Регулятор с релейной характеристикой

 

Изобретение относится к теплоэнергетической и химической технике и может найти применение при регулировании диаметра кабеля. Целью изобретения является повышение точности регулятора. Регулятор содержит йвдикатор 1 экстремумов, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор 4, блоки 5 И 6 вьщеления модуля, компаратор 7, ключи 8-10, усилители 11 и 12, элементы запоминания максимума 13 и минимума 14, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость 18, элементы сравнения 19,27,22,23, 25 и дроссели 20,21,26,24, Регулятор работает как дискретно-непрерьшный. При этом процесс регулирования разбивается на два этапа: на первом, когда XQ/ Xj X Ml О, осуществляется релейное управление,и величина управляющего воздействия пропорциональна (Xjj- Xj), на втором этапе, когда Ml 0, осуществляется непрерывное управление до момента времени прохождения регулируемой переменной X экстремального значения. 3 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 05 В 11 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

:В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 631864 (21) 41 68152/24 (22) 29,12,86 (46) 23.10.88. Бюл. В 39 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбышева (72) В.Е.Вохрьппев (53) 621.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 631864 . кл. С 05 В 1 1/1 6, 1 976 . (54) РЕГУЛЯТОР С РЕЛЕЙНОЙ ХАРАКТЕРНСТИКОЙ (57) Изобретение относится к теплоэнергетической и химической технике и может найти применение при регулировании диаметра кабеля. Целью изобретения является повышение точности регулятора. Регулятор содержит индикатор 1 экстремумов, нуль-орган

SU 1432456 А 2

2, релейный блок 3, сумматор 4, блоки 5 и 6 выделения модуля, компаратор 7, ключи 8-10, усилители 11 и 12, элементы запоминания максимума 13 и минимума 14, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость

18, элементы сравнения 19,27,22,23, 25 и дроссели 20,21,26,24, Регулятор работает как дискретно-непрерывный.

При этом процесс регулирования разI бивается на два этапа: на первом, когда Х ф Х ф Х Ml 7 О, осуществляется релейное управление и величина управляющего воздействия пропорциональна (Хо- Х -), на втором этапе, когда

Ml 0, осуществляется непрерывное управление до момента времени прохождения регулируемой переменной Х экстремального значения. 3 ил, 1432456

Bl signM если Nl ) О, В2, если Nl < 0, 40 к! х,— х, ), !Г=х. + (x,-х, ) -х, Kl (X — Х), = Kl (Õ вЂ” Х) + К2 (Х -Х)1 ) о — x,)- !х

45 сигнал задания; текущее значение регулируемой переменной; экстремальное значение регулируемой переменной; где Bl

В2 (либо В2 где Nl

Х о

Х

К, Kl

К2, g — постоянные коэффициенты, Известный регулятор является релейным регулятором с отрицательным гистерезисам, т.е. его переключения происходят с опережением по отноше" нию к сигналу задания или с "недоходом" регулируемой переменной да

Изобретение относится к теплоэнергетической и химической технике, может найти широкое применение при регулировании диаметра кабеля и являет- 5 ся усовершенствованием регулятора по авт. св. 9 631864.

Цель изобретения — повышение точности регулятора.

На фиг. 1 показана структурная схема регулятора; на фиг. 2 — эпюры сигналов, поясняющих работу регулятора; на фиг. 3 — принципиальная схема регулятора.

Регулятор содержит индикатор I !5 экстремумов, нуль-орган 2, релейный

) блок 3, сумматор 4, первый 5 и вто)

) рой 6 блоки выделения модуля, компаратор 7,.первый 8, второй 9 и третий

10 ключи, первый 11 и второй !2 уси- 20 лители, элемент 13 запоминания максимума, элемент 14 запоминания минимума, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость 18, элемент

19 сравнения, дроссели 20 и 21, эле- 25 менты 22 и 23 сравнения, дроссель 24, элемент 25 сравнения, дроссель 26, элемент 27 сравнения, первый 28 и второй 29 входы и выход 30 регулято. ра, точки 31 — 41 на эпюрах сигна- 30

I лов.

