Устройство для регулирования уровня воды на участке оросительного канала

 

Изобретение относится к автоматизации управления водораспределением на оросительных каналах мелиоративных систем. Цель изобретения - повышение надежности и быстродействия регулирования уровня воды на участке оросительного канала. Устройство для регулирования уровня воды на участке канала содержит затворы 1 в начале и конце участка, датчик 2 уровня воды конца участка, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения. Исполнительный блок 15 связан с затвором 1 в начале участка. Устройство содержит также последовательно соединенные пороговый элемент 4, блок задержки 5, первый формирователь импульсов 6, ключ 7, запоминающее устройство 9, блок 11 деления, второй формирователь импульсов 12, широтно-импульсный регулятор 13. Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 14 синхронизации, а основные вычисления для поддержания постоянным коэффициента усиления К<SB POS="POST">с</SB> системы объект - регулятор - вычислительным блоком 8. Последний вычисляет коэффициент усиления участка канала К<SB POS="POST">о</SB> для расчета требуемого коэффициента усиления регулятора К<SB POS="POST">р</SB> в блок 11 деления. Определение требуемого коэффициента усиления регулятора К<SB POS="POST">р</SB> осуществляется по формуле К<SB POS="POST">р</SB>=К<SB POS="POST">с</SB>/К<SB POS="POST">о</SB>, где К<SB POS="POST">с</SB> - заданный блоком 10 задания коэффициент усиления системы объект (участок канала) - регулятор (устройство управления). Применение устройства позволяет значительно уменьшить непроизводительные сбросы оросительной воды и подмывание дамб каналов. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ФНЮИИЮ

РЕСПУБЛИК ав (И1: (И)5 Е 02 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

П0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 0 ВСКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ ССОР

1 (21) 4304268/30-15 (22) 21.07.87 (46) 07.06,90.. Бюл. У 21 (71) Одесский политехнический институт (72) Рауль Ривас Перес (Cu)

lI H. Ковалент ii E.Ë. Ïè÷óãèí (SU) и Као Тиен Гуинь (VN) (53) 631.347. 1 (038.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1418407, кл. Е 02 В 13/00, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ.РЕГУЛИРОВАНИЯ

УРОВНЯ ВОДЫ НА УЧАСТКЕ ОРОСИТЕЛЬНОГО

КАНАЛА (57) Изобретение относится к авто,матизации управления водораспределением на оросительных каналах мелиоративных систем., Цель изобретенияповышение надежности и быстродействия регулирования уровня воды на участке оросительного канала. Устройство для регулирования воды -на участке канала содержит затворы 1 в начале и конце участка, датчик 2 уровня воды конца участка, выход которого соединен с первым входом эле,мента сравнения. Исполнительный

2 блок 15 связан с затвором 1 в начале участка. Устройство содержит также последовательно соединенные пороговый элемент 4, блок задержки 5, первый формирователь импульсов 6, ключ 7, запоминающее устройство 9, блок 11 деления, второй формирователь импульсов 12, широтно-импульс-ный регулятор 13. Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 14 синхронизации, а основные вычисления для поддержания постоянным коэффициента усиления Кс системы объект — ругулятор вычислительным блоком 8. Последний вычисляет коэффициент усиления участка канала К для расчета требуемого коэффициента ре.гулятора К в блок 11 деления. Определение требуемого коэффициентаусилиния регулятора Кр осуществляется по формуле К = K>/К0, где K — заданный блоком 10 задания коэффициент усиления системы объект (участок канала) — регулятор (устройство управления). Применение устройства позволяет значительно уменьшить непроизводительные сбросы оросительной воды.и подмывание дамб каналов. S ил. е

9383 жимах работы участка канала коэффициент передачи системы (К-), равный произведению коэффициента усиления объекта (Ко) на.коэффициент усиления регулятора (К ), должен оставаться постоянным

Ко = К„К = collst..- (1)

Коэффициент усиления объекта представляет собой отношение выходной величины объекта к входной в установившемся состоянии

156

Изобретение относится к автоматическому управлению водораспределением на сельскохозяйственных оросительных .каналах, в частности к автоматизации водозабора и вододеления в мелиорации.

