Пневматический адаптивный регулятор с переменной структурой

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

I (22) Заявлено 281277 (21) 2563982/18-24 (51)м. КЛ.2

G 05 В 13/OQ

G 05 В 11/59 с присоединением заявки Ио—

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 250680. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 250680 (5З)У41< 621.525 (08Я.8) (72) Авторы изобретения

3.M.Äæàôàðîâ и C.Ñ.Ðiáäóëëàåâ

Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности (71) Заявитель (54 ) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АДАПТИВНЕЯ РЕГУЛЯТОР

С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и управления,а именно к пневматическим 1 адаптнвнйм регуляторам с переменной структурой, и может быть использовано для адаптивного управления сильно нестационарных объектов нефтехимической, нефтеперерабатывающей и др. отраслей промышленности.

Известен регулятор с переменной структурой, содержащий регулирующий блок, состоящий из первого сумматора, входы которого соединены с входньваи каналами опорного давления, параметра и задания, а выход, через переключающее реле и переменные дросселн,. с минусовой камерой элемента .умножения на постоянный коэффициент, выход которого является выходным каналом регулятора, блок формирования функции20 переключения, входы которого соединены с каналами опорного давления, параметра и задания, а его управляющий выход с переключающим реле fg .

Наиболее близким к предлагаемому по своей сущности является регулятор, содержащий два пятимембранных сумматора, соответствующие входы которых соединены с входными каналами опорного давления, параметра и задания, выход первого пятимембранного сумматора соединен с одним из входов элемента ИЛИ и через переключающее реле и параллельно включенные два переменных дросселя — с минусовой камерой элемента умножения на постоянный коэффициент, выход которого является выходом регулятора, выход элемента ИЛИ соединен со входом управляемого сопротивления, выход второго пятимембранного сумматора соединен через второй вход элемента

ИЛИ с отрицательной камерой анализатора, выход которого соединен с управляющим, входом переключающего реле (2) .

Недостатком известных регуляторов является то, что жесткое установление.коэффициента функции переключения, во-первых, не позволяет достичь максимальное быстродействие, так как для улучшения быстродействия системы во время существования. скользящего режима, требуется перестройка коэффициента функции переключения, в зависимости от изменения параметров объекта, во-вторых, для назэанных объектов использование известного

742872 регулятора не обеспечивает существование скользящего режима при полном диапазоне изменения параметров объекта. А это приводит к потере важного свойства — свойства инвариантности к изменениям параметров объекта.

Следовательно, известный регулятор обладает ухудшенными динамическими характеристиками (пониженное быстродействие, точность и т.д1 при регу-. лировании сильно нестационарных объектов.

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик регулятора при регулировании сильно нестационар"ных объектов.

Поставленная цель достигается тем, что выход управляемого сопротивления соединен с первым входом первого блока предварения, выход первого элемента ИЛИ соединен соответственно с положительной и отрицательной камерами первого и второго элементов сравнения, со входами первого и второго блоков предварения, выход первого блока предварения соединен непосредственно с положительной и через третий переменный дроссель и емкость — с отрицательной камерами третьего элемента сравнения, выход которого соединен с ,одним из входов элемента "Неравнозначность", второй вход которого соединен с выходом анализатора знака, а выход через первый нормально закрытый клапаи соединен с соплом второго нормально закрытого клапана и через апериодическое звено и повторитель соединен со вторым управляющим входом управляемого сопротивления, выходы блоков предварения через второй элемент

ИЛИ соединены с положительной камерой второго элемента сравнения, выход которого через третий элемент ИЛИ соединен с управляющим входом второго нормально закрытого клапана, второй вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента сравнения, а выход первого блока предварения соединен с положительной камерой анализатора знака.

На .Фиг.1 показана принципиальная схема предложенного регулятора; на фиг.2 — график работы апериодическога звана.

Регулятор содержит первый пятимембранный сумматор 1, переключающее реле 2, переменные дроссели 3 и 4, элемент 5 умножения на постоянный кОэффициент, второй пятимембранный сумматор 6, элемент 7 ИЛИ, управляемое сопротивление 8 с начальным значением, первый блок предварения,включающий емкость 9, элемент 10 сравнения, анализатор 11 знака, переменный дроссель 12, емкость 13, элемент 14 сравнения,.элемент "Неравнозначность" включающий реле 15 и 16, первый нормально закрытый клапан 17, апериодическае звено, включающее переменный дроссель 18, емкость 19, повторитель ,20, второй блок предварения, включающий переменный дроссель 21, емкость

22, элемент ?3 сравнения, элемент 24

ИЛИ, элементы 25 и 26 сравнения, элемент 27 ИЛИ, второй нормально закрытый клапан 28.