На фиг. 2 приняты обозначения:

Х, — сигнал задания; Х вЂ” текущее значение регулируемой переменной;

Y — ; P сигналы смещения, В регуляторе реализуется алгоритм задания. Поэтому, хотя в нем и отсутствуют датчики производных, в. системе регулирования, содержащей такой регулятор, достигается эффект, подобный тому, как если бы такие датчики в системе были, В предлагаемом регуляторе это свойство сохраняется, На дополнительно в нем обеспечивается автоматическое изменение величины "полки" реле, т.е, величина его выходного сигнала меняется пропорционально разности сигнала задания и экстремального значения регулируемой переменной.

Релейное управление позволяет реализовать предельно возможные по показателям качества характеристики процесса регулирования, естественно, с учетом ограничений на допустимые отклонения регулируемой nзременнай и амплитуды управляющего воздействия. В результате в системе с данным регулятором уменьшается величина динамической ошибки по сравнению с

CHCTeMGMH, oo ep s H H nHH HHbi pe гулятар. В связи с тем, что величина релейного управляющего воздействия есть величина переменная (уменьшается с уменьшением максимального по модулю отклонения регулируемой координаты от задания), то это приводит к устранению автаколебаний в системе, Кроме того, введение в релейный регулятор корректирующего блока с пропорциональной (или Г!И, ПИД и т.д.) характеристикой обеспечивает необходимую точность регулятора в статическом режиме работы, а также работоспособность регулятора в условиях действия возмущений.

Сущность работы алгоритма поясняется фиг. 2, на которой показаны возможные изменения сигнала задания

Х, и регулируемой переменной Х и со— ответствующие им изменения выхаднаго Y регулятора. Тогда на участке до точки 31 выходной сигнал Y равен Y =- К(Х,— Х „) = KX,, так как

X = X(0) = О. Положение тачки 31 определяется настройкой коэффициента

1 в точке 31 1"! = (1 — ) )Х,— Х - "О.

На участке ат точки 31 да точки 32

Y = — КХ, так как M 1 О. На участке ат тачки 32 до точки 33 У. = -К )Х вЂ” Х „„,), а на участке ат тачки 33 да тачки 34

Y = +К.) Х - Х„, „с и т,д, Л на участках ат тачки 39 да точки 40 и ат тачки 40 да точки 4! Y = К! (Х,— X), так

1432456 как на этих участках Nl = ((Х„- Х l—

)Х вЂ” XII;4 О, Таким образом, регулятор работает как дискретно-непрерывный. При этом процесс регулирования разбивается на

5 ,цва этапа: на первом, когда Х„ Х„ф X и Ml 2 О, осуществляется релейное уггравление, и величина управляющего воздействия пропорциональна )Х вЂ” Х ); 1О на втором этапе, когда Ml О, осуществляется непрерывное управление до момента времени прохождения регулируемой переменной Х экстремального значения. 15

На фиг. 1 и 3 приведен пример конкретного выполнения регулятора на пневматических элементах УСЭППА.

Нуль-орган 2 (фиг. )) осуществляет сравнение двух сигналов. На его прямой вход посту; ает сигнал (1 — ")Xo+

+ y Х „ a на инверсный — регулируемая переменная Х, Первый сигнал формирует сумматор 4, на первый вход которого подается сигнал Х, à íà 25 второй — экстремальное значение регулируемой переменной Х>. Релейный блок 3 осуществляет комяутацию двух сигналов Х, и Х „ на свой выход

Ма1С М11 и по сигналу с выхода индикатора 1 эк- 30 стремумов, Первый 8 и второй 9 ключи осуществляют коммутацию своего входного сигнала на свой выход таким образом, что при наличии единичного управляющего сигнала с выхода нульоргана 2 первый ключ 8 открыт, второй

