Струйно-пневматический интегральный регулятор
Владельцы патента RU 2768104:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА Российский технологический университет» (RU)
Изобретение относится к автоматическим регуляторам. Струйно-пневматический интегральный регулятор состоит из двух последовательно соединенных схем, одна из которой представляет собой пропорционально-интегральный регулятор, включающий два входных сопла переменной величины и задание. Вторая схема выполняет функцию сумматора. Обе схемы включают считывающий узел «сопло-заслонка», мембранный усилитель, охваченный двумя соплами, расположенными до и после усилителя. Первая схема включает интегрирующее звено, состоящее из переменного сопротивления, постоянного объема и расходного повторителя. Повышается быстродействие регулятора. 1 ил.
Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известно пневматическое интегрирующее звено, совмещающее функции пропорционально-интегрального регулятора и сумматора [1]. Пропорционально-интегральный регулятор включает в себя элемент сравнения, в обратной связи которого расположен апериодическое звено, состоящее из переменного сопротивления и постоянного объема, включенных в цепь положительной обратной связи. Все комплектующие прототипа состоят из мембранных элементов универсальной системы УСЭППА.
Недостатком такого регулятора являются низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия за счет применения компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности прототипом является пропорциональный регулятор, состоящий из подвижной части, включающей в себя пластину, подвешенную на газовой опоре, входной дифференциальной пневматической схемы, считывающего элемента в виде узла типа «считывающее сопло-заслонка», пневматического мембранного усилителя мощности, при этом подвижная часть представляет собой пластину, жестко соединенную с двумя соплами газовой опоры, а считывающий элемент охвачен двумя соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности, образующего регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления, большим единицы. Обеспечивается повышение чувствительности и быстродействия за счет использования измерительной компенсационной схемы силового действия струи на подвижную преграду и регистрации этого воздействия с помощью пневматической компенсационной схемы [2].
Принципом работы указанного решения, как и настоящего изобретения, является применение измерительной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду, однако настоящее изобретение реализует работу регулятора по отличному от пропорционального регулятора закону интегрирования.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-пневматический интегральный регулятор состоит из двух последовательно соединенных схем, одна из которых представляет собой пропорционально-интегральный регулятор, состоящий из двух входных сопел переменной величины и задания, вторая схема выполняет функцию сумматора, отличающийся тем, что обе схемы включают считывающий узел «сопло-заслонка», мембранный усилитель. Охваченный двумя соплами, расположенными до и после усилителя, причем первая схема включает интегрирующее звено, состоящее из переменного сопротивления, постоянного объема и расходного повторителя.
На фиг. 1 представлена схема струйно-пневматического интегрального регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального регулятора 1 и сумматора 2, которые состоят из чувствительного элемента - пластины 3, заслонки 4, жестко закрепленной на пластине. Сопло 5 совместно с заслонкой 4 образует считывающий узел угла поворота пластины 3 под действием струй, истекающих из сопел. Междроссельная камера 6, расположенная между входным дросселем 7 и соплом 5, находится под давлением в зависимости от расстояния между соплом 5 и заслонкой 4. Пластина 3 подвешена на газовой опоре 18. Входные сопла 8 и 9, из которых вытекают струи воздуха под давлением переменного сигнала 
и постоянного давления задания 
. Камера 6 связана со входом усилителя мощности 10.
Выходной канал усилителя 10, находящийся под давлением 
, соединен с соплом обратной связи 11 и интегрирующим звеном, в который входит:
- переменное сопротивление 12;
- емкость 13 постоянного объема V;
- точный повторитель 14, изменяющий давление замкнутой камеры на расходный сигнал.
Питание точного повторителя осуществляется через постоянный дроссель 15. Выход повторителя связан с соплом обратной связи 16. Для компенсации силового действия струи, исходящей из сопла 5 предусмотрено сопло 17, связанное с междроссельной камерой 6. Сопло 5 совместно с усилителем 10 и соплом обратной связи 11 образует регенеративную обратную связь, которая придает стабильное исходное положение подвижной системе.
Выход пропорционально-интегрального регулятора 1 равен:
где 
– постоянная времени интегрирования, равная
где 
- проводимость переменного сопротивления 11, 
- газовая постоянная, 
- абсолютная температура.
Чувствительный элемент в виде пластины 3 закреплен на газовой опоре 18, обладающей минимальным коэффициентом трения и поэтому не вносит ошибку, связанную с динамикой угла поворота.
Сумматор 2 корректирует реализацию закона интегрирования и компенсирует изменение разности переменной величины и задания 
. На выходе сумматора фиксируется сигнал:
который соответствует закону интегрирования.
Источники информации
[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1973. С. 192.
[2] Патент РФ №2018116604, 04.05.2018. Струйно-пневматический пропорциональный регулятор // Патент России №2676362, 28.12.2018. Бюл. № 1. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Тютяев Р.Е., Макаров А.В.
Струйно-пневматический интегральный регулятор состоит из двух последовательно соединенных схем, одна из которых представляет собой пропорционально-интегральный регулятор, включающий два входных сопла переменной величины и задание, вторая схема выполняет функцию сумматора, и характеризующийся тем, что обе схемы включают считывающий узел «сопло-заслонка», мембранный усилитель, охваченный двумя соплами, расположенными до и после усилителя, причем первая схема включает интегрирующее звено, состоящее из переменного сопротивления, постоянного объема и расходного повторителя.