Адаптивный регулятор построен на стандартных элементах прокаленной пневмоавтоматики УСЭПА.

Регулятор работает следующим образом.

Сигналы в виде давления сжатого воздуха, пропорциональные текущему значению регулируемого параметра Р и его заданному значению Р, поступают соответственно по каналам задания и параметра в первую минусовую и вторую плюсовую камеры сумматора 1, и во вторую плюсовую и первую минусовую камеры сумматора 6, а в их пер @ вые плюсовые камеры подводится сигнал опорного давления Р по каналу опорного давления.

Регулятор выполняет алгоритм управления в виде дф(РР)Р(1) йя..

«й аа" 4

" 4; я Я.<О

Р „„- регулирующее воздействие, ЗО P — сигнал рассогласования, Р = Р -Р коэффициент усиления регулятора, 3 — функция переключения(Я=О, 35 прямая скольжения), коэффициент которой перестраивается при изменении параметров объекта до достижения своего оптимального значения в однозначной за40 висимости с изменением выходного сигнала адаптивного контура Раф

Выходной сигнал сумматора 1 г = — + (2)

45 проходя через проточные камеры реле

2, переменные дроссели 3 и 4, поступает в минусовую камеру элемента умножения на постоянный коэффициент

5, на выходе которого отрабатывается регулирующее воздействие вида

3) где К получает одно из двух значений

К или К в зависимости от уровня сигнала, формируемого при помощи блока формирования функции переключения сущ аторы 1,6 элемент 7 ИЛИ, управляемое сопротивление 8, емкость 9, элемент 10 сравнения

g р у " +)Рх + Р„, (4) чьи /о = " а d ,- 4) и анализатора знака 11, к входам которого подаются сигналы Р и Р а на выходе получается

742872

ЛД вЂ”; — а/ рх

V где 7 р, CK9 — постоянная времени первого узла предварения, 5 (/ p = Q ) — перестраиваемый коэффициент функции переключения — проводимость управляемого сопротивления, 10 значение которой изменяется в зависимости с изменением Ра3 .

При этом с помощью сумматоров 1 и б и элемента 7 ИЛИ вычисляется модуль )5 ошибки р ц 7 = рп-Ц + i o 6)

Принцип работы адаптивного контура построен на основе анализа скользящего режима и переходного процесса. Я

Условие существования скользящего режима имеет вид д- C O . Это выражение определяет работу блока анализа скользящего режима.

На входы элемента 14 сравнения поступает сигнал g@x(p на выходе которого получается сигнал

Ф ж т d8 с ЗО

Pg l//и Р@,// поступают на входы элемента 15 и 16 "Неравнозначность", на выходе которого отрабатывается сигнал

- i iyp gV sign

Р алых.!б g ц Я ЦЯ

Факт возникновения скользящего режима характеризуется серией импуль- сов в виде сигнала Pgb 6, который 40 через нормально закрытый клапан 17 (предотвращает обратное течение сиг- с нала и формирует импульсы) поступает йа вход апериодического звена, выход которого определяется выражением 45 à8 80/x. 7 Д Д где Tp= ф постоянная времени. Скорость изменения коэффициента функции переключения, т.е.скорость перестройки прямой скольжения и точность перестройки определяется значением изменения проводимости переменного дросселя 18 апериодического звена. Это значение выбирается экспериментально по наименьшему времени переходного процесса.

Как видно из графика фиг.2, при наличии скользящего режима с помощью серии импульсов формируется сигнал 60

Роз . Сигнал Рад, подключенный ко второму управляющему входу управляемого сопротивления 8, однозначно меняя проводимость управляемого сопротивления с начальным значением И, Сигнал Ð,,X р поступает на входы блока предварения, на выходе которого получается сигнал / х/ ь,А, = 0 7N / l xl o

Далее P+ix,Я и Pggx,/0 поступают выходы элемента 24 ИЛИ, выход го равен на которс—

Ьи .г =/r yp / / Ро!

col рх / 7, (- Я I а // XI Р 7 )О

Этот сигнал сравнивается с Р у и на выходе элемента 26 имеем ф . = лр/7 ?," /

-Ф х /

Р = 7 n;/@g I u/ аыА .25 х соединены с входами элемента 27 ИЛИ, на выходе получается сигнал

Р = юуп// -д — /У 9 / к/ (p - O / XI /= О достигается начало координат на фазовой плоскости с помощью р „„ выход сообщается через нормально закрытый клапан 28 с атмосферой и коэффициент прямой скольженИя получает свое начальное значение C0 .

При изменении условия работы объекта процесс адаптации повторяетвя и протекает аналогичным образом.

