Пневматический регулятор с переменной структурой

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (1 748345

Ф

Ъ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04,0578 (21)2611851/18-24 (51)М. Кл.2 с присоединением заявки ¹

G 05 В 11/58

С 05 В 13/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1507.80 Бюллетень № (5З) УД) 621" 525 (088. 8) Дата опубликования описания 15p78p (72) Авторы изобретения

А.A. Говоров, В.И. Саломыков, В.В, Подсевалов,t0.И. Давыдов и Л.П. Шершнев

Щекинское ордена Ленина производственное объединение

"Азот" имени 50-летия СССР и Тульский политехнический институт (71) Заявители (54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ

СТРУКТУРОЙ

Изобретение относится к технике автоматического управления и предназначено для регулирования техноло-. гических параметров в химической, металлургической, нефтегазовой, пищевой и других отраслях народного хозяйства.

Известен пневматический регулятор переменной структуры, содержащий ре- гулирующее устройство и подключенное к нему через устройство переключения логическое устройство, составной частью которого являются блоки релейной сигнализации (сигналиэатор знака производной, сигнализаторы верхнего и нижнего отклонений) (1) .

Однако известный регулятор при управлении объектами с переменными параметрами и запаздыванием не обладает достаточной помехозащищенностью, устойчивостью и точностью работы.

Известен также регулятор с пере-. менной структурой, содержащий регулирующий блок, блоки переключения, логический блок, элемент сравнения, блоки релейной сигнализации, два из которых определяют знаки выходных сигналов первого и второго блоков предварения (входящих в состав этих же блоков релейной сигнализации)

523 .

Однако этот регулятор является довольно сложным по конструкции,требует большого количества блоков релейной сигнализации, в состав которых входит такое же количество блоков предварения или дифференцирования, блоков определения абсолютных значений сигналов ошибки и ее производной.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности, устойчивости и .точности регулятора.

Эта цель достигнута благодаря тому, что в предлагаемом регуляторе первый и второй блоки релейной сигнализации содержат сигнализаторы верхнего и нижнего отклонений, выходы которых поступают на входы логического блока, содержащего первый и второй элементы ИЛИ, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков релейной сигнализации, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, а выход соединен с первым входом блока переключе748345 ния, первый элемент "Запрет", на вход которого подаемся сигнал с выхода первого элемента ИЛИ, на запрещающий вход — с выхода второго элемента ИЛИ, а выход соединен со вторым входом блока переключения, второй элемент "Запрет", на вход которого подается сигнал с выхода второгo элемента ИЛИ, на запрещающий вход - с выхода первого элемента ИЛИ

t а выход соединен с третьим входом блока переключения, первый элемент

И, входы которого соединены с выходами сигнализаторов верхнего отклоненйя, второй элемент Н, входы которого соединены с выходами сигнализато ров-нижнего отклонения, и третий элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов

И, а выход соединен с четвертым входом блока переключения.

На фиг. 1 приведена принципиаль ная схема предлагаемого регулятора; на фиг. 2 — разбиение фазовой плос, кости логическим устройством на области.

Регулятор состоит из элемент а сравнения 1, двух блоков предварения сигнализатор 8 — Б! сигнализатор 9 сигнализатор 10 — 5 2 сигнализатор 11

Справедливость вышесказанного лег5О ко проверить, если составить логи-. ческие выражения зависимостей сигна-. лов Р; от э!; Блок 5 переключения параметров закона регулирования в зависимости от значений логических сигналов на его входах устанавливает в регулирующем блоке 4 различные значения параметров настройки каждой составляющей ПИД-закона регулироваЙия, Наиболее эффективен следующий алгоритм работы регулятора при P4= "1" (область !), . при Рр "1" (область I ), при Р, = "1" (область ! ), при Р = "1" (область I Ч), 0 > = 0" (область Ч), 4 где j. >Ь„ъо; Т .>Т „.; ь,„и а z- значения зон нечувствительности блоков релейной сигнализации б, 7;

Т4 и Т вЂ” постоянные времени блоков предварения 2 и 3; сигнал рассогласования;

К вЂ” производная по времени сигнала рассогласования.

Логические сигналы с сигнализаторов 8, 9, 10, 11 поступают на входы логического блока 12 и вызывают появление"на выходах логического устройства сигналов, соответствующих логической единице "1" при следующих условиях: . Р4 = "1" при (X + TqX ) л„и (x +

+ТРА ) < а, что соответствует области на фиг. 2;

"1" при (Х + т„Х ) >д„и (x +

+Т к ) 4a,, что соответствует области

II на фиг. 2; Р "1" при (х + тх ) л! и (x +

+ T x ) >a,< что соответствует "об-. ласти III на фиг. 2; (к4+ 1/тц„Р ) x (Г Р +А4)Х (! q.,Р + Н, )+4/T, Р ) >:

К прн Р. = "0" Р = "0" л

2, 3, регулирующего блока 4 для реализации стандартного ПИД-закона, блока 5 переключения (параметров настройки или закона регулирования), двух блоков релейной сигнализации б, 7, содержащих сигнализаторы 8, 9 нижнего и сигнализаторы 10, 11 верхнего отклонений выходных сигналов блоков предварения за нижние и соответственно верхние границы зон не-!

О чувствительности, логического блока

12,содержащего элементы HJIH 1.3,14,15, элементы И 16, 17, элемент ИЛИ-HE 18 и элементы "Запрет" 19, 20.

Регулятор работает следующим обра— зом.