35 ключ 9 закрыт, а при его отсутствии первый ключ 8 закрыт, второй ключ 9 открыт. Третий ключ 10 работает по аналогии с релейным блоком 3, пропус-4 кая на свой выход либо сигнал с выхода усилителя 11, либо. с выхода корректирующего блока 12 по сигналу с выхода компаратора 7, Последний осуществляет сравнение двух сигналов и формирует на своем выходе сигнал 1 или 0 в зависимости от pett 1l 11 l t зультата сравнения. Индикатор 1 экстремумов осуществляет запоминание на первом и втором выходах либо сигнала Х„,„, либо сигнала Х„ „ и формирование на своем третьем вь1ходе дискретного сигнала "0" или ")". При этом, если появляется сигнал Х „„„, он запоминается. При этом дискретный сигнал равен "1", а на втором релейном выходе действует текущее значение регулируемой переменной Х. Ес 1и сигнал Х = Х,„„ то этот сигнал запоминается ла втором выходе индикатора 1 экстремумов, при этом дискретный сигнал равен "0", à »а первом выходе сигнал становится равным текущему значению регулируемой переменно" X.

На фиг. 3 в развернутом виде показан индикатор 1 экстремумов, блоки

5 и б выде."ения модулей. Индикатор 1 экстремумов содержит элемент )3 запоминания максимума, элемент 14 запоминания минимума, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость 18 и элемент 19 сравнения, При достижении регулируемой переменной

Х значения Х „,„„, (или X„,„ ) элемент

19 сравнения срабатывает, переключая реле 17. Это приводит одновременно к запоминанию сигнала Х „,, в элементе 13 запоминания максимума (если до этого сигнал X - =Х „„) и коммутации сигнала Х „„ в отрицательную камеру элемента 19 сравнения, или, наоборот, запоминанию сигнала Х„,„„ в элементе 14 запоминания минимума (если до этого сигнал Х =. Х „„, ) и коммутации сигнала Х „,„ в отрицательную камеру элемента 1 9 сравнения, Блоки

5 и 6 выделения модуля разности двух сигналов содержат дроссели 24 и

26 и элементы 25 и 27 сравнения.

В качестве корректирующего блока

l2 используется усилитель разности двух сигналов, образованный дросселем 21 и элементом 23 сравнения.

В усилитель 11 и в корректирующий блок 12 введены сигналы смещения Р, поскольку в,рневмоавтоматике нет отрицательных сигналов.

Работу регулятора рассмотрим в предположении, что регулируемая переменная X .меняется так, как пока- зано на фиг. 2.

При включении регулятора в работу на выходе элемента 19 сравнения формируется сигнал "1", так как регулируемая переменная Х, заведенная в

1 положительную камеру элемента ) 9 сравнения, больще сигнала в отрицательной камере этого элемента. Выходной сигнал элемента 19 сравнения закрывает нижний контакт реле 17 и открывает его верхний контакт, что приводит к запоминанию сигнала на выходе усилителя-повторителя 16.

Этот сигнал через открытый нижний контакт релейного блока 3 проходит на вход сумматора 4, на выходе которого устанавливается сигнал (1-) )Х .

1432456

Этот сигнал поступает на инверсный вход нуль-органа 2, на выходе которого формируется сигнал "1", Выходной сигнал нупь-органа 2 пе5 реключает первый 8 и второй 9 ключи так, что на прямой вход усилителя

11 проходит сигнал Х вЂ” Х,1 с выхода элемента 6 выделения модуля. Выходной сигнал усилителя 11 через тре- 10 тий ключ 10 проходит на выход регулятора 30. Второй информационный вход ключа 10 коммутируется с его выходом, так как выходной сигнал компаратора 7 равен "0", поскольку выходной сигнал второго блока 6 выделения модуля, равный IXо- Х;I, больше выходного сигнала первого блока 5 выделения модуля. Если это не так, выходной сигнал компаратора

7 переключает третий ключ 10 и на выход регулятора 30 проходит сигнал с выхода усилителя 12 ° .

