Пневматический регулятор

 

Изобретение относится к области средств автоматизации, а именно к автоматически.м пневматическим регуляторам. Цель изобретения - повышение быстродействия . Эта цель достигается тем, что в устройство введены два задатчика 31, 32, блок 5 обнаружения отклонений и логический элемент Равнозначность 13. Это позволяет при больших отклонениях входного сигнала от задания формировать на выходе регулятора предельное по амплитуде управление с одним переключением, а при малых отклонениях - релейно-линейное. Величина релейного управления в последнем случае поставлена в линейную зависимость от амплитуды ошибки. Все это дает возмЪжность повысить быстродействие систем с предлагаемым регулятором. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s G 05 В 11/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896192/24 (22) 25.12.90 (46) 30,07.92. Бюл. М 28 (71) Самарский политехнический институт им.В.В.Куйбышева (72) В.E.Âoõðûøåâ (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1411050, кл, G 05 В 11/44, 1986 (прототип). (54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области средств автоматизации, а именно к автоматическим пневматическим регуляторам, Цель изобретения - повышение быстродей!

Ж 1751714 А1 ствия. Эта цель достигается тем, что в устройство введены два задатчика 31, 32, блок

5 обнаружения отклонений и логический элемент Равнозначность 13, Это позволяет при больших отклонениях входного сигнала от задания формировать на выходе регулятора предельное по амплитуде управление с одним переключением, а при малых отклонениях — релейно-линейное. Величина релейного управления в последнем случае поставлена в линейную зависимость от амплитуды ошибки, Все это дает воэможность повысить быстродействие систем с предлагаемым регулятором. 3 ил, 1751714

Изобретение относится к средствам автоматизации, в частности к автоматическим пневматическим регуляторам.

Известен пневматический релейно-линейный регулятор, на выходе которого может действовать KGK релейный сигнал, переключения которо — î происходят с "недоходом" сигнала регулируемой координаты (переменной) до задания (причем величлна релейного выходного сигнала пропорциональна разности экстремальных значений входного сигнала и задания), так и линейный сигнал, пропорциональный разности входного сигнала и сигнала задания, Подключение линейного сигнала к выходному каналу регулятора осуществляется в момент пересечения переменной уровня задания как "снизу вверх", так и "сверху вниз", при этом линейный сигнал действует на выходе регуляторадо момента появления экстремума регулируемой координаты.

Данный регулятор может в системе с объектам второго порядка обеспечить минимальное время управления при максимальном из области допустимых отклонений переменной от задания. В этом случае управляющий сигнал регулятора равен своему предельному значению, а система оптимальна по быстродействию.

Во всех других случаях время регулирования не будет минимальным (например, отклонение не максимально или объект не второго порядка).

Цель изобретения — повышение быстродействия.

На фиг,1 приведена функциональная схема регулятора; на фиг,2 — диаграмма изменения сигналов при работе регулятора; на фиг,3- пневматическая схема регулятора в соответствии с функциональной.

Регулятор содер>кит индикатор 1 экстремумов, драссельный сумматор 2, первый элемент 3 сравнения, второй элемент

4 сравнения, блок 5 обнаружения отклонений., с первого по седьмое реле 6-12 переключения, логический элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ 13, усилитель 14 и блок 15 линейного регулирования.

Вход индикатора 1 экстремумов соединен с каналом переменной Х, а его выходы — с входами реле 6, выход которого связан с вторым входом дроссельного сумматора 2 и взаимно-инверсным входом пятого реле 10, второй вход сумматора 2 и подключен к выходу второго реле 7, а выход — к первому входу первого элемента 3 сравнения, второй вход которого соединен с каналом переменной, а выход подключен к управляющим входам пятого 10, шестого 11 и седьмого 12 реле переключения, Блок 5 обнаружения отклонений своими входами связан с каналами переменной и задания, его первый (дискретный) выход соединен с управля ащими входами второго 7 и третье5 го 8 реле переключения. Взаимно инверсные входы второго реле 7 соединены с каналом задания и вторым выходом блока 5 обнаружения отклонений. Дискретный выход индикатора 1 экстремумов и выход вта10 рого элемента 4 сравнения соединены с логическлм элементом РАВНОЗНАЧНОСТЬ

13, выход которого связан с управляющим входом четвертого реле 9 переключения, взаимно инверсные входы последнего сое15 динены с выходами блока 15 линейного регулирования и усилителя 14, первый вход которого связан с первым выходам пятого реле 10 и вторым выходом шестого реле 11, а второй вход соединен с вторым выходом

20 пятого реле 10 и первым выходом шестого реле 11, Взаимно инверсные входы шестого реле 11 соединены с каналом задания, Взаимно инверсные входы седьмого реле 12 соединены с выходами эадатчиков 16 и 17, 25 Взаимно инверсные входы третьего реле 8 соединены с выходами четвертого 9 и седьмого 12 реле, а выход соединен с выходным каналом регулятора, Входы блока 15 линейнога регулирования, блока обнару>кения от30 клонений и второго элемента 4 сравнения .соединены с каналами задания и переменной.