На входы элемента сравнения 1 поступают сигнал задания z и текущее значение регулируемого параметра а на его выходе образуется сигнал рассогласования Х

На выходе блока предварения 2 формируется сигнал (x + т„x ), на выходе блока предварения 3 — сигнал (X+ T x ) релейные сигнализаторы 8,9,10, 11, формируют следующие логические сигналы:

=("1" при (X + T„X )(— Ь4 "0" при (Х + т„x )>- <

"1" при (Х+ ТХ)<-д

"0" при (! + т Х ) y-II ("1" пр и (». + T Х) >+ (0" при (X Т ) (+д "1" при (X + т x) ) %-д !

О" при (A + т jc) (g

Р4 1 при (Х + v<Х )>Ь4и (x +

+ Т.Х )>А, и%до (Х + ТХХ) =заЯ n (Х +

+ ТК ), что соответствует области

40 I V на фиг. 2.

Отметим, что две и более логичеСкие единицы "1" на выходах логического устройства появиться не могут.

Наличие на выходах логического устройства только одних логических нулей соответствует области V. на фиг- 2. 748345 где к„,тц„, Tgq - умеренные настройки ПИД-закона регулирования, соответственно пропорциональной,,интегральной и дифференциаль ной составляющих;

К,Tug., Тд2 — форсированные настройки ПИД-закона ре гулирования;

Р— оператор Лапласа, K<)Kq, тиъ<Тч4, т > Т „ н скобках указаны номера областей на фиг 2

Если текущие значения рассогласования и его производной малы по абсолютной величине, то есть сигналы на выходе блоков предварения 2,3 находятся внутри установленных зон нечувствительности в блоках релейной сигнализации 6,7, что соответствует области I на фиг. 2, то на первом выходе Р, логического блока 12 сигнал равен логической "1", который поступает на первый вход блока переключения 5, отключающего в регулирующем блоке 4 все составляющие закона регулирования, в результате чего управляющее воздействие на выходе регулятора не меняЕтся (приращение его равно нулю).

Аналогично, если сигнал на выходе какого-либо блока предварения 2 или

3 выйдет из установленной для него зоны нечувствительности, срабатывает соответствующий блок релейной сигнализации 6 или 7, логический блок выдает сигнал на втором Р или третьем Р выходе, блок переключения параметров 5 по команде от логического блока 12 установит в регулирующем блоке 4 соответствующий закон регулирования: если Р = "1", то отключена только дифференциальная составляющая закона, если Р = "1", то отключается интегральная составляющая.

Если регулируемая величина ч удаляется от задания Z или приближается к нему с очень большой скоростЬю (область 1Ч на фиг. 2), в блоках релейной сигнализации б, 7 срабатывают сигнализаторы отклонений одного кипа (оба верхнего или оба нижнего), логический блок выдает сигнал Р на четвертом выходе, равный "1", а блок переключения 5 по этому сигналу устанавливает форсированные настройки

ПИД-закона регулирования.

Если регулируемая величина приближается к заданию со степенью затухания, заключенной н интервале (1/т, 1/Т„ ), в блоках релейной сигнализации б, 7 срабатынают сигнализаторы отклонений разного типа (область V на фиг. 2), то логическое устройство выдает на выходах только ! логические нули, а устройство переключения оставит в законе регулирования только пропорциональную состав- ляющую (чтобы не было больших скачков по управлению при выходе в эту область из смежных областей II,III).

По сравнению с известными предлагаемый регулятор позволяет повысить помехозащищенность системы автоматического .регулирования (так как при малых значениях х и X U = 0); повысить устойчивость системы при наличии запаздывания и объекте (так как структура регулятора изменяется с упреждением не в тот момент, когда

Х + Т х = О, а заранее, в момент,когда (Х +Т Х )<Л ); повысить точность работы системы (так как форсированные параметры. настроек закона регупирования устанавливаются в моменты, когда регулируемая величина удаляет20 ся от задания или приближается к нему с большой скоростью); повысить срок службы исполнительного механизма (так как скачки по управлению в моменты переключения структуры регу25 лятора незначительны).

Формула изобретения

30 Пневматический регулятор с переменйой структурой, содержащий эле:мент сравнения, связанный с ним регулирующий блок и подключенный к не. му блок переключения логический

35 блок, первый и второй блоки релейной сигнализации, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго блоков предварения,вхо- ды которых соединены с выходом элеАО мента сравнения, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения помехозащищенности, устойчивости и точности регулятора, в нем блоки ре-. лейной сигнализации содержат сигна4 лизаторы верхнего и нижнего отклонений, а логический блок содержит первый и второй элементы ИЛИ, входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго блоков ре,лейной сигнализации, элемент ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого под- ключены соответственно к выходам первого и второго элементов ИЛИ, а выход соединен с первым входом бло<ка переключения, первый элемент

И "Запрет", вход которого соединен с ныходом первого элемента ИЛИ, запрещающий вход — с выходом второго элемента ИЛИ, а выход соединен со вторым входом блока переключения, втоgp poA элемент "Запрет", вход которого соединен с выходом второго элемейта .ИЛИ, запрещающий вход — с выходом перйого элемента ИЛИ, а выход соединен с третьим входом блока переклю-, . 5 чения, первый элемент И, входы кото748345 рого соединены с выходами сигнализаторов верхнего отклонения, второй элемент И, входы которого соединены с выходами сигнализаторов нижнего отклонения, и третий элемент ИЛИ, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, а выход соединен с четвертым входом бло. ка переключения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

5 М 364924, кл. G 05 В 13/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

9 336644, кл. G 05 В 13/02, 1971.

ЦНИИПИ .Заказ 4237/34

Тираж 956 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород,ул.Проектная,4