фазе выход-, ной сигнал -U* . Пройдя через цепь 6
sx (в данном .случае масштабирующий резистор 23), этот сигнал -П" на выходе цепи 6 должен быть компенсирован по величине равным ему, но противоположным по знаку сигналом уставки
"Норма", сформированным в цепи 2, так как из этого условия и выбирается уровень сигнала "Норма (положение
3 1269 движка потенциометра 10), т.е.
f=U*j
Входной сигнал U „ Hà входе предварительного усилителя 1, компенсируя на выходе цепи 6 сигнал уставки "Нор- 5 ма", приводит к смещению уровней входных сигналов на инвертирующих входах первого 15 и второго 16 операционных усилителей на величину U< в область отрицательных значений (фиг.3). В 10 этом случае потенциал инвертирующего входа первого усилителя 15 поло:кителен и равен U> а потенциал инвертирующего входа второго усилителя
16 отрицателен и равен -U„„> . Эти по- 15 тенциалы приводят к тому, что диоды
17 и 18 оказываются открытыми и имеющими малую величину внутреннего сопротивления. Указанные диоды образуют цепи отрицательных обратных связей, которыми охвачены первый 15 и второй
16 усилители, которые включены по принципам инвертирующих усилителей, что обеспечивает малый коэффициент передачи таких усилителей. В выходных25 цепях первого 15 и второго 16 усилителей протекают малые величины выходного тока, не вызывающие срабатывание оптронов 19 и 20. Таким образом регулятор отключен от блока 5 цепей ис- З0 полнительных механизмов.
Описанное положение сохранится и во всех других случаях, пока входной сигнал U „, приведенный к инвертирующим входам первого 15 и второго 16 усилителей, не превысит по абсолютной величине уровней Uz» верхнего и
U „ нижнего пределов нормы, т.е. не изменится знак фактического сигнала на входе одного из усилителей 15 или 40
16.
Предположим, что на входе устройства сигнал Ue„ настолько возрос, что будучи приведенным к инвертирующему входу первого ОУ (при приведении45 знак этого сигнала меняется за счет предварительного усилителя 1), он изменит знак фактического сигнала на ртом входе на отрицательный (второй
ОУ при таком изменении входного сигнала только еще сильней подзапрется).
В этом случае закрывается диод 17, резко возрастает коэффициент передачи первого усилителя 15 и его выходной ток обеспечивает срабатывание оптро- 55 на 19, который открывает триод 31, включив, тем самым, цепи первого реле 33, При этом нормально замкнутые
094 контакты 28 этого реле размыкаются, отключая от инвертирующего входа первого- усилителя 15 цепь 3 формирования режима Верхний предел нормы" контролируемого параметра, нормально замкнутые контакты 2,размыкаются, увеличивая резистивность цепи 6, уменьшая тем самым коэффициент передачи цепи б для входного сигнала, группы нормально разомкнутых контактов первого реле 33 могут быть использованы для включения силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов, причем исполнительные механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, Ътобы добиться вновь запирания первого усилителя 15. Этот усилитель закрывается в том случае, когда открывается диод 17, т.е. когда сигнал на инвертирующем входе первого усилителя 15 станет чуть полокительным. В процессе регулирования уменьшается уровень сигнала Us„, причем этот сигнал будучи приведенным к инвертирующему входу первого усилителя 15 сравнивается только с напряжением уровня уставки "Норма" элемента 2, так как элемент 3 формирования режима "Верхний предел нормы" контролируемого параметра в этом режиме отключен от инвертирующего входа первого усилителя 15 разомкнутой парой контактов 28 первого реле 33.
Этим обеспечивается высокая точность регулирования, так как управляющий сигнал выводит контролируемый параметр на уровень, соответствующий идеальному состоянию системы |Норма", а не просто в зону нормы, как таковую.
