CS272914B1 - Connection for regulator's integrating component limitation, especially for cascade automatic control systems' master regulators - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro omezování integrační složky regulátorů, zapojených jak v jednoduchých regulačních obvodech, tak zejména jako hlavních regulátorů v kaskádních regulačních obvodech.

Je známo; že omezení polohy akčního členu narušuje činnost regulátorů s integrační složkou. Dostane-li se akční člen na dolní nebo horní doraz a regulátor nemá omezeni integrační složky,'potom při nenulové regulační odchylce neustále vzrůstá integrační složka. K návratu akčního členu do regulačního rozsahu dojde až při dostatečném poklesu integrační složky v důsledku změny polarity regulační odchylky. Důsledkem tohoto opožděného návratu jsou obvykle velké překmity regulované i akční veličiny. Tento jev se často nazývá jako wind-up efskt. Pro zmenšení nebo odstraněni překmitů, tj. wind-up efektu, je nutné vhodně omezit integrační složku tak, aby se akční Člen vrátil do regulačního rozsahu a ne až po delší době po změně polarity regulační odchylky.

Dosud se běžně užívá omezení integrační složky, tj. Výstupu z integračního kanálu regulátoru na předem zadané meze. Nevýhody tohoto zapojeni se projeví zejména v regulačních obvodech s více vnitřními regulačními smyčkami, například v kaskádních. V důsledku působících poruch se akční veličina může postupně pohybovat v širokém rozmezí a proto předem nelze zadat vhodně malé meze na integrační složku hlavního (nadřazeného) regulátoru. Tímto zapojením obecně nelze odstranit wind-up efekt.

Je méně známo užiti tzv. naváděcího signálu,' tj. signálu, na který se řídí výstup integračního kanálu při omezení akčního členu. Současně se odpojuje vstup integračního kanálu od signálu regulační odchylky. Jako naváděcí signál se užívá bu3 měřená akční veličina, tj. veličina, která je vstupem do regulované soustavy nebo se užije poslední hodnota integračního kanálu před omezením akčního členu. Obě tato zapojení jsou obecně výhodnější, než prosté omezení integrační složky, Jejich nevýhodou je to, že velikost poslední {zmrazené} hodnoty integračního kanálu i průběh měřené akční veličiny závisí na průběhu poruchy, která vyvolala akční zásah, vedoucí k omezeni akčního členu. Důsledkem toho je, že v některých situacích vada k menším překmitům regulované veličiny užití měřené akční veličiny, v jiných užití zmrazené hodnoty integračního kanálu, což závisí na předem neznámém průběhu poruchy.

Uvedené nevýhody se odstraní zapojením podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že blok logického součtu mé první vstup spojený se zdrojem logického signálu dolní meze akčního členu, druhý vstup připojený na zdroj logického signálu horní maze akčního členu a výstup, který je připojen na řídicí vstup bloku druhého řízeného přepínače, na jehož vstup je připojen výstup integračního bloku regulátoru. Výstup druhého řízeného přepínače je zapojen na vstup bloku paměti, jehož výstup je připojen současně na druhý vstup bloku pro výběr maxima a na druhý vstup bloku pro výběr minima. Zdroj signálu měřené akční veličiny je připojen na první vstup bloku pro výběr maxima a současně na první vstup bloku prvního řízeného přepínače, na jehož první vstup js zapojen výstup bloku pro výběr maxima. Řídicí vstup bloku prvníno řízenéno přepínače je spojen s výstupem bloKu přepínače, jahož první vstup je propojen se zdrojem logického signálu dolní meze akčního členu a druhý vstup je propojen se zdrojem logického signálu horní meze akčního členu. Výstup bloku prvního řízeného přepínače je připojen na vstup naváděcího signálu integračního bloku regulátoru,’ jehož řídicí vstup navádění integračního bloku je spojen s výstupem bloku logického součtu. Vstup integračního bloku regulátoru je spojen se zdrojem signálu regulační odchylky, který je připojen také na vstup bloku dalších složek regulátoru, majícího první vstup spojený s výstupem integračního bloku regulátoru. Výstup součtového bloku regulátoru js zdrojem signálu vypočtené akční veličiny regulátoru s omezením integrační složky.

