Позиционный регулятор для систем с запаздыванием

 

Изобретение относится к области химической и теплоэнергетической техники и может быть использовано при регулировании температуры конечного продукта в различного рода смесителях . Целью изобретения является повышение точности регулятора, которое достигается за счет введения в регулятор двух реле времени, выполненных на счетчиках импульсов, которые обеспечивают в регуляторе автоколебательный установившийся режим за счет формирования корректирующих воздействий , не зависящих от динамических характеристик системы управления. Формирование корректирующих воздействий начинается сразу после первой полуволны колебательного переходного процесса. 3 ип. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (5и4 G 05 В 11 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4090671/24-24 (22) 02.06.86 (46) 15.08.88. Бюл. 9 30 (72) А.Г. Банников и В.В. Макаров (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1283711, кл. G 05 В 11/26, 1985.

Авторское свидетельство СССР

0 1105859, кл. G 05 В 11/26, 1982. .Авторское свидетельство СССР

У 1259208, кп. G 05 В 11/18, 1984. (54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ (57) Изобретение относится к области химической и теплоэнергетической техники и может бьггь использовано при регулировании температуры конечного продукта в различного рода смесителях. Целью изобретения является повышение точности регулятора, которое достигается за счет введения в регулятор двух реле времени, выполненных на счетчиках импульсов, которые обеспечивают в регуляторе автоколебательный установившийся режим за счет формирования корректирующих воздействий, не зависящих от динамических характеристик системы управления.

Формирование корректирующих воздействий начинается сразу после первой полуволны колебательного переходного процесса. 3 ил.

1416934

Изобретение относится к химической и теплоэнергетической технике и может быть использовано при регулировании температуры конечного продукта в различного рода системах.

Целью изобретения является повышение точности регулятора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема регулятора; на фиг. 2 и 3 — 10 эпюры сигналов, иллюстрирующие работу регулятора.

Устройство содержит эадатчик 1, блок 2 сравнения, релейный блок 3, первый и второй формирователи 4, 5 15 импульсов, второй и первый RS-триггеры 6 7, первый и второй генераторы

8, 9 импульсов, первый и второй счетчики 10, 11 импульсов, первый и второй элементы И 12, 13, первый - тре- 20 тий элементы ИЛИ 14 — 16, первый и второй усилители 17, 18 мощности, исполнительный механизм 19, конденсатор 20, обмотки 2 1, 22 управления исполнительного механизма 19, якорь 23 25 исполнительного механизма 19, датчик

24, первый и второй входы ".Питание"

25, 26 регулятора.

На фиг. 2 и 3 обозначены: U — напряжение питания; U;- выходной сигнал. 30

z-го блока регулятора, t, и — выдержки времени.

В качестве формирователей импульсов могут быть использованы одновибраторы. Триггеры, элементы И, ИЛИ, а также одновибраторы, генераторы импульсов и счетчики импульсов могут быть реализованы на интегральных микросхемах, специально предназначенных для выполнения функций укаэанных эле- 0 ментов.

Регулятор работает следующим образом.

Формирователи 4, 5 импульсов настроены на срабатывание соответственно 45 по заднему и переднему фронту. Подключение напряжения питания 9 к первой обмотке 21 управления механизма

19 обеспечивает увеличение регулируемого параметра (фиг. 2). На вход регулятора поступает сигнал U с выхода датчика 24. Этот сигнал поступает на первый вход блока 2 сравнения, на второй вход которого поступает выходной сигнал задатчика 1. Сигнал рас-55 согласования U, равный разности меж" ду заданным U, и текущим Uz значениями регулируемого параметра, поступает на вход релейного блока 3. В зависимости от знака сигнала рассогласования U на выходах позиционного блока 3 всегда присутствует сигнал

U> положительного ypoa a (rmH U з левого уровня).

Дальнейшую работу регулятора рассмотрим на примере, когда объект управления можно характеризовать безынерционным усилительным звеном. Такой пример соответствует системам регулирования температуры на основе смещения двух теплоносителей с различной температурой, различным системам регулирования расхода и т.д. Предположим, что в начальный момент отработки управляющего или возмущающего воздействия значение регулируемого параметра ниже заданного значения. В этом случае на выходе позиционного блока 3 формируется кусочно-постоянный сигнал положительной полярности. Б момент формирования сигнала U положительной полярности по переднему фронту запускается формирователь 5 импульсов и на

его выходе появляется импульс, который обнуляет счетчики 10, 11 импульсов .и переводит RS-триггер 6 в нулевое состояние à RS-триггер 7 в едиЭ ( яичное состояние. Сигнал U с прямого выхода RS-триггера 7 замыкает усилитель 17 мощности, а сигнал Uz с инверсного выхода размыкает усилитель

18 мощности. В результате напряжение питания U поступает на первую обмотку 21 управления исполнительного механизма 19 и начинается его перемещение в противоположном направлении, обеспечивающее увеличение регулируе" мого параметра,на выходе объекта.