Подобное соединение элементов позволяет реализовать в регуляторе следующий

35 алгоритм работы, B sign М1 при Х < X1;

В sign M2 при Х > Х2;

Y = В1 sigrn МЗ, при (Х1 <: Х Х2) > M4 0;

82 при (Х1 Х Х2) M4 = О, 40 где М1 = (1-К) Х1+КХЭ-Х;

Х1 =XH-A

М2 = (1-К)Х2+КХэ-Х;

Х2 =Хи+ 4

В1 = K11XH-Хэi:

МЗ = (1-К)Хя-КХэ-Х;

M4 = sign(X-X,) sign(X-Х,);

Х, Хэ и Хя — соответственно текущее значение сигнала переменной, ее экстремальное значение и заданное значение;

50 К; постояннь и коэффициент, меньший единицы;

Л вЂ” половина зоны допустимых отклонений;

К1 — постоянный коэффициент;

55 В2 — сигнал линейного управления;

Д, — соответственно знаки коньюкции и равнозначности;

sign — знаковая функция, принимающая значения 1 или О.

1751714

Таким образом, в результате формируются три вида управляющих воздействий: при больших отклонениях переменной от задания, т.е, при отклонении за зону допустимых отклонений, действует релейный сигнал предельно допустимой величины В, который переключается один раз с опережением по отношению к допустимой зоне отклонений; в зоне допустимых отклонений, т.е. при малых отклонениях переменной от задания, в момент пересечения сигнала задания и до момента появления экстремума переменной действует линейное управление В2, а затем, в момент появления экстремума, подключается вновь релейное управление, величина сигнала которого пропорциональна разности по модулю задания и экстремального значения переменной, причем переключение этого сигнала управления происходит теперь с опережением по отношению к заданию, Все это обеспечивает повышение быстродействия.

Рассмотрим работу отдельных элементов и всего устройства в целом. Индикатор

1 экстремумов (фиг.2) обеспечивает запоминание на своих выходах экстремальных значений Х, переменной Х и по команде с индикатора коммутацию их через реле 6 переключения на второй вход дроссельного сумматора 2. Индикатор состоит из элементов 18 и 19, включенных соответственно по схеме запоминания максимума и минимума переменной, повторителей-усилителей 20 и

21, введенных для усиления по мощности сигналов и передачи их в схему, реле 22, управляющий вход которого связан с выходом элемента 23 сравнения, выход — с вторым входом элемента 20 сравнения, а информационные входы — с выходами элементов 18 и 19. Первый вход элемента 23 сравнения соединен с каналом переменной Х, Индикатор 1 экстремумов соответствует известному и работает следующим образом. При изменении входного сигнала, например, в сторону уменьшения на выходе элемента 18 запоминается Х „при

Х ((Хмакс — д), где д — величина сдвига, настраиваемая элементом запоминания. Злемент 23 сравнения срабатывает и отключает элемент 18, закрывая верхний контакт реле

22, а выход элемента 19 через другой контакт реле 22 соединяется с вторым входом элемента 23. При дальнейшем уменьшении сигнала выход элемента 23 не изменяется.

С увеличением входного сигнала на выходе элемента 19 запоминается Х », элемент, 23 принимает исходное состояние, а его второй вход подключается к выходу элемента

18 запоминания максимума. Пневмоемкость 24 обеспечивает сглаживание колебаний сигналов при переключениях реле 22.