Цель изобретения — повышение надежности и быстродействия регулирова, ния, уровня воды на участке ороситель ного канала

На фиг.1 показана функциональная

1, схема устройства регулирования уровня воды на участке оросительного канала; на Фиг. 2 - схема вычисли:тельного. блока; на фиг, 3 — схема широтно-импульсного регулятора; на фиг. 4 — схема блока синхронизации; на Фиг. 5 — графики входных и выходных сигналов отдельных блоков устройства, Устройство для регулирования уровня воды (фиг. 1) содержит затворы 1 начала и конца участка канала, датчик 2 уровня конца участка, элемент 3 сравнения, пороговый элемент 4, первый элемент 5 задержки, первый формирователь 6 импульсов, ключ 7, вычислительный блок 8, запоминающее устройство 9, эадатчик 10 коэффициентов, первый блок 11 деления, второй формирователь 12 импульсов,широгноимпульсный регулятор 13, блок 14 синхронизации, исполнительный блок 15.

Вычислительный блок 8 (фиг. 1) содержит импульсные элементы 16,, 16, фиксаторы 17, 17о нулевого порядка, блок 18 умножения, элемент 19 задержки, сумматор 20, второй блок 21 деления и первый блок 22 выделения модуля.

Широтно-импульсный регулятор 13 (фиг. 3) содержит генератор 23 пилообразного напряжения, второй блок 24 выделения модуля, компаратор 25, релейный элемент 26 и третий формирователь 27 импульсов.

Блок 14 синхронизации (фиг. 4) содержит фазовый детектор 28, задающий генератор 29, блок 30 усреднения напряжения и устройство 31 управления.

Устройство для регулирования уровня воды на участке оросительного канала работает следующим образом.

При изменении режимов работы участ ка канала его коэффициент усиления (коэффициент передачи) значительно изменяется. Для достижения оптималь,ных переходных процессов во всех реТ

dH (t) о

+Н(О = К (t) U (t - ), о (3) — постоянная времени участка канала;

U (t) — управляющее воздействие;

& — временное запаздывание в участке канала.

Для управления уровнем воды в участке канала применяется широтноимпульсный регулятор 7. Широтно-импульсный закон регулирования может быть представлен в виде

4О где То

N sign F; (t) при кт . t< кт+О,; (4)

0 при

KT + 9кс t «» KT + Tó где Т вЂ” гериод повторения управляющих импульсов;

8 — длительность управляющих импульсов,в к-м периоде;

И вЂ” -амплитуда управляющих импульс ов (И = с ons t) .

u,„„,(t) ЬН

К (2) а где а Н вЂ” приращение уровня воды в участке канала;

ga — приращение величины открытия затвора.

Для выполнения условия (1) необ-

2О ходимо корректировать коэффициент регулятора К> (t) в зависимости от изменений коэффициента усиления участка канала К 0 (t). Так как уровень в начале и конце канала и расход через гидротехническое сооружение взаимосвязаны, то коэффициент уси-! ления Ко и уровень воды на участке являются функциями расхода Q воды через с.ооружение К „= r(Q)

ЗО и Н > r(Q).

Учитывая> что при изменении режи мов работы участка канала его коэффициент усиления изменяется в широком диапазоне Ко „„ Кî() Ко и о» представим дйнамику участка канала в е S

15693

Длительность управляющих импульсов широтно-импульсного регулятора 7 зависит от сигнала рассогласования, f (t) а период повторения управляют У

5 щих импульсов выбирается в виде

Т = /r, где r — целое положительное число

При равенстве значений уровня и задания в конце у частка сигнал рассогласования 5;(t) равен нулю, при этом на исполнительный блок 15 не поступает никакой сигнал затвор 1 начала участ ка не перемещается.

