Струйно-пневматический пропорционально-интегральный (пи) регулятор
Владельцы патента RU 2773623:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «МИРЭА - Российский технологический университет» (RU)
Изобретение относится к пневматическим регуляторам. Технический результат заключается в повышении точности регулирования. Струйно-пневматический пропорционально-интегральный регулятор, представляющий собой пропорциональный регулятор, в положительной обратной связи которого расположено расходное интегральное звено, причем П-регулятор состоит из чувствительного элемента - пластины, подвешенной на газовой опоре, входной дифференциальной струйной схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», охваченного двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности, образующего регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления, большим единицы; в интегральное звено входит переменное сопротивление, изменяющее постоянную времени интегрирования, параллельно расположенный постоянный объём и точный мембранный повторитель, связанный с соплом положительной обратной связи. 1 ил.
Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор, состоящий из мембранных пропорционального регулятора и интегрального звена, соединенных с помощью сумматора [1]. Пропорциональный регулятор включает в себя элемент сравнения, в обратной связи которого расположен делитель, состоящий из переменного и постоянного сопротивлений, изменение соотношения проводимостей которых приводит к изменению коэффициента усиления разности входных давлений. Интегральное звено выполнено на базе апериодического звена, состоящего из переменного сопротивления и постоянного объема, включенных в цепь положительной обратной связи для изменения постоянной времени интегрирования.
Недостатком такого ПИ-регулятора является низкая точность, обусловленная нелинейной характеристикой мембранных чувствительных элементов.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности регулирования за счет использования в пропорциональном регуляторе линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду, и за счет выполнения операции интегрирования с помощью расходного интегрального звена.
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 пропорционально-интегральному закону регулирования.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-пневматический пропорционально-интегральный регулятор состоит из пропорционального регулятора, в положительной обратной связи которого расположено расходное интегральное звено, отличающегося тем, что пропорциональный регулятор включает в себя чувствительный элемент - пластину, подвешенную на газовой опоре, входную дифференциальную струйную схему, считывающий элемент в виде узла типа «сопло-заслонка», охваченный двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности, образующего регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления, большим единицы, а расходное интегральное звено состоит из переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, постоянного объёма и точного мембранного повторителя, связанного с соплом смещения нулевой точки, нормально расположенным к пластине.
На фиг. 1 представлена схема струйно-пневматического пропорционально-интегрального регулятора, состоящего из пропорционального регулятора и инерционного звена. В пропорциональный регулятор входит чувствительный элемент - пластина 1, подвешенная на газовой опоре 2. Входная дифференциальная схема, включающая сопла 3, из которых вытекают струи воздуха под давлением 
и 
. Для регистрации угла поворота пластины 1 под действием силовых действий струй предусмотрен считывающий узел, выполненный в виде сопла 4 и заслонки 5, жестко закрепленной на пластине 1. Между соплом 4 и питающим дросселем 6 расположена камера 7, связанная с входом усилителя мощности 8. Выходной канал усилителя 8 соединен с вторичным прибором 9 и соплом обратной связи 10. Для компенсации силового действия струи, исходящей из сопла 4, предусмотрено компенсационное сопло 11, соединенное с междроссельной камерой 7. Изменение коэффициента к усиления П-регулятора достигается путем вращения винта 12 и последующим изменением соотношения плеч 
и 
, определяющих соответственно расстояния от осей симметрии газовой опоры 2 до входных сопел 3 и от газовой опоры 2 до оси сопла 4. Сопло 4 совместно с усилителем 8 и соплом обратной связи 10 образует регенеративную обратную связь, которая обуславливает равновесие подвижной системы.
Интегральное звено, расположенное в положительной обратной связи пропорционального регулятора, включает в себя переменное сопротивление 13, постоянный объем 14, точный повторитель 15, на который подано давление питания через постоянный дроссель 16. Выходной канал повторителя 15 соединен с соплом 17смещения нулевой точки. Изменением проводимости переменного сопротивления 13 можно менять постоянную времени интегрирования
где 
- проводимость переменного сопротивления 11, 
- газовая постоянная, 
- абсолютная температура.
Выходной сигнал 
равен:
Источники информации
1. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: «Машиностроение», 1973. С. 197-199.
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 пропорционально-интегральный регулятор, представляющий собой пропорциональный регулятор, в положительной обратной связи которого расположено расходное интегральное звено, причем регулятор состоит из чувствительного элемента - пластины, подвешенной на газовой опоре, входной дифференциальной струйной схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», охваченного двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности, образующего регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления, большим единицы, и отличающийся тем, что в интегральное звено входит переменное сопротивление, изменяющее постоянную времени интегрирования, параллельно расположенный постоянный объем и точный расходный мембранный повторитель, связанный с соплом смещения нулевой точки.