Výhodou zapojení pro omezeni integrační složky podle vynálezu, užitého zejména pro hlavní regulátory regulačních obvodů je to, že se zlepšuje kvalita regulace oproti stá'Λ

CS 272 914 Bl vajicim způsobům, protože z obou možných signálů užitých pro naváděcí signál se na základě logického rozhodováni vybírá ten signál, který vede k dřívějšímu návratu akčního členu do regulačního rozsahu. Důsledkem včasné reverzace akční veličiny je zmenšeni az odstraněni překmitů regulované veličiny, tj. potlačuje se wind-up efekt. Uvedené zapojeni s výběrem naváděcího signálu, který se provádí automaticky, odstraňuje také dosavadní závislost předem zvoleného naváděcího signálu na působící poruěe.

Příklad zapojeni pro omezování integrační složky regulátoru podle vynálezu je nákres len na blokovém schématu na připojeném výkresu.

Blok £ logického součtu má prvni vstup 61 spojený se zdrojem 204 logického signálu dolní meze akčního členu, druhý vstup 62 připojený na zdroj 203 logického signálu horní mezehakčního členu a výstup 63, který je připojen na řidiči vstup 73 bloku 7 druhého řízeného přepínače, na jehož vstup 71 jo připojen výstup 82 integračního bloku £ regulátoru. Oe-li olgnál, přivedoný na řídící vstup 73 bloku 7 druhého řízeného přopínačo roven logické nule, je propojen výstup 72 a vstup 71. Výstup 72 druhého řízeného přepínače 7 je zapojen na vstup 31 bloku 3 paměti, jehož výstup 32 se nemění, je-li na jeho vstup 31 přiveden nulový signál. Výstup 32 bloku 3 paměti je zapojen současně na druhý vstup 12 bloku _1 pro výběr maxima o na druhý vstup 22 bloku 2 pro výběr minima. Zdroj 201 signálu měřené akční veličiny je připojen na prvni vstup 11 bloku i pro výběr maxima a současně na prvni vstup 21 bloku 2 pro výběr minima, jehož výstup 23 je připojen na druhý vstup 52 bloku 5 prvního řízeného přepínače, na jehož první vstup 51 je zapojen výstup 13 bloku _1 pro výběr maxima. 3e-li 3ignál, přivedený na řídicí vstup 54 bloku £ prvního řízeného přepínače roven logické nule, je propojen výstup 53 tohoto bloku se svým prvním vstupem 51. Řídicí vstup 54 je spojen s výstupem 43 bloku 4 přepínače, jehož první vstup je propojen se zdrojem 202 logického signálu dolní meze akčního členu a druhý vstup je propojen se zdrojem 203 logického signálu horní meze akčního členu. Podle polarity regulátorů vnitrních regulačních smyček se přepíná blok 4 přepínače, a to tak, že pro kladnou polaritu regulátorů vnitřních regulačních smyček se propojí výstup 43 a druhý vstup 42 bloku přepínače. Výstup 53 bloku £ prvního řízeného přepínače je připojen na vstup 83 naváděcího signálu integračního bloku 8 regulátoru, jehož řídící vstup 84 naváděni integračního bloku £ regulátoru je spojen s výstupem 63 bloku £ logického součtu, vstup 81 je spojen se zdrojem 204 signálu regulační odchylky, který jo připojen také na vstup 101 bloku 10 dalších složek regulátoru. 3e-li signál, přivedený na řídicí vstup 84 naváděni integračního bloku £ regulátoru roven logické nule, integruje integrační blok 8 regulátoru signál ze zdroje 204 signálu regulační odchylky, přivedený na vstup 81, CJe-li signál, přivedený na řídicí vstup 84 navádění integračního bloku 8 regulátoru roven logické jedničce, řidí se výstup 82 integračního bloku £ regulátoru na signál, přivedený na vstup 63 naváděcího signálu integračního bloku £ regulátoru. Výstup '102 bloku 10 dalších složek regulátoru je připojen na druhý vstup 92 součtového bloku 9 regulátoru, majícího první vstup 91 spojený s výstupem 82 integračního bloku £ regulátoru, přičemž výstup £3 součtového bloku £ regulátoru je zdrojem 205 signálu vypočtené akční veličiny regulátoru s omezením integrační složky v případě dosažení dorazu akčního členu.