При увеличении уровня воды в конце участка изменяется выходной сигнал датчика 2 уровня, который, поступая в элемент 3 сравнения и срав-. ниваясь в нем с сигналом задания уровня в конце участка, приводит к появле- 20 нию на выходе элемента 3 сравнения сигнала рассогласования с.,(t), который поступает на второй вход широтноимпульсного регулятора 13. Последний по сигналу рассогласования 25

Е (t), формирует последовательность управляющих импульсов U „ () с длительностью и зн"::oM, пропорциональными сигналу -„; (t) ° При этом на выходе исполнительного блока 15 появляется. сигнал на опускание затвора начала участка для подачи уменьшенного расхода воды в участок канала.

H(KT + > ) — К П(КТ)

Г

М вЂ” (c++w i )

;к,-f e (5) Kî,(t) (- т где К е

9, «Т.

Для идентификации коэффициента i 50 усиления К (с) участка канала с момента времени t< = t + в каждом л интервале дискретности имеются значения уровня воды в участке канала в момент вРемени t = КТ и t - =КТ +Л . 55

Следовательно, в каждом периоде вели" чины Н(КТ) и Н(КТ + h) определены и из уравнения- (3) получается коэффи. циент усиления участка -канала:

rr

Этот алгоритм может быть реализован или микроЭВМ, или описанным ниже вычислительным блоком 8, настроенным на дискретных или аналоговых элементах. При этом импульсные элементы 16, 16< работают синхронно с импульсным элементом широтно-импульсного регулятора 13 ..Фиксаторы 17,, 17 нулевого порядка преобразуют выходные сигналы импульсных элементов 16,, 16 в последовательность прямоугольных им1тульсов длительности Т, причем блок 5 задержки и элемент 19 задержки имеют одинаковое время задержки Q .

Идентификация коэАфициента усиления участка канала происходит следующим образом.

При превьппении сигналом рассогласования -;(Д заданного порогового уровня - на выходе порогового элемент та 4 появляется сигнал Uп, который поступает на вход гервого элемента 5 задержки. Спустя время, равное

У + Q на выходе первого элемента 5 задержки появляется сигнал. При этом

Аормирователь 6 импульсов вырабатывает сигнал, открывающий ключ 7.

Выходной сигнал К ;(t) вычислитель-, ного блока 8, полученный по алгори1му 5, проходит через открытый ключ 7, а затем поступает в запоминающее устройство 9. В результате выходное напряжение запоминающего устройства 9 становится равным новому значению

К (t) коэффициента усиления участOi ка канала.

Если сигнал рассогласования ; (t) меньше заданного пороговоro уровня то выходной сигнал порогового -n элемента 4 отсутствует, ключ 7 закрыт и выходное напряжение запоминающего устройства 9 остается постоянным.

Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 14, который работает следующим образом.

Выходной сигнал импульсного элемента широтно-импульсного регулятора 13 поступает на первый вход фазового детектора 28, на второй вход детектора поступают сигналы от заданного генератора 29. Если частота импульсов задающего генератора 29 отличается от частоты поступающих

1569383 импульсов импульсного элемента широтно-импульсного регулятора 13, то на выходе Фазового детектора 28 появляются импульсы рассогласования, которые указывают направление и величину рассогласованйя. Блок 30 усреднения напряжения усредняет выходные импульсы фазового детектора 28 с целью получения управляющего напряжения и кратковременного запоминания, напряжения рассогласования. Устрой, ство 31 управления использует сиг-. налы блока 30 усреднения для воздействия на частоту задающего генера- 15 тора 29, при этом с выхода задающего генератора 29 снимаются синхронные и синфазные импульсы с входными импульсами, которые поступают на первый вход вычислительного блока 8 и обеспечивают синхронную работу импульсных элементов 16ц, 16 с импульсным элементом широтно-импульсного регулятора 13.

