Пневматическое вычислительное устройство

 

Изобретение относится к пневматическим устройствам, предназначенным для преобразования аналоговых сигналов. Цель изобретения - повышение быстродействия. Пневматическое вычислительное устройство содержит первый 1 и второй 2 мембранные элементы сравнения и узел 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, выполненный в виде сумматора 7, сопла которого соединены с каналом питания 23 и с атмосферой, а выход сообщен с выход сообщен с выходом узла 3 и со вторым переключателем 12. Канал 21 опорного сигнала связан непосредственно и через первый вход дроссельного делителя 8 со входами первого переключателя 11, соединенного выходами с плюсовой и минусовой камерами сумматора 7. Канал 22 входного сигнала связан с минусовой камерой сумматора 7 и со вторым переключателем 12. Выход усилителя мощности 5 подключен к выходному каналу 24. Первый проточные камеры первого 1 и второго 2 элементов сравнения соединены с каналом питания 23. Выход повторителя со сдвигом 6 подключен к первой минусовой камере первого элемента сравнения 1, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом задатчика 4 опорного сигнала, а плюсовые камеры - с выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент. При этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения 1 подключено ко второй проточной камере этого элемента сравнения и ко входу усилителя мощности 5. Сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а сопла второго элемента сравнения соединены с минусовойкамерой этого элемента сравнения и со входом повторителя со сдвигом 6, вторая проточная камера второго элемента сравнения соединена с атмосферой. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 06 G 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21 ) 4286490/24-24 (22) 17,07.87 (46) 15.12 ° 89, Бюл. 1Ф 46 (71) Новочеркасский политехнический институт им, Серго Орджоникидзе (72) В.H.Âÿçåíoâ, P,А.Нейдорф и А,В,Шило (53) 621.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 840932, кл. С 06 G 5/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР 9 748186, кл. С 01 И 9/28, 1978, „„80„„1529248 A1

2 (54 ) ПНЕВМАТИЧЕ СКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к пневматическим устройствам, предназначен- ным для преобразования аналоговых сигналов, Цель изобретения — повьпление быстродействия. Пневматическое вычислительное устройство содержит первый 1 и второй 2 мембранные элементы сравнения и узел 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффи1529248

45 циент, выполненный в виде сумматора

7, сопла которого соединены с каналом питания 23 и с атмосферой, а выход сообщен с выходом узла 3 и с вто5 рым переключателем 12. Канал 21 опорного сигнала связан непосредственно и через первый вход дроссельного делителя 8 с входами первого переключателя 11, соединенного выходами с плю- 1р совой и минусовой камерами сумМатора

7, Канал 22 входного сигнала связан с минусовой камерой сумматора 7 и с вторым переключателем 12, Выход усилителя мощности 5 подключен к выход- !5 ному каналу 24 ° Первые проточные камеры первого 1 и второго 2 элементов сравнения соединены с каналом питания 23. Выход повторителя 6 со сдвигом подключен к первой минусовой 2р

Изобретение относится к пневматическим устройствам преобразования 25 аналоговых сигналов, Цель изобретения — повьппение быстродействия вычислительного устройства, Схема пневматического вычислитель ного устройства приведена на чертеже, Пневматическое вычислительное устройство .содержит первый 1 и второй 2

: мембранные элементы сравнения, узел 3 умножения на постоянный настраивае мый коэффициент, задатчик 4 опорного, сигнала усилитель 5 мощности и повФ торитель 6 со сдвигом, Узел 3 умножения на постоянный

,настраиваемый коэффициент содержит мембранный .сумматор 7, дроссельный 4< делитель Я, образованный постоянным

9 и переменным 10 дросселями с проводимостями соответственно с и р и первый 11 и второй 12 переключатели с каналами 13 — 20, Если переключатели 11 и 12 установлены так, что канал 13 соединен с каналом 16, канал 14 с каналом 15, канал 17 с заглушенным каналом 20 и канала 18 с каналом 19, то узел 3 осу-5 ществляет умножение входного сигнала на коэффициент К = 1, g + ф/И7 1, при этом дроссельный делитель 8 находится в обратной связи сумматора 7, Для полччения коэффициента усиле(55 ния K = 4 /(d + p ) переключатели

