Пневматический регулятор с переменнойструктурой

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социавюстическик республик

<и 85 1 337 ф м г (61) Дололмительиое к авт. свид-ву 51 М К„з (22) Заявлено 301179 (23) 2845791/18-24 с присоединением заявки М

6 05 В 11/58

Государственнмй комитет

СССР но демам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет (53) УДК 621-.525 (088. 8) Опубликоваио 30p 181„Бюллетень Н9 28

Дате опубликования описания 30,0781

««

В

В.И. Баженов, A.A. Говоров и В.В. Подсевфлов г

:!

1 ь

ТУЛьский ордена Трудового Красного Знамени !политехнический институт (72} Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ

Изобретение относится к технике автоматического управления и предназначено для регулирования технологических параметроэ в химической,нефтехимической и других отраслях народного хозяйства.

Известен пневматический регулятор переменной структуры, содержащий регулирующее устройство и подключенное к нему через устройство переключения логическое устройство, в состав которого входят блоки релейной сигнализации: сигналиэатор знака производной, сигнализаторы верхнего и нижнего отклонения 1 . 15

Однако известный регулятор при уп. равлении объектами с переменными параметрами и запаздыванием не обладает достаточной помехозащищенностью, устойчивостью и точнОстью. Сигнализа- 2О тор знака производной при наличии помех может выдавать ложную информацию.

При значительных по величине значениях производной сигнала ошибки и при значениях сигнала ошибки регулирования, не превышани их установленную в сигналиэаторах отклонений зону нечувствительности, выход регулятора не изменяется, что приводит к большой динамической ошибке регулирования.

При движении регулируемой величины с большой скоростью к заданному значению закон регулирования остается таким же, как и при движении регулируемой величины к заданию с малой скоростью, что приводит к большому перерегулированню или колебаниям вокруг заданного значения.

Наиболее близкий к предлагаемому пневматический регулятор с переменной структурой, содержащий последовательно соединенные элемент сравнения, блок предварения и регулирующее устройство и подключенное к блоку предварения через устройство переключения логическое устройство, э состав которого входят блок релейной сигнализации, переключающее реле и дроссель f2). Ф

В логическое устройство могут входить также элементы ИЛИ, И, ЗАПРЕТ.

Недостатком такого регулятора являются сложность устройства переключения, большое количество переключаемых коэффициентов и,кроме того, при переключениях структуры регулятора .в течение переходного процесса происходит несколько скачков по управлению, которые могут быть значительны851337 ми при переключении пропорциональной

1составляющей.

Цель изобретения — повышение помехозащищенности, устойчивости и точности регулятора.

Указанная цель достигается тем, что в пневматическом регуляторе с переменной структурой, содержащем последовательно соединенные элемент сравнения, блок предварения с дифференирующей емкостью, регулирующее устйство, устройство переключения и блок логики, состоящий из двух до:полнительных блоков предварения,входы которых соединены с выходом элемента сравнения, входы которого подключены к входным каналам регулятора, выходы дополнительных блоков предварения соединены с соответствую- щими входами двух блоков релейной сигнализации, выходы которых соединены с входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответственно к входам первого и второго элементов ЗАПРЕТ и запрещающим входам второго и первого элементов ЗАПРЕТ, выходы которых соединены с первым.и вторым выходами блока логики, к третьему выходу которого подключен выход третьего элемента ИЛИ, входы которого соединены с выходами первого и второго элементов И, входы которых подключены к соответствующим выходам блоков релейной сигнализации, устройство переключения состоит из двух переменных дросселей и трех последовательно соединенных переключающих реле, причем выход первого переключающего реле подключен к дифференцирующей емкссти.блока предварения и через первый переменный дроссель к выходу второго переключающего реле, а через второй переменный дроссель— к выходу третьего переключающего реле, вход которого соединен с выходом блока предварения, а управляющие камеры переключающих реле соединены с соответствующими выходами блока логики.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предлагаемого регулятора, на фиг. 2 — разбивка фаэовой плоскости логическим устройством на области.

Регулятор состоит из элемента 1 сравнения, блока 2 предварения, регулирункцего устройства 3 для реализации стандартного ПИ-закона, устройства 4 переключения (параметров настройки блока предварения) и блока 5 логики. В состав блока 5 логики входят два дополнительных блока 6 и 7 предварения, два блока 8 и 9 релейной сигнализации, каждый из которых состоит из сигнализаторов=10 и 11 нижнего, H сигнализаторов 12 и 13 верхнего отклонений выходных сигналов дополнительных блоков предварения за нижние и, соответственно, верхние границы зон нечувствительности, н логические элементы: три элемента ИЛИ

14, 15, 16, два элемента И 17 и 18 и два элемента ЗАПРЕТ 19 и 20.устройство 4 переключения состоит из трех переключающих реле 21, 22, 23 и двух переменных дросселей 24 и 25. Блок

2 предварения содержит дифференцирующую емкость 26, трехмембранный элемент 27 сравнения, постоянный дроссель 28 и усилитель 29 мощности.

Регулятор работает следующим о6разом.

