Цифровой регулятор давления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.05.79 (21) 2768015/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.

G 05 В 11/28

Геаударетвенный кемнтет

СССР

Опубликовано 28.02.81. Бюллетень №8

Дата опубликования описания 10.03.81 ео делам нзебретеннй н открытнй (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Автор изобретения

E. 3. Жирмунский

Калининградское высшее инженерное морское училище .

t (71) Заявитель (54) ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ

Устройство относится к приборам и системам автоматического управления и регулирования и может быть использовано в различных. областях науки и техники для квазиоптимального по быстродействию регулирования давления в системах второго порядка.

Известно устройство для автоматического управления, предназначенное для квазиоптимального по быстродействию управле,ния в системах второго порядка (1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является регулятор давления, содержащий датчик сигнала рассогласования и релейный усилитель (2).

Однако известный регулятор давления не учитывает при работе величину возмущений и поэтому в системах, подверженных сильным возмущениям, не обеспечивает высокой точности регулирования.

Цель изобретения — увеличение точности. регулятора давления.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство введены аналогоцифровой преобразователь, элемент задержки, пороговый элемент, блок формирования знака и последовательно соединенные дешифратор, блок памяти и блок изменения порога, причем выход датчика сигнала рассогласования соединен с входом аналогоцифрового преобразователя, выход которого соединен с входом элемента задержки, с входом дешифратора и с первыми входами порогового элемента и блока формирования знака, выход которого соединен с входом релейного усилителя, а второй вход — с выходом порогового элемента, второй вход — с выходом элемента задержки, а третий вход— с выходом блока изменения порога.

На фиг. 1 представлена блок-схема регулятора давления;- на фиг. 2 — принципиальная схема конкретной реализации дешифратора, блока запоминания, блока изменения порога и порогового элемента.

Регулятор содержит датчик 1 сигнала рассогласования, аналого-цифровой преобразователь 2, элемент 3 задержки, пороговый элемент 4, блок 5 формирования знака выходного сигнала, релейный усилитель 6, дешифратор 7, блок 8 запоминания, блок 9 изменения порога.

Принципиальная схема конкретной реализации дешифратора, блока запоминания уровня отклонения регулируемой величины, блока изменения порога и порогового элемен809060 та с переменным отрицательным порогом содержит логический элемент ИЛИ 10, логические элементы И 11 — 13, триггеры 14, . 15. логические элементы И 1б — 18, выходные резисторы которых имеют различные проводимости, пропорциональные составляющим (весам) переменного порога, логический элемент 11.1И 19. Кроме того, обозначены веса 1 — -Ч1 входов и выходов, цифровые разряды А — А с выхода элемента задержки, цифровые разряды А с инверсных выходов, цифровые разряды В, — В с выхода ан лого-цифрового преобразователя, вход

Д-знакового разряда аналого-цифрового преобразователя.

Пороговый элемент представляет собой триггер Шмидта, в котором резисторные разветвления в базовых цепях первого и второго каскадов являются соответственно положительными и отрицательными входами, веса которых определяются проводимостью резисторов, линия 3 задержки в сочетании с пороговым элементом 4 является дифференциатором отклонения регулируемой величины, а пороговый элемент является одновременно сумматором пропорциональной и

20 дифференциальной составляющих регулируемой величины.

Устройство работает следующим образом.

Датчик 1 сигнала рассогласования выдает на вход блока 2 аналоговый сигнал.

На выходе аналого-цифрового преобразователя этот сигнал преобразуется в цифровой двоичный код и подается на отрицательные входы порогового элемента 4 и через элемент 3 задержки на положительные входы порогового элемента.

Кроме того, аналого-цифровой преобразователь 2 вырабатывает тактовые импульсы и обеспечивает одновременность поступ30 ления информации со своего выхода и с выхода линии 3 задержки на вход порогового элемента 4. Пороговый элемент 4, имея на положительных входах число, отображающее Х (n), а на отрицательных X (п+ 1) сравнивает разность взвешенных в соответствии с весами входов сигналов на положительном и отрицательном входах порогово40 тавление пропорциональной и дифференциальной составляющих отклонения регулируемой величины, а также учет возмущений и начальных условий процесса (через переменный отрицательный порог) и определяется момент переключения выходного сигнала регулятора. Блок 5 определения знака выходного сигнала, сопоставляя информацию с выхода порогового элемента 4 с информацией о знаке отклонения регулируемой величины, поступающей с выхода аналогоцифрового преобразователя 2, определяет знак выходного сигнала регулятора между моментами переключений. Релейное усили50 го элемента с переменным отрицательным порогом. Таким образом, производится сопос- 4s