Первое реле 6 переключения обеспечивает коммутацию Хмак и Хм» по команде с элемента 23 на вход сумматора 2. Его вход равен (1-К}С+КХэ, где К = а/(а+Ь) (а и Ь— проводимости дросселей сумматора); С и

Х, — сигналы, действующие соответственно на первом и втором входах сумматора 21 (сигнал С равен либо Х, либо Х вЂ” b, либо

Х + А Сигнал С поступает с реле 7 переключения, которое управляется сигналом с блока 5 обнаружения отклонений, Блок 5 обнаружения отклонений — это устройство, формирующее дискретный сиг15 нал на своем первом выходе. если входной сигнал становится меньше или больше своего заданного значения Х и допустимой зоны отклонения (или зоны нечувствительности) +. h, задаваемой в блоке, Он содержит повторители 27 и 32. С их помощью задается зона нечувствительности (соот20 ветственно -Ли+Ь), При этом если Х меньше Х - Л, то срабатывает элемент 29, его одновременно переключает реле 31, обеспечивая коммутацию сигнала Х - Л на второй выход блока 5. Если X больше N+ А то срабатывает элемент 28, элемент 29 при

30 этом находится в исходном состоянии и на выход реле 31 проходит сигнал Хн+ А.Если входной сигнал находится в зоне нечувствительности, то на выходах элементов 28 и 29

40 присутствует "0".

Логическая схема РАВНОЗНАЧНОСТЬ реализована на двух реле 25 и 26. Входными сигналами схемы являются выходы элементов 4 и 23 сравнения. Если выходные сигналы этих элементов равны оба нулю или единице, на выходе схемы (выход реле 25) присутствует "1", иначе "0". Реле 6, 7, 8, 9 и

12 переключения — это реле, включенные по схеме коммутации двух сигналов на один выход. Реле 10 и 11 переключения включены по схеме коммутации "один вход — два выхода", Регулятор работает следующим образом, При изменении входного сигнала в сторону Х (фиг.2) в индикаторе 1 запоминается

Хм» = О. На дискретном выходе блока 5 присутствует "1", Его выходной сигнал переключает реле 7 и 8 так, что соответственно их верхний и нижний контакты открыты. В результате к выходу реле 8 подключается выходной сигнал реле 12. При этом верхний контакт реле 12 открыт сигналом с элемента

3 сравнения и на выход реле 12 проходит

25 выходной сигнал через элемент ИЛИ 30 появляется на первом выходе блока 5 и

1751714

40 амплитуды ошибки. Все это позволяет повысить быстродействие системы с предлагаемым регулятором, 45 Формула изобретения

55 сравнения и блока линейного регулирования соединены с каналами переменной сигнал с эадатчика 16. Действительно, в положительной камере элемента 3 — сигнал (1-К)Х1, а в положительной — сигнал Х = О, Б точке "а" на фиг.2 X = (1-К)Х1 и элемент 3 вновь срабатывает, На его выходе присутствует "0". Это приводит к переключению реле

12, и выходному каналу регулятора подключается сигнал с зэдатчика 17, Это отражено на фиг.2, где по осям абсцисс отложено время, à rio осям ординат соответственно сверху вниз — переменная

Х, дискретный выход индикатора экстремумов (ИЭ, выход элемента 23), сигнал

KM — выход второго элемента 4 сравне ния, — выходной сигнал схемы РАВНОЗНАЧНОСТЬ 13, У вЂ” выходной сигнал регулятора, Вмомент времени,,когда Х = Хн - Л(точка "б" на фиг.2) на дискретном выходе блока

5 (выход элемента 30) присутствует "О", это приводит к переключению реле 31, на выход которого коммутируется сигнал Хн + Ь, и реле 7 и 8, Переключение реле 7 приводит к тому, что на первый вход сумматора поступает сигнал Х> вместо Х вЂ” Л, а переключение реле 8 — к подключению выходного сигнала усилителя 14 к выходному каналу У, так как выходной сигнал схемы 13 равен "0".

Поскольку на выходе элемента 3 присутствует "0", нижний контакт реле 10 и верхний контакт реле 11 открыты и иа выходе усилителя формируется сигнал Р— K1(X>-Хрипа}, где

Р— опорный сигнал: условный нуль — давление больше атмосферного, В точке "в" (фиг.2) Х = Х, и срабатывает 3 элемент 4 сравнения, его выходной сигнал

КМ (фиг,2) равен "1"; Это приводйт к тому, что на выходе схемы 13 появляется "1", которая переключает реле 9 и на его выход коммутируется выходной сигнал блока 15 линейного регулирования Р+К2(Х,-X), где

К2 — коэффициент усиления блока 15. Этот сигнал проходит в выходной канал У, поскольку нижний-контакт реле 8 открыт. В точке "r" на фиг,2 появляется Хмакс, это приводит к переключению элемента 23 в