Учитывая то, что регулирование осуществляется в реальном масштабе времени, причем на формирование управляющего сигнала требуется определенный отрезок времени, а также учитывая определенную инерционность исполнительных механизмов в системе, получается, что управляющее воздействие несколько отстает по времени от того состояния, анализируя которое и вырабатывается этот управляющий сигнал. Это запаздывание называют транспортным. Поэтому для избежания перерегулирования в системе целесообразно прекратить выработку управляю- щего сигнала регулятором несколько раньше того времени, когда сравняются сигналы уставки Норма™ и сигнал на
5 1?69 выходе цепи 6 корректировки транспортного запаздывания. Это небольшое опережение и достигается тем, что уменьшая коэффициечт передачи .цепи 6 путем размыкания контактов 21 пары, принадлежащей группе нормально замкнутых контактов первого 33 реле блока с
5 исполнительных механизмов, как бы уменьшают абсолютное значение выходного сигнала цепи 6, приближая его к зйачению U< напряжения уставки "Норма", уменьшая время достижения выход" ным сигналом цепи 6 уровня напряжения
Ug. уставки "HopMa" и вызывая тем самым некоторое опережение в отключении 15 силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов.
В момент пересечения выходным сигналом цепи 6 уровня напряжения U уставки "Норма" происходит отпирание диода 1.7, фактическое запирание первого усилителя 15, размыкание цепи первого оптрона 19, запирание триода
31 и приведение первого реле 33 в нормальное состояние, характеризуемое 25 замыканием пар контактов 21 и 28 и обесточиванием, силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов.
Предположим, что регулируемый процесс характеризуется таким уровнем сигнала U „ на входе предварительного усилителя, что будучи приведенным к инвертирующему входу второго усилителя 16 (при приведении знак этого сигнала меняется за счет предвари35 тельного усилителя 1), он изменяет знак фактического сигнала на этом входе на положительный (первый усилитель 15 при этом только еще сильней подзапрется). В этом случае запирает40 ся второй диод 18, резко возрастает коэффициент передачи второго усилителя 16 и его выходной ток обеспечивает срабатывание второго оптрона 20, Фототранзистор этого оптрона открыва45 ет триод 32, включив цепи второго реле 34, При этом нормально замкнутые контакты 25 этого реле размыкаются, отключая от инвертирующего входа второго усилителя 16 и цепь элемента 4 формирования режима "Нижний предел нормы" контролируемого параметра, нормально разомкнутые контакты 22 за- > мыкаются, увеличивая тем самым коэффициент передачи (за счет уменьшения
его сопротивления) звена 6 для вход094 ного сигнала.: другие группы нормально разомкнутых контактов второго реле 34 могут быть использованы для включения силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов, причем исполнительные. механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, чтобы добиться вновь запирания второго усилителя 16. Этот усилитель закрывается, когда открывается диод 18, т.е. когда сигнал на инвертирующем входе второго усилителя 16 становится чуть отрицательным.
В процессе регулирования сигнал будучи приведенным к инвертирующему входу второго усилителя 16, сравнивается только с напряжением уставки "Норма", так как элемент 4 формирования режима "Нижний предел нормы" контролируемого параметра в этом режиме отключен от инвертирующего входа второго усилителя 16 разомкнутой парой контактов 25 второго реле 34.
Действие цепи 6 корректировки транспортного запаздывания в этом режиме направлено на то,.чтобы, как и в предыдущем режиме, несколько приблизить абсолютную величину выходного сигнала цепи 6 к уровню уставки "Норма". Так как в этом режиме входной сигнал цепи 6 находится в зоне более низкой, чем "Нижний предел нормы", то для приближения его по абсолютной величине к уровню уставки Норма эту абсолютную величину необходимо несколько увеличить. Это и достигается тем, что при срабатывании второго реле 34 одна из его пар 22 нормально разомкнутых контактов замыкаясь обеспечивает уменьшение сопротивления цепи 6 коррекции транспортного запаздывания за счет того, что часть резистивности корректирующего котенциометра 24 включается параллельно масштабирующему резистору 23, обеспечивая увеличение коэффициента передачи звена 6 корректировки транспортного запаздывания. Время, когда абсолютная величина выходного сигнала цепи 6 корректировки транспортного запаздывания достигнет уровня U, уставки
"Норма" несколько уменьшается, вызывая и некоторое опережение в отключении силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов.