Funkce zapojení podle vynálezu je následující. Oestližo je akční člen v regulačním rozsahu, jsou signály ze zdroje 202 logického signálu dolní meze akčního členu a ze zdroJ^{Q 203} logického signálu horní meze rovny logické nule. Tyto signály jsou připojeny na prvni vstup £1 a na druhý vstup 62 bloku £ logického součtu, na jehož výstupu 63 je signál nyní rovný logické nule, který je připojen na řídicí vstup 64 naváděni integračního bloku £ regulátoru a současně na řídicí vstup 73 bloku 7 druhého řízeného přepínače. Protože na řídicí blok £4 navádění integračního bloku O regulátoru je nyní přiveden signál rovný logické nule, je činnost naváděni výstupu 82 integračního bloku 8 regulátoru vyřazena a integruje se signál ze zdroje 204 signálu regulační odchylky, přivedený na vstup £1 integračního bloku £ regulátoru. Signál z jeho výstupu 82, odpovídající integrační slož ce, je připojen na vstup 71 bloku 7 druhého řízeného přepínače. Protože na řídicí vstup 73

CS 272 914 Bl bloku 7 druhého řízeného přepínače je nyní přiveden signál rovný logické nule,' jsou nyní propojeny vstup 71 a výstup 72 tohoto bloku. Signál z výstupu 72 bloku 7 druhého řízeného přepínače je připojen na vstup 31 bloku 3 paměti, na jehož výstupu 32 je signál odpovídající okamžité hodnotě integrační složky regulátoru.

□estliže se akční člen dostane na dolní nebo horní doraz,' příslušný signál ze zdroje 202 logického signálu dolní meze. akčního členu je roven logické jedničce. Tento signál se přes blok 6 logického součtu přivede na řídicí vstup 73 bloku 7 druhého řízeného přepínače, čímž se rozpojí výstup 72 od vstupu 71 tohoto bloku,’ a tím se odpojí vstup 31 bloku 3 paměti od signálu z výstupu 82 integračního bloku .8 regulátoru a na výstupu 32 bloku .3 paměti zůstane signál odpovídající integrační složce regulátoru v okamžiku dosažení dorazu akčního členu. Signál z výstupu 32 bloku 3 paměti a signál ze zdroje 201 signálu měřené akční veličiny se porovnávají v bloku _1 pro výběr maxima, který má výstup 13 a dále v bloku 2 pro výběr minima, který má výstup 23. V bloku 5 prvního řízeného přepínače so propojí výstup 53 s prvním vstupem 51, na který je přiveden signál z výstupu 13 bloku 1 pro Výběr maxima nebo s druhým vstupem 52, na který je přiveden signál z výstupu 23 bloku 2 pro výběr minima, a to podle toho, zda na řídicím vstupu 54/ propojeném s výstupem 43 bloku 4 přepínače je signál rovný logické nule nebo logické jedničce. Výstup 43 bloku 4 přepínače je trvale propojen se svým prvním vstupem 41 nebo s druhým vstupem 42, což se předem zvolí podle polarity regulátorů vnitřních smyček. První vstup 41 se připojuje na zdroj 202 logického signálu dolní meze akčního členu, druhý vstup 42 se připojuje na zdroj 203 logického signálu horní meze akčního členu. Pro kladnou polaritu regulátorů vnitřních smyček je propojen výstup 43 s druhým vstupem 42 bloku 4 přepínače.