Коррекция коэффициента усиления 25

К, (t) широтно-импульсного регулято » ра 13 осуществляется блоком 11 согласно условию (1) . Алгоритм функционирования первого блока 11 деления следующий: 30

U (t) — К () — K {t) (6)

Ко (") где U (t) — i.-й выходной сигнал

Р»о» первого блока 11 деления 35

К вЂ” выходной сигнал эадат» с чика 10 коэффициентов.

После определения коэффициента усилия К (t) широтно-импульсного р» регулятора 13, соответствующего ново- »0 му режиму работы участка канала, второй Формирователь 12 импульсов Формирует последовательность прямоугольных импульсов 0 », длительностью . пропорциональной величине нового оэф-45

Фициента усиления широтно-импульсного регулятора 13, Указанные импульсы поступают на вход генератора 23 пилообразного напряжения широтно-импульсного регулятора 13. При этом длительность рабочего хода импульсов генератора 23 пилообразного напряжения определяется длительностью выходных прямоугольных импульсов второго формирователя 12 импульсов.

Таким образом на втором выходе широтно-импульсного регулятора 13 получают последовательность прямоугольных импульсов длительностью В; пропорциональной новому коэффициенту усиления регулятора

8; =- К(К,,(0, F;(t)), (7)

При одном и том же сигнале рассогласования на выходе широтно-импульсного регулятора 13 можно. получить последовательности прямоугольных импульсов разной длительности, определяемой коэффициентом усиления

К <, (t) широтно-импульсного регулятора, 13. Чем больше коэффициент усиления регулятора, тем больше длительность его выходных испульсов. .На Фиг. 5 представлены диаграммы, поясняющие работу системы.

В начальном периоде (от 0 до 8 Т) коэффициент усиления участка канала является постоянным и поэтому сигнал расСогласования Г (t) не превышает порогового уровня ;„ порогового блока 4, контур самонастройки регулятора 13 отключен. Сигнал рассогласования F, (t) поступает на второй вход регулятора 13. В компараторе 25 регулятора 13 сравниваются выходной сигнал U „д„ (t) генератора 23 пилообразного напряжения и сигнал рассогласования Я,(t) . В результате на выходе регулятора 13 получают импульсы управления U<ш „ (t) длительностью пропорциональной сигналу рассогласования Я (t). Так как в системе управления имеется временное запаздывание о»., регулятор 13 выдает импульсы управления, спустя время л запаздывания

В интервале времени (9Т, !OT) в момент t< сигнал рассогласования

Я2(») превышает пороговое значение уровня Й, что может быть вызвано изменением коэффициента усиления Ко участка канала. При этом включается в работу контур самонастройки регулятора 13. На выходе порогового элемента 4 в момент времени tä появляется сигнал U п (t), который поступает на вход первого элемента 5 задержки и спустя время, равное (+ Ю), на его выходе возникает сигнал V „ (t), т.е. выходной сигнал первого элемента 5 задержки U,» (t) прявляется в момент времени

+ » + 1» где h — заранее за 3 Х

Э данная времен; ая постоянная величина. При этом первый Формирователь. 6 импульсов вырабатывает сигнал U „ который открывает ключ 7. Вычисли»тельньг. - . блок 8 по алгоритму (5) 1569383

Э определяет новое значение коэффвщиента усиления К (В участка канала, при этом через открытый ключ 7 проходит выходной сигнал U 5 (t) вычислительного блока 8, пропорциональный новому значению коэффициента усиления участка канала, а затем поступает в запоминающее устройство 9. В

I результате выходное напряжение запоминающего устройства 9 становится равным новому значению коэффициента усиления канала К (О °

Для выполнения условия К (t)

К,(t) К p(t) необходимо корректировать значение коэффициента Kp(t) усиления регулятора 13. Первый блок !1 деления, работающий по алгоритму .(6), определяет новое значение коэффициента Kp(t) регулятора 13. Второй форми- 20 рователь 12 импульсов формирует последовательность прямоугольных импульсов

U (t) длительностью пропорциональной веIl личине нового коэффициента, усиления регулятора 13. При этом длительность,25 рабочего хода импульсов U < Ilz(t) генератора 23 пилообразного напряжения определяется длительностью выходных прямоугольных импульсов U „ (t) второ. го формирователя 12 импульсов. В компараторе 25 регулятора 13 сравниваются сигнал рассогласования F (t) и выходные импульсы U „„ (t) генератора 23 пилообразного напряжения.