При запирании второго усилителя
1.6 и разрыве цепи оптрона 20 реле 34 приходит в состояние, когда нормаль7 1269 но разомкнутые пары контактов выключают силовые цепи блока 5 исполнительных механизмов, пара нормально разомкнутых контактов 22 отключает корректирующий потенциометр 24 в цепи
6 корректировки транспортного запаздывания, а нормально замкнутые контакты 25 подключают к инвертирующему входу второго усилителя 16 цепь 4 формирования режима "Нижний предел нормы" контролируемого параметра.
Формула из обретения
1. Регулятор, содержащий предварительный усилитель, элемент корректи- 15 ровки сигнала уставки Норма, элемент формирования режима "Верхний предел нормы", элемент формирования режима "Нижний предел нормы" и блок цепей исполнительных механизмов, о т- 20 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения энергопотребления, в него введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепи развязки, первыми входами соединенные с выходом .: цепи корректировки транспортного запаздывания и входом элемента корректировки сигнала уставки "Норма", вторые входы цепей развязки соединены ЗО соответственно с выходами элементов формирования режима "Верхний предел нормы" и "Нижний предел нормы, выходы — с соответствующими входами блока цепей исполнительных механизмов, а выход предварительного усилителя соединен с входом цепи корректировки транспортного запаздывания.
2. Регулятор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что элемент корректировки сигнала уставки "Норма" содержит резистор защиты и перестраиваемый потенциометр, скользящий контакт которого соединен с выходом резистора„, защиты, а другие два контакта. соединены соответственно с источником питания и общей шиной, .а вход резистора защиты подключен к входу элемента корректировки сигнала уставки "Норма".
094
З.Регулятор по п.1, отличающийся тем, что цепь развязки содержит два развязывающих резистора, операционный усилитель, диод и оптрон, подключенный входом через первый развяэывающий резистор к выходу операционного усилителя, ипвертирующий вход которого через второй развяэывающий резистор подключен к входу цепи развязки и через прямосмещенный диод — к выходу операционного усилителя, а выход оптрона подключен к выходу цепи развязки.
4. Регулятор по п.i, о т л и ч аю шийся тем, что цепь корректировки транспортного запаздывания содержит нормально замкнутый контакт и нормально разомкнутый контакт, резистор и перестраиваемый потенциометр, причем первая клемма нормально разомкнутого контакта соединена с входом цепи корректировки транспортного запаздывания и через резистор со скользящим контактом перестраиваемого потенциометра и первой клеммой нормально замкнутого контакта, вторая клемма которого подключена к выходу цепи корректировки транспортного за- паздывания и через потенциометр к второй клемме нормально раэмокнутого контакта.
5. Регулятор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что элемент формирования режима "Нижний предел нормы" содержит последовательно соединенные нормально замкнутый контакт, резистор и перестраиваемый потенциометр, причем вторая клемма нормально замкнутого контакта подключена к выходу элемента формирования режима "Нижний предел нормы".
6. Регулятор по п.1 о ч л и ч а ю шийся тем,что блок цепей исполнительных механизмов содержит две цепи, каждая из которых содержит триод, в коллекторную цепь которого включено реле, зашунтированное диодом, а база триода подключена к входу блока цепей исполнительных механизмов.
1269094 ид„
-и
Составитель П.Кудрявцев
Техред И.Попович КорректорМ.Самборская
Редактор Н.Бобкова
Заказ 6034/49 Тираж 836 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
f13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