Pro signál rovný logické jedničce, připojený ze zdroje 203 logického signálu horní meze akčního členu přes blok 4 přepínače na řídicí vstup 54 bloku 5 prvního řízeného přepínače se propojí druhý vstup 52 a výstup 53/ to znamená na výstupu 53 je signál odpovídající minimu ze signálů měřené akční veličiny a integrační složky v okamžiku dosažení horního dorazu akčního členu. Signál z výstupu 53 bloku 5 prvního řízeného přepínače, což je naváděcí signál, se zapojí na vstup 83 naváděcího signálu integračního bloku 8 regulátoru. Na řídicí vstup 84 naváděni Integračního bloku ,8 regulátoru je přiveden signál z výstupu 63 bloku 6 logického součtu, který je roven logické jedničce, čímž se uvede v činnost navádění výstupu 82 integračního bloku _8 regulátoru na hodnotu naváděcího signálu, který je přiveden na vstup 83 z výstupu 53 bloku E> prvního řízeného přepínače.

Zapojeni podle vynálezu lze realizovat jak u analogových, tak u číslicových regulátorů s integrační složkou. Konkrétní užití zapojeni podle vynálezu se předpokládá pro kaskádní regulaci teploty v peci a teploty přehřáté páry parního kotle.

Claims (1)

1. Zapjrjení pro omezování integrační složky regulátorů, zejména pro hlavni regulátory kaskádních regulačních obvodů, vyznačující se tím, že blok (6) logického součtu má první vstup (51) spojený se zdrojem (202) logického signálu dolní mszs akčního členu, druhý vstup (52) připojený na zdroj (203) logického signálu horní meze akčního členu a výstup (63), který je připojen na řídicí vstup (73) bloku (7) druhého řízeného přepínače, na jehož V3tup (71) je připojen výstup (82) integračního bloku (0) regulátoru a výstup (72) je zapojen na vstup (31) bloku (3) paměti, jehož výstup (32) je připojen současně na druhý vstup (12) bloku ( ) pro výběr maxima a na druhý vstup (22) bloku (2) pro výběr minima, přičet?. zdroj (201) signálu měřené akční veličiny je připojen na první vstup (11) bloku (1) pro výběr maxima a současně na první vstup (21) bloku (2) pro výběr minima, jehož výstup (23) je připojen na druhý Vstup (52) bloku (5) prvního řízeného přepínače, na jehož první vstup (51) je zapojen výstup (13) bloku (1) pro výběr maxima a řídicí vstup 'i

   CS 272 914 31 4 (54) je spojen s výstupem (43) bloku (4) přepínače, jehož první vstup (41) je propojen se zdrojem (202) logického signálu dolní meze akčního členu a druhý vstup (42) je propojen se zdrojem (203) logického signálu horní meze akčního členu, přičemž výstup (53) bloku (5) prvního řízeného přepínače je připojen na vstup (83) naváděcího signálu integračního bloku (8) regulátoru, jehož řídicí vstup (84) navádění integračního bloku (8) regulátoru je spojen s výstupem (63) bloku (6) logického součtu, vstup (81) je spojen se zdrojem (204) signálu regulační odchylky, který je připojen také na vstup (101) bloku (10) dalších složek regulátoru, jehož výstup (102) je připojen na druhý vstup (92) součtového bloku (9) regulátoru, majícího první vstup (91) spojený s výstupem (82) integračního bloku (8) regulátoru, přičemž výstup (93) součtového bloku (9) regulátoru je zdrojem (205) signálu vypočtené akční veličiny regulátoru s omezezním integrační složky.