Таким образом, на втором выходе широт35 йо-импульсного регулятора 13 получают последовательность прямоугольных импульсов U „О (t) длительностью, пропорциональной новому коэффициенту усиления К (t) регулятора 13.

P 40

Функции импульсных элементов 16, 16д и фиксаторов 17,, 17,нулевого порядка дующиe: и ипульсные элементы

16 преобразуют непрерывный но времени выходной сигнал H(t) датчика 2 45 уровня конца участка канала в дискретный сигнал, при этом их выходной сигнал представляет собой последовательн<;сть импульсов. Фиксаторы 17,, 17 нулевого порядка преобразуют входные импульсные сигналы в последовательность прямоугольных импульсов длительностью Т.

Фазовый детектор 28 сравнивает два выходных сигнала и на его выхо. 55 де формирует сигнал ошибки, пропорциональный разности фаз входных сигналов, В данном случае фазовый детек.тор 28 сравнивает выходной сигнал импульсного элемента широтно-импульсного Регулятора 13 и выходной сигнал задающего .генератора 29, Если частота импульсов задающего генератора 29 отличается от частоты поступающих импульсов импульсного элеI ,мента широтно-импульсного регулятора 13, то на выходе фазового детектора 28 появляются импульсы рассогласования, которые указывают направление и величину рассогласования.

Блок 30 усредняет выходные импульсы фазового детектора 28 с целью получения управляющего напряжения и кратковременного запоминания напряжения рассогласования. Устройство 31 управления использует сигналы блока .30 усреднения для воздействия на чатоту задающего генератора 29, при этом с выхода задающего генератора 29 снимаются синхронные и синфазные импульсы с входными импульсами, которые поступают на первый вход вычислительного блока 8 и обеспечивают синхронную работу импульсных элементов 16<, 16 с импульсным элементов широтно-импульсного регулятора 13. Для работы фазового детектора 28 не нужен блок привязки с задающим генератором 29.

Таким образом, предлагаемая система регулирования уровня воды на участке оросительного канала осуществляет идентификацию текущего значения переменного коэффициента усиления К,,(й) участка, канала и на основании результата идентификации перестраивает коэффициент усиления К (t) широтно-импульсного

pi регулятора до оптимальных значений, соответствующих новому режиму работы участка канала. При этом идентификация производится в режиме нормальной работы системы без применения пробного сигнала.

Применение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить точность, надежность и быстродействие регулирования и при этом уменьшить непроизводительные сбросы оросительной воды и подмывание дамб каналов.

Формула изобретения

Устройство для регулирования уровня воды на участке оросительного канала, содержащее затворы в начале и конце участка, элемент сравнения сигнала датчика уровня в конце участ.

ll- 15 ка с сигналом уставки, подключенный через широтно-импульсный регулятор к исполнительному блоку привода затвора в начале участка, к также пороговый элемент. и блок синхронизации, подключенные соответственно к выходам элемента сравнения и широтно-импульсного регулятора, о т л ич а ю щ е. е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия регулирования, устройство снабжено последовательно включенными между

69383

12 пороговым элементом и широтно-импульсным регулятором блоком задержки, первым формирователем импульсов, ключом, запоминающим блоком, блоком деления и вторым формирователем.импульсов, а также снабжено задатчиком коэффициентов, подключенным к второму входу блока деления, и выlg числительным блоком, входы которого подключены к блоку синхронизации и к датчику уровня, а выход — к второму входу ключа.

Фиг3

1569383

U1аар ) 01УЗ(Редактор А.Мотыль

Подписное

Заказ 1428

Тираж 533

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 103 1ГПН

Е1(М

01Ф( и®, 1 ( 2П1

Составитель Г.Параев

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Лароши