Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (пид) регулятор

Авторы патента:

G05B11/00 - Автоматические регуляторы (G05B 13/00 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2781762:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" (RU)

Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор состоит из струйно-фотокомпенсационных пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, соединенных сумматором, характеризуемый тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент – пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические ёмкость постоянного объёма и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования. Технический результат - повышение точности регулирования за счет использования в ПИ-регуляторе и в дифференцирующем звене линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную пластину, закрепленную на петле фотоэлектрического гальванометра, оптически связанного с мостовой электрической схемой. 1 ил.

Изобретение относится к области пневмоэлектрических автоматических регуляторов.

Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из мембранного пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, объединенный с помощью сумматора [1]. ПИ-регулятор включает в себя пропорциональное звено, содержащее 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 и дифференциальное звенья выполнены на базе апериодических звеньев, состоящих из постоянного объема и переменного сопротивления для изменения постоянной времени.

Недостатком такого ПИД-регулятора является низкая точность, обусловленная нелинейной характеристикой мембранных элементов сравнения, используемых в конструкции.

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности регулирования за счет использования в ПИ-регуляторе и в дифференцирующем звене линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную пластину, закрепленную на петле фотоэлектрического гальванометра, оптически связанного с мостовой электрической схемой.

Более конкретно струйно-фотокомпенсационный ПИД-регулятор состоит из струйно-фотокомпенсационных ПИ-регулятора и дифференцирующего звена, соединенные сумматором, отличающийся тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент - пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические емкость постоянного объема и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования.

Принцип работы ПИД-регулятора был частично использован в пропорциональном регуляторе [2], также основанным на использовании эффекта силового действия струи на пластину, жестко закрепленную на петле магнитоэлектрического гальванометра, в обратной связи которого располагается мостовая электрическая схема и вторичный прибор для регистрации процесса управления.

На фиг.1 представлена схема струйно-фотокомпенсационного пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора 1 и дифференцирующего звена 2. Для регистрации угла поворота чувствительного элемента - пластины 3, закрепленной на петле 4 фотоэлектрического гальванометра 5 предусмотрена оптическая схема, состоящая из зеркала 6, на которое падает луч света от источника 7, конденсора 8 и диафрагмы 9. Отраженный от зеркала луч света освещает обе половины сдвоенного фотосопротивления 10, включенного в равновесный мост 11, образованный сопротивлениями . Рамка 12 гальванометра 5 помещена в поле постоянного магнита 13, образуя при протекании тока обратной связи I магнитоэлектрический момент направленный встречно механическому моменту от силового действия струй на поверхность пластины 3.

В обратной связи ПИ-регулятора последовательно расположены делитель 14 для изменения коэффициента усиления пропорционального звена, выходной вторичный прибор миллиамперметр 15, выходное сопротивление 16 и интегральное звено, состоящее из конденсатора 17 и переменного сопротивления 18. Изменением проводимости α переменного сопротивления 18 можно менять постоянную времени интегрирования:

где - емкость конденсатора 17, - универсальная газовая постоянная, - абсолютная температура.

Входной канал ПИ-регулятора представлен двумя соплами 19 и 20, из которых вытекают струи под давлением, пропорциональным давлению переменной и давлению задания .

Звено дифференциального преобразователя (использована одна и та же нумерация однотипных компонентов схем) состоит из пневматических емкости 21 и переменного сопротивления 22 для изменения постоянной времени дифференцирования. Для получения расходного сигнала, пропорционального производной входного давления переменной используется точный повторитель 23, питание которого осуществляется через постоянный дроссель 24. Изменением проводимости β переменного сопротивления 22 можно менять постоянную времени дифференцирования:

где - объем емкости 21.

Выходной сигнал через сопло 25 воздействует на пластину 3 струей под давлением, пропорциональным выражению .

Оба выходных канала ПИ-регулятора и дифференцирующего звена поступают на сумматор 26, выходной сигнал которого равен:

где - разность давлений на входе ПИ-регулятора.

Формула (3) отражает закон ПИД-регулирования, реализованный в данном изобретении.

Библиографические данные

[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1973. С. 197-199.

[2] Патент РФ №2680614 04.05.2018. Струйно-фотокомпенсационный пропорциональный регулятор // Заявка № 2018116605, 04.05.2018. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Макаров А.В, Тютяев Р.Е.

Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из струйно-фотокомпенсационных пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, соединенных сумматором, характеризуемый тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент – пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические ёмкость постоянного объёма и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования.

