Регулятор давления

 

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в гидравлических системах , где требуется плавное и точное регулирование давления в широких пределах. Цель изобретения - повьшение запаса устойчивости и уменьшение перерегулирования. Для этого регулятор давления содержит дросселирующее устройство 1, имеющее подвижный регу лирующий орган 2 в корпусе 3, элемент 4 сравнения, гидроусилитель 5 управления подвижным регулирующим органом , датчик 6 давления, нагнета- . тельную линию 8, линию 9 слива,,датчик 16 положения регулирующего органа 2, задатчик 19 давления и блок 22 i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

СВ1 а1 (511 4 0 05 D 16/00

Ф 4

Фиг.2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4094524/24-24 (22) 16.07.86 .(4Ь) 23.11.87. Бюл. М 43 (71) Опытное конструкторское бюро специальных технических средств Министерства рыбного хозяйства СССР (72) В. М, Мирный, А. А. Ватутин и В. В. Вельтищев (53) 621.646.4(088.8) (56) Арховский В. Ф. Серегин Ю. Н, Основы автоматического регулирования. — М.: Машиностроение, 1974, с. 169-176, рис. 7, 18.

Патент ФРГ ll 2532668, .кл. F 15 В 13/42, опублик. 1977.

Авторское свидетельство СССР

9 877484, кл. G 05 D 16/00, 1981, прототип. (54) .РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в гидравлических системах, где требуется плавное и точное регулирование давления в широких пределах. Цель изобретения — повышение запаса устойчивости и уменьшение перерегулирования. Для этого регулятор давления содержит дросселирующее устройство 1, имеющее подвижный регу лирующий орган 2 в корпусе 3 элемент 4 сравнения, гидроусилитель 5 управления подвижным регулирующим органом, датчик 6 давления, нагнетательную линию 8, линию 9 слива,,датчик 16 положения регулирующего органа 2, задатчик 19 давления и блок 22

1354169 умножения, При этом подвижный регулирующий орган 2 совместно с корпусом

3 образует дросселирующие щели 7, соединяющие нагнетательную линию 8 и линию 9 слива и спрофилированные

М в соответствии с уравнением у = с а . где у — суммарная площадь дросселирующих щелей, с и а — постоянные коэффициенты, х — координата подвижного регулирующего органа. Вместо проИзобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано в гидравлических системах, где требуется плавное и точное регулирование давления в широких 5 пр еделах, Цель изобретения — повышение запаса устойчивости и уменьшения перерегулирования.

На фиг. 1 показана структурная 16 схема регулятора с нелинейной зависимостью, реализованной профилированием дросселирующих щелей; на фиг. 2— структурная схема регулятора с нелинейным звеном, реализованным блоком с переменным коэффициентом усиления.

Регулятор давления (фиг. 1) содержит дросселирующее устроиство 1, имеющее подвижный регулирующий орган

2, расположенный в корпусе 3, элемент 4. сравнения, гидроусилитель 5 управления подвижным регулирующим органом и датчик 6 давления. Подвижный регулирующий орган 2 совместно с корпусом 3 образует дросселирующие щели 7, соединяющие нагнетательную гидролинию 8 со сливной гидролинией

9. К нагнетательной гидролинии 8 подключен датчик 6 давления. От этой же.гидролинии через редукционный клапан 10 запитывается гидроусилитель 5, который гидролиниями 11 и

12 соединен с управляющими камерами

13 и 14 дросселирующего устройства

1, а гидролинией 15 соединен со сливной гидролинией 9. Подвижный регулирующий орган 2 связан с датчи=ком 16 положения. Первый вход 1 1 элемента 4 и его второй вход 18 сое-" динены соответственно с задатчиком филирования щелей нелинейную зависимость можно также реализовать блоком

27 с переменным коэффициентом усиления. Изобретение обеспечивает уменьшение перерегулирования давления в

2-4 раза. При этом регулятор с высокой точностью устойчиво работает при любой жесткости гидролинии регулируемого давления. 2 з.и. ф-лы, 2 ил.

<9 даьления и датчиком 6 давления.