В точке 31 (фиг. 2) срабатывает нуль-орган 2, так как сигнал на вы- 25 ходе сумматора 4 становится равным регулируемой переменной Х, Это приводит к переключению первого 8 и второго 9. ключей и.подаче выходного сигнала второго блока 6 выделения Э0 модуля на инверсный вход усилителя

11. В точке 32 (фиг. 2) изменяется выходной сигнал второго блока 6 выделения модуля, что приводит к изменению уровня выходного сигнала регу35 ,пятора. В точке 33 вновь срабатывает нуль-орган 2, и цикл работы регулятора повторяется. В точке 36 (фиг, 2) выходной сигнал первого блока 5 выделения модуля становится больше вы40 ходного сигнала второго блока 6 выделения модуля. На выходе компаратора 7 появляется сигнал "1", переключающий третий ключ 10, и к выходу регулятора 30 подключается выход ксрректиру45 ющего блока 12. Далее цикл повторяется, начиная с точки 37 (фиг. 2) .

Коэффициент I(усилителя 11 выбирают так, чтобы величина управляющего воздействия при максимальном из об50 ласти допустимых отклонений I Х вЂ”

-X, I ÄÄÄÄ, равнялась своему предельно допустимому значению (в реальной системе всегда имеет местс ограничение на величину управляющего воздействия), Ксэффггцие IT "p выбирагот так, чтобы ! при максимальном из области допустимых отклонений переменной ст эадания экс,тремум переменной появлялся в окрестности задания.

Предельные возможности предлагаемого регулятора по уменьшению динамической ошибки реализуются в системе с линейным объектом второго порядка при его переводе из заданного стабилизированного состояния в предписанное стабилизированное конечное состояние. В этом случае время регулирования t = Т, где Т вЂ” минимально возможное время регулирования при максимальном, из области дспустимьгх, отклонении регулируемой координаты от сигнала задани.. Х с учетом ограничения на управление.

Предлагаемый регулятор в системах с объектом высокого порядка является "грубым" как к пар метрическим, так и сигнальным возмущениям. Это свойство обеспечивается о-.гтсматическим изменением зоны гистерезиса и величины унравляющегci воздействия.

На протяжении всего управления регулятор работает как релейный.

Выход корректиоующего блока 12 подключается к выходу регулятора 30 лишь в конце управления, когда Х = — Х = X>, либо когда движение начинается из точки Х = Х = Х . Выбор типа корректирующего блока 12 (П-или ПИблок } обусловлен типом объекта (если объект статический — корректирующий блок 12 имеет ПИ-харак"г ристику, если астатический — корректирующий блок 12 — П-характеристику) и связан с ликвидацией статической ошибки при действии воэмушений как со стороны задания„ так и со стороны нагрузки.

Использование предлагаемого регулятора взамен стандартных типовых пропорциональных и ПИ-регуляторов позволит получить = êoêoìè÷еский эффект в народном хозяйстве за счет увеличения точности регулирования, Формула изобретения

Регулятор с релейной характеристикой по авт. св. М 631864, с т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в нем дополнительно установлены первый и в:г арой блоки выделения модуля, усилитель, корректирующий блок и первый, второй, и третий ключи, причем вьгхсд нульоргана подключен к выходу регулятсра корректирующего блока и первого и второго блоков выцеления модуля, выход релейного блока соединен с ин5 версным входом второго блока выделения модуля, выходом подключенного к информационным входам первого и второго ключей и к опорному входу компаратора, информационным входом ð подключенного к выходу первого блока выделения модуля, а выходом — к управляющему входу третьего ключа, вторым информационным входом соединенного с выходом корректирующего бло15 ка °

7 I 432ч 56 через переход "Управляющий вход выход первого ключа, инверсный вход— выход первого усилителя и первый информационный вход — выход третьего ключа" и через переход "Управляющий вход — выход второго ключа, прямой вход — выход второго ключа, прямой вход — выход первого усилителя и первый информационный вход — выход третьего ключа", первый вход регулятора соединен с инверсными входами корректирующе,"о блока и первого блок» выделения модуля, второй вход регулятора подключен к прямым входам

1432456

Составитель Г. Нефедова

Техред Л.Сердюкова Корректор В, Романенко

Редактор А. Козориз

Тираж 866 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5438!39

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