Изобретение предназначено для использования на железнодорожном транспорте и относится к устройствам автоматики и телемеханики для управления вагонными замедлителями на сортировочных горках. Автоматизированная система управления пневматическим приводом вагонного замедлителя (УПП ВЗ) с механизмами торможения правых и левых колес вагона с пневмоцилиндрами привода каждого механизма, с главной пневмолинией, соединяющей пневмоцилиндры, два устройства УПП ВЗ, содержащие воздухосборник, подсоединенный к главной пневмолинии пневмомагистралью, имеющий пневматический регулятор давления (ПРД) воздуха, электропневматический блок управления пневмоклапанами, включающий регулятор давления, управляемый двумя двухпозиционными пневмоклапанами с электромагнитным управлением, датчики давления воздуха главной пневмолинии, воздухосборника и управляющей полости тормозного пневмоцилиндра, электронный блок управления (ЭБУ), блок коммутации, канал передачи данных, соединяющий блоки коммутации, блок диагностики, аварийный блок управления, пульт управления с модулем доступа.

Способ диагностирования нестационарности объекта с действующей замкнутой системой регулирования // 2777432

Предлагается способ диагностирования нестационарности объекта с действующей замкнутой системой регулирования выходного сигнала объект. Отличительными особенностями предлагаемого способа от известных является то, что в действующей системе регулирования определяют устойчивые тенденции изменения выходного сигнала регулятора и устойчивые тенденции изменения выходной величины объекта управления, а факт нестационарности объекта управления определяют по наличию угла между тенденциями изменения выходного сигнала и выходной величины объекта управления.

Способ адаптивного управления электромеханической системой с гармоническим моментом нагрузки в широком диапазоне скоростей и устройство для его осуществления // 2761780

Группа изобретений относится к области управления электромеханическими системами. Технический результат - увеличение устойчивости в широком диапазоне скоростей.

Способ формирования астатических быстродействующих демпферов летательных аппаратов // 2727612

Изобретение относится к способу формирования астатических быстродействующих демпферов летательных аппаратов (ЛА). Для осуществления способа в каждом канале управления задают требуемое значение угловой скоростей ЛА, измеряют угловую скорость ЛА, формируют сигнал на рулевой привод, полученный путем формирования и обработки двух дополнительных сигналов определенным образом на основе математической модели движения ЛА, заданной и измеренной угловой скорости ЛА.

Устройство управления манипулятором робота // 2701459

Устройство управления манипулятором робота содержит датчик угла поворота, блок сравнения (сумматор), шесть усилителей, два интегратора, исполнительное устройство, соединенные определенным образом. Обеспечивается повышение быстродействия, снижение ошибки позиционирования, упрощение устройства и расширение функциональных возможностей.

Способ модального управления квазистатическими линейно-упругими перемещениями конструкции // 2698635

Изобретение относится к способам управления, предназначенным для изменения формы и размеров конструкций. Способ модального управления квазистатическими линейно-упругими перемещениями конструкций заключается в следующим.

Устройство управления автоматическими системами при структурной неопределенности // 2697728

Изобретение относится к области цифровых систем управления и может быть использовано для решения задач быстродействия в автоматизированных системах, например в радиотехнике в системах фазовой автоподстройки частоты. Техническим результатом является увеличение быстродействия и числа режимов функционирования автоматизированных систем.

Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором // 2695281

Изобретение относится к оптике, к устройствам для управления направлением отклонения оптических лучей и может быть использовано в астрономии, системах видения в турбулентной атмосфере, в сканирующих системах. Устройство управления двухкоординатным пьезокерамическим оптическим дефлектором состоит из решающего устройства, трех высоковольтных усилителей, а также исполнительных устройств, созданных на основе пьезопакетов.

Устройство для позиционирования рабочего органа при выкопке растений // 2685143

Изобретение относится к системам автоматического управления рабочими органами сельскохозяйственных машин. Устройство содержит рабочий орган с приводом, усилитель привода рабочего органа, устройство управления, датчики для определения местоположения рабочего органа, блок энергопитания.

Фотокомпенсационный датчик плотности газов // 2683803

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности, более конкретно к автоматическим датчикам газового анализа, а именно к фотокомпенсационному датчику плотности газов, который содержит магнитоэлектрический гальванометр, включающий рамку, помещенную в зазоре постоянного магнита, и подвижную часть с жестко закрепленными на ней пластиной и зеркалом, на которое из источника света через конденсор и диафрагму направляется луч света, при этом к поверхности пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, нормально расположена входная пневматическая схема, выполненная в виде двух сопел, а в обратной связи указанного датчика расположена электрическая дифференциальная схема, включающая в себя источники напряжения и нагрузочного сопротивления, регистрирующий прибор миллиамперметр и дифференциальный фоторезистор, и указанный датчик характеризуется тем, что к входной пневматической схеме подключена цепь сравнительного газа, в одну из веток которой подключены импульсно подающий при контрольном режиме дозу пробного газа пневмораспределитель, измерительная камера для пробного газа, также подключенная к пневмораспределителю, и микроманометры, измеряющие давления газов.

Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегральный (пи) регулятор // 2781763

Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор состоит из пропорционального регулятора, в положительной обратной связи которого расположено интегральное звено, характеризуется тем, что пропорциональный регулятор включает в себя чувствительный элемент – пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования. Технический результат - повышение 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. 1 ил.