При наличии в системе запаздывания информация,об этом на вход регулятора поступает с задержкой, равной времени запаздывания. На фиг. 2 пунктирной линией изображен процесс изменения параметра на выходе объекта, а сплошной — на входе регулятора в предположении, что запаздывание включено между выходом объекта и входом регулятора. В момент времени, когда значение сигнала U становится равным значению сигнала U (точка А, на фиг. 2), происходит изменение состояния позиционного блока 3. Значение сигнала U становится равным нулю, и по заднему фронту запускается формирователь 4 импульсов. Сигнал с выхода формирователя 4 импульсов переводит RS-триггер 6 в единичное сос3

14169 тояние, а RS-триггер 7 — в нулевое— состояние. Сигналы 1. и U с выходов ,< г I

RS-триггера 7 замыкают усилитель 18 мощности и размыкают усилитель 17 мощности, осуществляя переключение пита«.5 ющего напряжения на вторую обмотку

22 управления исполнительного механизма 19. Одновременно сигналы с прямого выхода RS-триггера 6 и с инверс- 1 ного выхода RS-.òðèããåðà ? разрешают прохождение импульсов с выхода генератора 8 импульсов через третий вход элемента И 12 на информационный вход счетчика 10 импульсов. По истечении времени t происходит переполнение счетчика 10 импульсов и на его выходе вь1рабатывается импульс, который переводит RS-триггер 7 в единичное состояние, осуществляя тем самым переключение питающего напряжения U иа первую обмотку 21 управления исполнительного механизма 19. Одновременно сигналы с прямых выходов RSypvrrepoa 5 и 7 разрешают прохождение импульсов с выхода генератора 9 импульсов через третий вход элемента И 13 на информационный вход счетчика 11 импульсов, а сигнал с инверсного выхода RS-триггера 7 запрещает прохождение импульсов с выхода генератора 8 импульсов на информационный вход счетчика 10 импульсов. По истечении времени, равного времени заполнения емкости счетчика импульсов

11 импульсами с выхода генератора 9 импульсов, на выходе счетчика 11 импульсов вырабатывается импульс, который через. вторые входы элементов ИЛИ

14 <15 переводит RS-триггеры 6 и 7 в

40 нулевое состояние, тем самым запрещая дальнейший счет импульсов счетчиками

10, 11 импульсов и переключая напряжение питания вновь на вторую обмотку 22 управления исполнительного механизма 19, чем обеспечивает снижение

45 регулируемого параметра. Снижение регулируемого параметра происходит до момента времени, когда вновь произойдет изменение состояния позиционного элемента 3 (точка А на фиг. 2), пос- 5О ле чего в регуляторе устанавливается автоколебательный процесс.

Обеспечение наибольшей точности регулирования в установившемся режиме 55 достигается настройкой регулятора следующим образом.

Выдержки времени t и $, по истечении которых происходит переполнение

34

4 счетчиков 10, 11 импульсов, выоираются такими, чтобы изменение регулиру". емого параметра в интервал времени между выработкой импульсов счетчиками 10, 11 импульсов (началом и концом корректирующего воздействия) и в интервал времени между выработкой импульса счетчиком 11 импульсов (конец корректирующего воздействия) и последующим срабатыванием позиционного блока 3 происходило симметрично относительно заданного значения и на одинаковые значения амплитуд. Осуществление корректирующего воздействия при обеспечении указанных условий соответствует тому, что сигналы на входе регулятора с запаздыванием <-, повторяя изменение регулируемого параметра во время корректирующего воздействия, осуществляют выработку управляющих воздействий, которые, в свою очередь, изменяют регулируемый параметр, как и при корректирующем воздействии, на равные значения амплитуд и симметрично относительно заданного значения. B дальнейшем процесс повторяется и в регуляторе устанавливается автоколебательный процесс с параметрами корректирующего воздействия (точки А и А на фиг. 2), соответствующими пятикратному снижению амплитуды отклонения регулируемого параметра от заданного значения, т.е. пятикратному увеличению динамической точности при абсолютно статической точности. Следует отметить, что дальнейшая работа регулятора происходит без корректирующих воздействий. т,е. без сигналов управления, вырабатываемых регулятором в интервалы времени между срабатываниями позиционного бло ка 3. Это происходит потому, что при установившемся автоколебательном процессе интервал времени между срабатываниями позиционного блока 3 становится меньше времени to, необходимого на заполнение счетчика 10 импульсов и выработки импульса на начало корректирующего воздействия.