11 и 12 устанавлинаются так, что канал 13 соединен с каналом 14, канал

15 — с каналом 16, канал 17 — с канакамере первого элемента сравнения 1, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом задатчика 4 опорного сигнала, а плюсовые камеры — с выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, При этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения 1 подключено к второй проточной камере этого элемента сравнения и к входу .усилителя мощности 5. Сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а сопла второго элемента сравнения соединены с минусовой камерой этого элемента сравнения и с входом повторителя 6 со сдвигом, вторая проточная камера второго элемента сравнения соединена с атмосферой, 1 ил. лом 19, канал 18 — с каналом 20, в этом случае дроссельный делитель 8 находится в прямой связи и сумматор

7 выполняет роль повторителя, Канал 21 опорного сигнала соединен с первым входом дроссельного делителя 8. Входной канал 2? устройства сообщен с минусовой камерой сумматора

7 и с входом переключателя 12 °

Первые проточные камеры элементов сравнения 1 и 2 соединены с каналом питания.23, Выход повторителя 6 со сдвигом подключен к первой отрицательной камере элемента сравнения 1, остальные отрицательные камеры которого соединены с выходом задатчика

4 опорного сигнала, а положительные с выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, вход которого соединен с входным каналом

22 устройства, Сопло первой проточной камеры элемента сравнения 1 подключено. к второй проточной камере этого элемента и к входу усилителя 5 мощности, Выход усилителя 5 мощности подключен к выходному каналу 24 устройства, Сопло второй проточной камеры элемента сравнения 1 соединено с атмосферой, Соплй первой и второй проточных камер элемента 2 сравнения соединены с входом первой отрицательной камеры этого элемента v с входом повторителя 6 со сдвигом, Вторая проточная камера и остальные глухие камеры второго элемента сравнения соединены с . атмосферой, 1529248 (2) 45

50 (6).

РЗ (3) Пневматическое вычислительное уст= ройство работает следующим образом.

На вход устройства поступает сигнал Р „, узел 3 умножения на постоян ный настраиваемый коэффициент осуществляет преобразование этого сигнала по формуле

Р=К,(Є— Р)+Р,,(1) где Ри — давление в канале 21 (условный нуль ) ° P н = О, 02 МПа;

Р, — давление на выходе схемы умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, MIIa

К 1 — коэффициент усиления.

Полученный сигнал P с выхода узла

3, а также сигналы Р с выхода задатчика 4 опорного сигнала и РЗ с выхода повторителя 6 со cpBHFoM постубают на входы соответствующих глухих камер элемента 1 сравнения, Кроме то го, в первую проточную камеру этого элемента поступает давление питания, Р а во вторую — давление выхода

А (P, В таком режиме работы усиление на штоке, развиваемое действием давлений P и Р„на мембраны, компенсируется усилием, развиваемым действием на мембраны давлений Р, Р> и Р,1.

В этом случае условие равновесия сил на мембранном блоке элемента сравнения 1 можно записать следующим образом:

+ P3(F1 — 1) + Р Г1, где Г и F — эффективные площади

1 1 малых и больших мембран элемента сравнения 1; п — общее число глухих камер этого элемента (при этом n+1 будет соответствовать числу мембраны).

Из (2) найдем давление на выходе элемента сравнения 1

n п

Р— Р + К (—

1" 1 где К = ---- — — — — коэффициент усиZ ления, зависящий от геометри5 ческих размеров

1 мембран, Из последнего выражения следует, что давление Р непосредственно зависит от давления питания Р„, Поэтому нестабильность давления питания

Р приводит к появлению ошибки на выходе элемента сравнения 1, Так как давление Р„ на выходе узла 3 и Р на-выходе задатчика 4 опорного сигнала не зависят от колебаний давления питания Р„, то компенсировать данную погрешность можно только sa счет давления Р, С этой целью рассмотрим

20 работу цепочки элемент сравнения ?— повторитель 6 со сдвигом.