4 тельное звено б задает соответствующий уровень выходного сигнала регулятора, определяемый ограничениями в данной конкретной системе. При этом форма выходного сигнала является релейной и задача регулятора в основном сводится к определению момента переключения с форсировки переходного процесса на интервал, снимающий перерегулирование. Дешифратор 7, блок 8 запоминания уровня отклонения регулируемой величины, блок 9 изменения порога совместно с пороговым элементом 4 осуществляют коррекцию по возмущениям, определяя дискретно уровень возмущений по уровню максимального отклонения регулируемой величины, дешифратор 7 фиксирует факт достижения максимальным отклонением регулируемой величины определенного уровня и передает информацию на вход блока 8 запоминания уровня отклонения регулируемой величины, который преобразует эту информацию в соответствующую комбинацию выходных сигналов триггеров и хранит ее в течение всего переходного процесса. Блок 9 изменения порога сопоставляет информацию с выхода блока 8 запоминания уровня отклонения регулируемой величины с информацией о текущем значении отклонения регулируемой величины с выхода аналого-цифрового преобразователя 2 и задает соответствующую величину отрицательного порога порогового элемента 4, который, сопоставляя ее с пропорциональной и дифференциальной сопоставляющими отклонениями регулируемой величины, определяет момент переключения выходного сигнала регулятора.

Работу элементов, осуществляющих коррекцию по возмущениям, лучше проследить по принципиальной схеме конкретной реализации этих элементов (фиг. 2). Вход D элементов И 12, 13 имеет единицу только при отрицательных отклонениях регулируемой величины и определяет неравнозначность информации на выходе дешифратора 7 при различных знаках отклонения регулируемой величины для данной конкретной системы.

При положительном отклонении регулируемой величины и достижении им значения, соответствующего числу В 4 (это означает единичный сигнал на входе третьего разряда В ) с выхода элемента ИЛИ 10 поступает единичный сигнал на вход S триггера 14 и переключает его в единичное состояние.

При отрицательном отклонении регулируемой величины то же самое происходит при

В 2, поскольку в этом случае с выхода элемента И 13 через элемент ИЛИ 10 на вход S триггера 14 также поступает единичный сигнал. При отрицательном отклонении регулируемой величины и при В = 7 с выхода элемента И 12 поступает единичный сигнал на вход S триггера 15, устанавливая его в единичное состояние. Поскольку переключение выходного сигнала регулятора мо809060 жет иметь место при сравнительно небольших величинах отклонения регулируемой величины при приближении процесса к установившемуся режиму, .двоичное число В, отражающее отклонение регулируемой величины, имеет в данной системе всего три разряда. При В> 7 имеет место переполнение разрядной сетки аналого-цифрового преобразователя, определяющее форсировку переходного процесса постоянной величиной выходного сигнала регулятора. Пере- ключение триггеров 14 и 15 в нулевое состояние происходит единичным сигналом с выхода элемента И 11 при В - 1. Поэтому информация на выходе триггеров 14 и 15 хранится в течение всего переходного процесса, т.е. пока число, отражающее отклонение регулируемой величины, больше единиЦЫ.

Элементы И 16 — 18 сопоставляют информацию с выхода триггеров 14 и 15 с определенными значениями числа В, поступающего на вход элементов с выхода аналого-циф- 20 рового преобразователя и формируют величину отрицательного порога порогового элемента 4. Выходной сигнал каждого из элементов И 16 — 18 имеет определенный вес, пропорциональный проводимости выходного резистора соответствующего элемента. Через

25 элемент ИЛИ 19 на один из положительных входов порогового элемента поступает сигнал, вес которого равен сумме весов тех элементов И 16 — 18, которые в данный момент имеют совпадение единичных сигналов gp на всех входах.

Таким образом, переменный отрицательный порог порогового элемента 4 выполняется в виде положительного входа с переменным весом, который определяется комбинацией сигналов на выходе элементов И

16 — 18 блока 9 изменения порога.

Формула изобретения

Цифровой регулятор давления, содержащий датчик сигнала рассогласования и релейный усилитель, отличаюшийся тем, что, с целью увеличения точности регулятора, в него введены аналого-цифровой преобразователь, элемент задержки, пороговый элемент, блок формирования знака и последовательно соединенные дешифратор, блок памяти и блок изменения порога, причем выход датчика сигнала рассогласования соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с входом элемента задержки, входом дешифратора и с первыми входами порогового элемента и блока формирования знака, выход которого соединен с входом релейного усилителя, а второй вход — с выходом порогового элемента, второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, а третий вход— с выходом блока изменения порога.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 442456, кл. G 05 В 11/16, 1972.

2. Патент Великобритании № 1330176, кл. G 05 В 11/28, опублик. 1977 (прототип).

l 4 М)

Составитель Р. Батаршин

Редактор И. Ковальчук Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетник

Заказ 10878/53 Тираж 951 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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