На выходы элемента 1 сравнения поступают сигнал 2 задания и текущее значение V регулируемого параметра, а на выходе образуется аналоговый сигнал х рассогласования, равный

В + Z - V,.Сигнал Ро необходим для установки условного пневматического

20 нуля (обычно Po = 0,6 кг"/см ), на элементе 1 сравнения сигнал Ро складывается с сигналом Z задания, в регулирукхцем устройстве 3 сигнал Р вычитается из выходного сигнала блока щ 2 предварения.

На выходе дополнительного блока б предварения формируется сигнал (х + Т ), на выходе блока 7 предварения — сигнал (х + Т „ ), релейные сигнализаторы 10 — 13 формируют следующие логические сигналы сигнализатор 10

"1" при (х + Т „ ) а — Q.„

"0" при (х + Т„„) - Д сигнализатор 11

5 - 1 при (х — . х )с — д (x + Т " ), Ям 2 снгнализатор 12 ("1" при (х + Т„„) + Д1

1i" О" при . (х + Т„„) C. + g,, @ сигнализатор 13 "1" при (х + Т „ )7 1.Д

4 О- прн (х)+ T<„) c +,, где Д 1 Ь и Т 1 ; Q н д — значения на1 1 ° страиваемых зон нечувст45 вительности блоков релейной сигнализации 8 и 9;

Т и Т вЂ” постоянные времени бло1 ков предварения б и 7, $O х — сигнал рассогласования, х — производная по времени сигнала рассогласования.

Логические сигналы с сигнализатощ ров 10-13 поступают на входы элементов 14, 15, 17, 18 и вызывают появление на выходах блока логики 5 сигналов,соответствукщих "1" при следующих условиях: ,Р е<а +Т1()4д 9 Ix4 й4CДйi что соответствует области J на фиг.2;

Р = "1" при /х+ T ° / ä и

/х + Т„ /4Ь, что соответствует об ласти I на фиг. 2, Р = "1" при /х + Т„„ / l 6, и

/х + Тйх/ d и s ign (х + Тмх з ) g n n (x ) 1 х ), что соответствует области !! I на фиг. 2.

Отметим, что две и более "1" на выходах блока логики появиться не могут. Наличие на выходах логического устройства только одних "О" соответ ствует области IV на фиг. 2. Область

IV состоит из двух подобластей, в которых либо /х + Т„„ / д„ и /x + g./4 (окрестность начала координат. фазовой плоскости), либо sign (x + Т ) )

sign (x + Т ) и /х + T

/x + Тд />h

В справедливости вышенаписанного легко убедиться, если составить логи- >5 ческие выражения зависимостей сигналов Р от 5 (здесь i, j = 1,2,3,4) .

Устройство переключения 4 в зависимости от значений логических сигна лов на его входах устанавливает в " 20 блоке предварения 2 различные значения постоянной времени Tg. В результате алгоритм регулятора будет следующим (к- р„р)x прир.=ри р=ойр =О .область I V) 25 ( (» Л„) X (рбласть 1)

"I 1exg; P при Р„=1

1 та р, (абларть 11)

Ф / „р) ) при = )

" (ф (область I Ч), ° "б" „)

tl где К,T — настройки ПИ- закона регулирующего устройства,соответственно пропорциональной и интегРальной состав- З5 ляющих;

Р— оператор Лапласа, 6, — добротность пневматического блока предварения, 4» 7,5;

М

Ф х — запомненное значение вход- 4О и ного сигнала блока предварения в момент появления сигнала P = "1".; рTg постоянные времени блока предварения, причем 45

Tg (Т устанавливаются с ь помощью переменных дросселей 24, 25.

Действительно, если на выходах блока логики все сигналы равны "О" «р (атмосфера), То во всех переключающих реле открыты верхние сопла, и выход блока предварения соединен со своей емкостью непосредственно. Блок предварения работает как повторитель входного сигнала (Tg = О). Если же в первом (или втором) выходе блока логики появится сигнал "1" (давлеиие питания), то закроется верхнее соп- ло у первого (или второго) переключающего реле, и выход блока предваре- 9© ния будет соединен с емкостью через первый (или второй) переменный дроссель и через те сопла переключающих реле, которые открыты. Блок предварения будет работать с постоянной времени Т „(илн Т ) . При появлении

2 сигнала "1" на третьем выходе блока логики выход блока предварения с помощью третьего переключающего реле отсекается от емкости, давление в которой запоминается. Блок предварения работает в этом режиме с коэффициентом а: как, усилитель, что соответствует постоянной времени, равной бесконечности (Tg = р ) .

Если текущие значения рассогласования и его производной малы по абсолютной величине, то есть сигналы на выходе блоков 6 и 7 предварения находятся внутри установленных зон нечувствительности в блоках 8 и 9 ре. лейной сигнализации, что и соответствует области )V (точнее,,подобласти )Ч в окрестности начала координат) на фиг. 2, или же, если регулируемая величина Ф приближается к заданию со степенью затухания, заключенной в интервале (1/, )/)„ — оставшаяся часть области IV на фиг. 2, — в блоках релейной сигнализации 8, 9 срабатывают сигнализаторы отклонений разного типа, то логическое устройство выдает на выходах только логические нули. В устройстве переключения будут открыты все верхние сопла переключакщих реле, выход блока пред варения поступает непосредственно в емкость 2б, что соответствует постоянной времени предварения, равной нулю (Tg = О). Блок предварения осуществляет операцию простого повторения входного сигнала.