Таким образом, предложенный регулятор обладает свойством самонастройки, т.е. в зависимости от изменения параметров объекта, которые косвенно характеризуются наличием в системе скользящих режимов, перестраивается коэффициент функции переключения, тем сам=и, достигается

"поворачивает" прямую скольжения го часовой стрелке к границе существования скользящего режима, где скольжение происходит с максимальной скоростью. Один из управляющих входов сопротивления В соединен с давлением начального значения Рк (С ) .

При срыве скользящего режима, т.е. сИ // при а -у .> прямая скольжения сохраняется с предыдущим коэффициентом (регулятор работает на границе срыва скольжения/

Работа блока анализа переходного процесса, первый и .второй блоки предварения, элементы 24 и 27 ИЛИ, элементы 25 и 26 и клапан 28) происходит следующим образом.

742872

-1>0P»".«Лэ )I":.. 0«7)7e 1 Е Н ИЯ

1 высокоточ)»ое pei уIII»populi»I»e (ильно»»естационарных об ьектов.

И»-»ев»;" »:;нес»(ий,адэ»» i".ëв -1,гй О т уляTQp с пе1"=м .:ИИGH структуРОЙ« ООдержэ.— щий ДВа.г»ятимембрэ.нных с >«мматора, ссответст--,у»В»цие входь» которых соединены с Вход ы»»и каналами опорного дфвлеHHÿ, парамстра и задания, Вых()д пЕрвогo пятиме»4бранногo QyMMHTopñi 3 с())единен с одним из ".ходов первого элемента ИЛИ и чер(з Г»е(7е ключ а»()D;eе р@ле и паралл=-,льно вклю.»енные д:-:.В I)еременных,цросселя - с минусовой камерой эле»«»ента умножения на постоян"" j ный коэфф1 иеHТ q BEzoд котop(7BО явт»яется БыхОдОМ регу)»ято»7а z выхоц пе)7ВОГО элеме."-1та ИЛИ . ОеДинен 00 входами управляемого сопротивления, выход второго пятимембранного сумматора сосдинен через Второй Вход элемента ИЛИ -. Отрицательной камерой анализатора знака, Выход которого соединен с управляющим Входом перек »ючающего реле, о т л и ч а ю «щ и ис я тем, что, с целью улуч»»»ения дйнамических характеристик регулятора, он содержит блоки предварения, элементы сравнения, третий переме н и дроссель, емкость,. элемент еравнозначность,»»Ормально закрыГть»е клапаны, апериодическое звено, п«овторитель; второй и третий элементы ИЛИ, причем выход управляемого сопротивления соединен с и рвым

Входом первОГО блОки преДВэрения, выход первого э«Цемента ИЛИ со"»,:.;.Heí

000ТВЕТСТВЕ»»НО C rioiio«. .I«òeiiüíoé И отрица 1 ель H Ой»(амерами»»epBQ1 0 и

БТОрОГО элем нтов Q)7GBH-ния« сО ВхО

« )а««и ie )О«ГО H Второго б)локов предВарениЯ,- ВыхОД парвог0 блОка преЦВарения соедине H непс средстве н;;0 с положительной и через третий переменньтй дроссель и емкост-., — с отрица.тельной камерами третьего элемента сраВнения, ВыхОд которОГО соединен с одним из ВКОДОБ элемента Нерав—

:=:ОЗНЭ. .":QoiH « ВТОРО» .ВХОД KOTOPOI 0 соединен с Вы7(одом анализатора знака« а Выход через первый нормально за.— крытый кла.пан соединен с соплом

:-.;:торого НОрмальнО закрытОГО клапана

H через апериодическое звено и поВторитель соединен со вторым управляющим Входом управляемо"î сопротивления, Выходы блоков предварения через Bторо - элемент ИЛИ соединены с положительной камерой второго элемента, сравнения, выход которого через третий элемент ИЛИ соединен с упр Вляющим входом второго нормально закрытого клапана, второй Вход третьего элемента ИЛИ соединен с выходом первого элемента сравнения, а

Выход первого блока предварения соединен с положительной камерой анализатора знака.

ИстОчники инфор»«»эЦии, принятые Во нимание при экспертизе

1. Пне»»моавтоматик— : "Наука", 1972, 0.122, рис.2.

2, Беренде Т.К. и др. Элементы и схемы пневмоавтоматики. "Иашиностро())ие", 1960, с. 177, 17ис. 110 (прототиг»).

742872

Составитель О.Гудкова

Редактор Т.Киселева Техред Э. Фечо Корректор М.Божо

Заказ 3617/13 Тираж 956 . - Подписное

IlHHHDH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4