Третий вход 20 элемента 4 соединен с выходом 21 блока 22 умножения. Первый вход 23 блока 22 линией 24 подключен к датчику )6 положения, а второй вход 25 этого блока поДключен к задатчику 19. Гидроусилитель 5 управления подвижным регулирующим органом подключен к выходу 26 элемента 4. Кроме того, имеется блок 27 с переменным коэффициентом усиления (фиг. 2).

Регулятор давления работает следующим образом.

При изменении величины сигнала с выхода задатчика 19, задающего величину регулируемого давления, на выходе 26 элемента 4 формируется сигнал ошибки, поступающий на гидроусилитель 5. В соответствии с величиной сигнала ошибки в гидролиниях !1 и 12 появляется расход рабочей жидкости, обеспечивающий изменение координаты (смещение) подвижного регулирующего органа 2 на величину, при которой сигнал с датчика 16 поступающий через блок 22 умножения на вход 20 элемента 4, компенсирует задающий сигнал, Величина смещения подвижного регулирующего органа 2 зависит не только от величины изменения (приращения ) сигнал- задатчика

19, но и от абсолютной величины этого сигнала, так как он поступает на вход 25 блока 22. Чем больше величина сигнала задатчика,19, т.е,, чем больше задаваемая величина регулируемого давления, тем меньше смещение подвижного регулирующего органа 2 при одной и той же величине измене54169 рующих щелей, рассматривают уравнение расхода рабочей жидкости через дросселирующие щели и выражение для определения величины регулируемого давления:

Г2

Q, =) ° — ° f(x) 1Р— (Q-Q)

dP Е

dt V (2) 35 aQ = К . х+К 6Р (3)

1õ

Р где

К х дх

К

Р аР

P /2 Р/Р (5) Принимая Q = const и преобразуя и уравнения (2) и (3) по Лапласу, за55 писав в приращениях также и уравнение (2), получают передаточную функцию звена регулятора давления, входом которого является приращение коорди3 13 ния (приращения) сигнала задатчика

19. При смещении подвижного регулирующего органа 2 изменяется суммарная площадь дросселирующих щелей 7 и изменяется давление в нагнетательной гидролинии 8. Скорость изменения давления зависит от гидравлической жесткости нагнетательной гидролинии

8 (модуля упругости рабочей жидкости и объема рабочей жидкости в нагнетательной гидролинии 8), изменения (приращения) суммарной площади дросселирующих щелей 7, вызванного смещением подвижного регулируемого органа, а также от величины регулируемого давления и расхода через регулятор давления, т.е, координаты подвижного регулирующего органа. Так как предлагаемое введение местной обратной связи ограничивает перемещение подвижного регулирующего органа, то скорость изменения давления и величина регулирования в сравнении с известным регулятором умень- 25 шается. Одновременно с изменением дав. ления изменяется сигнал, поступающий с датчика 6 на вход 18 элемента 4, что приводит к уменьшению первоначального смещения подвижного регули- ЗО рующего органа 2 и, соответственно, к уменьшению скорости изменения давления. По окончании переходного процесса величина давления в нагнетательной гидролинии 8 соответствует новому установившемуся значению.

При изменении величины расхода через регулятор изменение давления в нагнетательной гидролинии 8 приводит к смещению подвижного регулирующего органа 2, обеспечивающего стабилизацию регулируемого давления ° Однако стабилизация давления осуществляется с некоторой статической ошибкой. Относительная величина ошибки ввиду профилирования дросселирующих щелей

7 и наличия блока 22 умножения для всего диапазона регулируемого давления и расхода через регулятор примерно постоянная величина, не влияющая существенно на функциональные возможности регулятора. Составляющая статической ошибки, вызванная наличием предлагаемого контура местной обратной связи, не более составляющей, определяемой трением в гидроусилителе 5.