Если в результате возмущающего воздействия или при изменении заданного значения (уставки) процесс выйдет иэ установившегося состояния (на фиг.2 пунктиром показан перенос осей координат при изменении заданного значения U < в момент времени, соответствующий точке Аэ}, то новое корректирующее воздействие установит в регу34

5 f 4169 ляторе аналогичный установившийся автоколебательный процесс.

Работа регулятора в другом режиме происходит аналогичным образом. Однако настройка схемы произведена таким образом, что срабатывание формирователей 4, 5 импульсов осуществляется соответственно по переднему и заднему фронту, а подключение питания U к первой обмотке 21 управления исполнительного механизма 19 обеспечивает снижение регулируемого параметра (фиг. 3). В связи с этим отсчет времени на начало корректирующего воздей 15 ствия происходит при смене знака сигнала рассогласования с отрицательного на положительный (точка А7 на фиг.3).

Процесс регулирования при отработке задающего воздействия из положения, когда значение регулируемого параметра меньше заданного значения и при настройке регулятора в соответствии с фиг, 3 происходит аналогично, с тем Отличием, что в начальный период 25 несколько увеличивается время регулирования из-за наличия других начальных условий. В этом случае переходный процесс имеет вид, представленный на фиг. 3, а установившийся автоколебательный процесс характеризуется теми же параметрами (точки

А, и A ). Наличие начальных условий, увеличивающих время регулирования в начальный период, характерно и для

35 регулятора, настроенного в соответствии с фиг. 2, в случае отработки задающего воздействия из положения, при котором значение регулируемого параметра больше, чем заданное значе- 4> ние. Выбор вариантов настройки регулятора (в соответствии с фиг. 2 или

3) не имеет решающего значения, т.к. эффект от использования регулятора абсолютно идентичен для обоих вариан-, тов настройки.

Указанные отличительные особенности позволяют в пять раз повысить динамическую точность и практически обеспечить абсолютную статическую точ50 ность по сравнению с известными техническими решениями.

Формула изобретения

Позиционный регулятор для систем с запаздыванием, содержащий первый, второй и третий элементы ИЛИ, первый формирователь импульсов, первый RGтриггер, соединенный инверсным и прямым выходами с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй ключевые усилители мощности, подключенные информационными входами к первому входу

"Питание" регулятора, а выходами— соответственно к первому и второму входам исполнительного механизма, подключенного третьим входом к второму входу "Питание" регулятора, датчик и задатчик, соединенные выходами с соответствующими входами блока сравнения, подключенного выходом к входу релейного блока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительно установлены первый и второй генераторы импульсов, второй RS-триггер, первый и второй счетчики импульсов и второй формирователь импульсов, соединенный входом с выходом релейного блока и с входом второго формирователя импульсов, а выходом — с первым входом третьего элемента ИЛИ, с обнуляющими входами первого и второго счетчиков импульсов и с первым входом первого элемента ИЛИ, подключенного вторым входом к выходу второго счетчика импульсов и к первому входу второго элемента ИЛИ, а выходом — к R âõîäó второго RS-триггера, соединенного

S-входом с выходом первого формирователя импульсов и с вторым входом второго элемента ИЛИ, а прямым выходом с вторым выходом второго элемента И и с вторым входом первого элемента И, подключенного третьим входом к выходу первого генератора импульсов, а выходом — к информационному входу первого счетчика импульсов, соединенного выходом с вторым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом к

S-входу второго RS-триггера, соединенного R-входом с выходом второго элемента ИЛИ, а прямым и инверсным выходами с управляющими входами соответственно первого и второго ключевых усилителей мощности, третий вход второго элемента И подключен к выходу второго генератора импульсов, а выход— к информационному входу второго счетчика импульсов.

1416934

1416934

Составитель Г. Нефедова

Техред А.Кравчук .

Корректор A. Тяско

Редактор М. Циткина

Подписное

Тираж 866

ВНИИПИ Государственного комитета СССР па делам изобретений и открытий

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

Заказ 4063/44

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