При выходе сигнала с какого-либо

1 блока б или 7 предварения из установленной для него зоны нечувстви) тельности, срабатывает соответствую,щий блок релейной сигнализации 8 или

9, л(. )гическое устройство выдает логическую единицу на первом Р или втором Р выходе. Устройство переключения по, этой команде устанавливает в блоке 2 предварения постоянную времени Tg или Тд . если Р =- "1", то о й9. закрывается верхнее сопло у первого переключающего реле 21, и сигнал с выхода блока предварения поступает, в емкость 26 через первый перемейный дроссель 24, на котором установлена постоянная времени Tg . Аналогично, если Р = "1", то закрыто верхнее сопло в реле 22, в блоке предварения устанавливается постоянная времени

Т .

При удалении регулируемой величины Ч от задания Z или при приближении к нему с очень большой скоростью (область !(i на фиг. 2), в блоках 8 и 9 релейной сигнализации срабатывают сигнализаторы отклонений одного типа (оба верхнего или оба нижнего), логическое устройство выдает сигнал на третьем выходе, равный единице

"1". В устройстве переключения закрывается верхнее сопло третьего переключающего реле, выход блока предва-.

1 рения отсекается от емкости, что аналогично установке постоянной времени равной бесконечности (Tg =- оз ). В этом режиме блок предварения начинает работать как усилитель с коэффициентом Ж, где о - коэффициент усиления схемы элемента 27 сравнения совместно с постоянным дросселем 28. То есть с помощью блока 2 предварения устанавливается форсированная настройка закона регулирования.

По сравнению с известными предлагаемый регулятор позволяет .повысить помехозащищенность системы автоматического регулирования (при малых значениях х и х постоянная времени предварения Tg = О), повысить устойчивость системы при наличии запаздывания в объекте (структура регулятора изменяется с упреждением не в тот момент, когда /х + Т „ / = О, а заранее, в момент, когда /х + Т „ /ь azi где Т, Т„ ); повысить точность работы системы (форсированные настройки закона регулирования устанавливаются в моменты, когда регулируемая величина удаляется от задания или приближа4 ется к нему с большой скоростью);ноысить срок службы исполнительного механизма, так как скачок по управлению происходит только в тот момент переключения структуры блока предварения, когда постоянная времени становится равной нулю (при обратном переходе скачка не наблюдается),если учитывать практически неизбежную инерционность блока предварения, характеризуемую добротностью У.. Чем больше са ; тем меньше инерционность и наоборот. В таком блоке предварения скачков выходного сигнала не происходит также при переключении отличных от нуля постоянных времени,. уменьшить количество переключаемых параметров, упростить конструкцию устройства переключения, так как переключаются всего два параметра значения постоянных времени предварения Т8 и Т, значения постоянных времени Т = 0 и Tg =ю получаются без примейения дополнительных пере.менных дросселей.

Формула изобретения

Пневматический регулятор с переменной структурой; содержащий последовательно соединенные элемент сравнения, блок предварения с дифференцирующей емкостью, регулирующее устройство, устройство переключения и блок логики, состоящий из двух дополнительных блоков предварения,входы которых соединены с выходом элемента сравнения, входы которого подключены к входным каналам регулятора, выходы дополнительных блоков предварения соединены с соответствую® щими входами двух блоков релейной сигнализации, выходы которых соединены с входами первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ подключены соответст1$ венно к входам первого и второго элементов ЗАПРЕТ и запрещающим входам второго и первого элементов ЗАПРЕТ, выходы которых соединены с первым и вторым выходами блока логики, к

;щ третьему выходу которого подключен выход третьего элемента ИЛИ, выходы которого соединены с выходами первого и второго элементов И, входы которых подключены к соответствующим вы+ ходам блоков релейной сигнализации, отличающийся тем, что,с целью повышения помехозащищенности, устойчивости и точности регулятора, в нем устройство переключения состоит из двух переменных дросселей и

ЗО трех последовательно соединенных переключающих реле, причем выход перного переключающего реле подключен к дифференцирующей емкости блока предварения и через первый перемен35 ный дроссель к выходу второго переключающего реле, а через второй переменный дроссель — к выходу третьего переключающего реле, вход которого соединен с выходом блока предварения, а управляющие камеры переключающих реле соединены с соответствующими выходами блока логики.

Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР Р 364924, кл. G 05 В 13/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2605168/18-24, кл. G 05 В 13/00, 1978 (прототип) °

851337

Составитель Н.Ланин

Редактор Е. Спиридонова Техред M. Голинка КорректорГ. Назарова

Закаэ 6354/66 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам-изобретений и открытий

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

Филиал fgltl "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4