"0", аследовательно,,и выходного сигнала реле 26 схемы РАВНОЗНАЧНОСТЬ, В . результате через открывшийся нижний контакт реле 9 к выходному каналу регу- 5 лятора подключается выходной сигнал усилителя 14, равный Р+ К1 (Хмакс Хк)

Действительно, в момент появления

Хмакс выход, элемента 3 равен "0", так как величина (1-К)Хи+ КХмакс (точка "д" на фиг.2) в положительной камере этого элемента меньше, чем сигнал X Хмакс в отрицательной камере этого элемента. Верхние контакты реле 10 и 11 поэтому закрыты, а через их открытые нижние контакты в поло>кительную камеру усилителя 14 поступает сигнал

Х<а<с, а в отрицательную Х . В точке "д" на фиг,2 X = (1-К)Х +КХмакс, и происходит переключение элемента 3, что приводит к изменению сигнала на выходе усилителя 14:

Р+К1(Хн Хмакс) = Р-К1(Хмакс Хн), поскольку реле 10 и 11 вновь переключаются и соответствующим образом перекоммутируют сигналы Х и Хца«. В точке "е" (фиг.2) элемент 4 переключается в "О", сигнал KM = О, на выходе реле 26 присутствует "1" и к выходному каналу регулятора вновь подключается выход блока 15. Далее цикл повторяется.

Точки "а", "д", "к", "о" на фиг.2, в которых происходят переключения регулятора, не являются раз и навсегда фиксированными, но они всегда находятся соответственно ниже зоны нечувствительности (точки "а" и

"о"), выше задания (точка "д") и ниже задания (точка "к").

Регулятор настраивается следующим образом. Коэффициент К устанавливается таким, чтобы при подаче ступенчатого входного сигнала Х = Х а«(предельное входное воздействие), первый максимум входного сигнала Х появился в окрестности

Х>. Коэффициент усиления усилителя К1 устанавливается таким, чтобы величина

К1(Ха-Х ) была всегда не больше предельного выходного сигнала В, Равенство возможно при ХЗ=О, а Хн = Хн макс К2 К1.

Таким образом, при использовании регулятора в системе реализуется при больших отклонения выходной координаты от задания предельно возможное управление, а в окрестности задания — релейно-линейное. Величина. релейного управления при этом поставлена в линейную зависимость от

Пневматический регулятор, содержащий индикатор экстремумов, первое — седьмое реле переключения, дроссельный сумматор, первый и второй элементы сравнения, блок линейного регулирования и усилитель, а также каналы переменной и задания и выходной канал, причем вход индикатора экстремумов соединен с каналом переменной, входы второго элемента и задания, выходы индикатора экстремумов соединены с входами первого реле переключения, выход которого связан с первым входом дроссельного сумматора, 10

1751714

9 выход которого подключен к первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого соединен с каналом переменной, а выход подключен к управляющим входам пятого и шестого реле переключения, взаимно инверсные входы четвертого реле переключения соединены с выходами блока линейного регулирования и усилителя, о тл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены блок обнаружения отклонений, два задатчика и логический элемент РАВНОЗНАЧНОСТЬ, причем выход первого реле переключения связан с взаимно инверсными входами пятого реле переключения, второй вход дроссельного сумматора соединен с выходом второго реле переключения, выход первого элемента сравнения соединен с управляющим входом седьмого реле переключения, блок обнаружения отклонений своими входами связан с каналами переменной и задания, его первый выход соединен с управляющими входами второго и третьего реле переключенил, взамно,инверсные входы второго реле переключения соединены с каналом задания и вторым выходом блока обнаружения отклонения, третий выход индикатора экстремумов и выход второго

5 элемента сравнения соединены с входами логического элемента РАВНОЗНАЧНОСТЬ, выход которого связан с управляющим входом четвертого реле переключения, первый вход усилителя связан с первым выходом

10 пятого реле переключения и вторым выходом шестого реле переключения, а второй вход усилителя соединен с вторым выходом пятого реле переключения и первым выходом шестого реле переключения, взаим15 но инверсные входы которого соединены с каналом задания, взаимно инверсные входы седьмого реле переключения соединены с выходами задатчиков, взаимно инверсные входы третьего реле переключения соедине20 ны с выходами четвертого и седьмого реле переключения и выход данного реле соединен с выходным каналом регулятора, а взаимно инверсные входы пятого реле переключения подключены к выходу перво25 го реле переключения, 1751714

Фу . 3

Составитель В. Вохрыаев

Техред M.Moðãåíòàë Корректор С, Черни

Редактор А. Огар

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2690 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-ЭБ, Раушская наб., 4/5