Дпя определения зависимости, необходимой для профилирования дросселигде Q — суммарный расход рабочей жидкости через дросселирующие щели; — коэффициент расхода;

P — плотность рабочей жидкости;

f(х) — суммарная поперечная площадь дросселирующих щелей;

P — давление рабочей жидкости

P в нагнетательной гидролинии;

Š— модуль упругости рабочей жидкости

V — объем рабочей жидкости в нагнетательной гидролинии; подача рабочей жидкости от источника гидропитания; х — координата подвижного регулирующего органа.

Рассматривая малые приращения переменных х и P в линиаризованном р 9 виде уравнение (1) принимает вид приращение расхода рабочей жидкости; коэффициент расхода по и ер емещению; приращение координаты коэффициент расхода по давлению; приращение давления

И . 2, / d<(x) (4) зх Г " а

1354)69 Г (-= n.t(x) (Г(х(d- (x ) Йх

f (x 20

К(х х

К.„

df(х) о.х — — — const ., (8) 30

f = с.а (9) с а тах х

ass X х

=с.а

55 где у с, а— наты подвижного регулирующего органа, а выходом — приращение давления, т.е. ч — S+1

Е.Kg

P где 1(($) — передаточная функция.

Из уравнений (6),(4) и (5) следует, что передаточная функция данного звена представляет апериодическое звено первого порядка, причем коэффи" циент усиления и постоянная времени этого звена переменные величины.

Так как то иэ уравнения (7) следует, что для того, чтобы коэффициент усиления этого звена не зависит от х, необходимо соблюдение условия

Решая дифференциальное уравнение (8), находят искомую зависимость для профилирования дросселирующих щелей регулятора давления. 35 где с и а - постоянные коэффициенты, которые для любого конкретного регулятора давления можно найти, решив следующую систему уравнений: (10) с а г15 и

Максимальные и минимальные значения этих параметров назначаются, исходя из требований к регулятору и конструктивных соображений„

Из уравнения (5) и (бi следует, 1

50 что фазовая характеристика рассматриваемого звена ухудшается с увеличением давления и уменьшением суммарной площади дросселирующих щелей, что и определяет наличие и подключе" ние датчика положения.

Приведенный пример выполнения регулятора давления (фиг. 2) содержит в линии 24 блок 27 с переменным коэффициентом усиления, имеющий один вход и один выход, Зтот блок являет- ся стандартным. Точное выражение нелинейности„ которую реализует блок

27, можно получить аналогично анализу, приведенному выше. Дросселирующие щели в этом случае должны быть спрофилированы по пропорциональному закону. Все остальные элементы этого варианта регулятора и принцип его работы аналогичны регулятору на фиг. 1.

Использование предлагаемого регулятора обеспечивает уменьшение перерегулирования давления в 2-4 раза, при этом регулятор с высокой точно(тью устойчиво работает при любой жесткости гидролинии регулируемого давления, Формула изобрстения

1. Регулятор давления, содержащий цепь внешней обратной связи, состоящую из последовательно соединенных датчика давления, связанного с нагнетательной гидролинией, элемента сравнения, подключенного вторым входом к выходу задатчика давления, ч гидроусилителя управления подвижным регулирующим органом, цепь внутренней обратной связи, состоящую из последовательно соединенных подвижного регулирующего органа, расположенного в корпусе и образующего с ним дросселирующие щели, соединяющие нагнетательную и сливную гидролинии датчиФ

У ка положения регулирующего органа и блока умножения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения запаса устойчивости и уменьшения перерегулирования регулятора, в нем блок умножения подключен выходом к третьему входу элемента сравнения, вторым входом — к входу зацатчика давления, а в цепь внутренней обратной связи введено нелинейное звено значение выходного сигнала звена; постоянные коэффициенты; координата регулирующего подвижного органа, 1354169

3. Регулятор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что нелинейное звено реализовано блоком с пере5 менным коэффициентом усиления вклюУ ченным между выходом датчика положения регулирующего органа и первым входом блока умножения.

Составитель В. Прямицын

Редактор Н. Бобкова Техред Л.Сердюкова Корректор И. Муска — г

Заказ 5691/41

Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Регулятор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что нелинейное звено реализовано профилировани- ем дросселирующих щелей, причем у со. ответствует суммарной площади дросселирующих щелей.

Щ

Ю