Давление питания Р„, поступающее в первую проточную камеру элемента сравнения 2, преобразуется в усилие на штоке жестким центром малой мембраны и перемещает мембранный блок, При этом происходит увеличение давления P- на выходе этого элемента,которое поступает в одну из отрицательных камер, В результате суммарного действия этих сил и вызванного действием результирующей силы перемещения мембранный блок устанавливается в некоторое положение равновесия,которое описывается следующим выражением:

Р„Г,+Р,. Г, -Р, Г,= О, (4)

Решая (4) относительно Р, найдем

40 2

К3 Рпв J F f n где f q u F < — эффективные площади малых и больших мембран элемента сравнения 2;

К 3 — коэффициент усиления, зависящий от геометрических размеров мембран, Далее сигнал P с выхода элемента сравнения 2 поступает на вход повторителя 6 со сдвигом, который реализует зависимость где Р— давление сдвига, Из формулы (6) с учетом (5) получим

1529248 (7) Рэ 3 (7) в (3):

1 (8) ми

Р (10) 45

Р = Рн °

ТоГда из (10)

К 2 1

О c ц К °

Гледовательно, давление Р> на выходе повторителя 6 со сдвигом связано однозначной зависимостью с давлением, пи(гания Р„. Для вывода окончательного уравнени, описывающего функцию, которую ре лизует пневматическое вычислите ьное устройство, подставим (1) и

Юбках 1 4 P„(1 K .K ) +

2 2 ц н) 1 -" P — (†" -l)P -P 1.

7 2 2 *

Подобрав элементы сравнения 1 и 2 оответственно равными эффективныплощадями мембран f. = и

У, получим К К з = 1, Выраие (8) можно упростить:

+ к (— —, — (->- — \}Р,-Р ).(9) Из выражения (9) следует, что погреяность, вносимая давлением питания

Р„исключается путем коррекции со ст роны элемента сравнения 2 °

Постоянная составляющая выходного сигнала определяется соотношением г„= к, (— "- P„- (— l)P, Величину опорного давления Р, удобно принять равной условному нулюс получим величину сдвиОкончательное выражение, описыва1ощее функцию, которую реализует пневматическое вычислительное устройстВо, имеет вид

/О

Рвых = К (Р вх Рн) + Рц п где К = К К . — — — общий коэф2 фициент усиления пневматического вычислительного устройства.

Формула изобретения

Пневматическое вычислительное устройство, содержащее первый и второй мембранные элементы сравнения и узел умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, состоящий из дроссельного делителя, переключателей и мембранного сумматора, сопла которого соединены с каналом питания и с атмосферой, а выход сообщен с выходом узла, канал опорного сигнала связан непосредственно и через первый вход дроссельного делителя с входами первоro переключателя, соединенного своими выходами с плюсовой и минусовой камерами мембранного сумматора и первым входом второго переключателя, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а вход — с вторым входом дроссельного делителя и выходом узла умножейия на постоянный коэффициент, задатчик опорного сигнала и усилитель мощности, выход которого подключен к выходному каналу, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия,оно снабжено повторителем со сдвигом,причем первые проточные камеры первого и второго элементов сравнения соединены с каналом питания, выход повторителя со сдвигом подключен к первой минусовой камере первого элемента сравнения, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом задатчика опорного сигнала, а плюсовые камеры — с выходом узла умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, при этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения подключено к второй проточной камере этого элемента сравнения и к входу усилителя мощности, сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а сопла второго элемента сравнения соединены с минусовой камерой этого элемента сравнения и с входом повторителя со сдвигом, а вторая проточная камера второго элемента сравнения соединена с атмосферой.