PL67077B1 - - Google Patents

Description

Znane sa trójjpolozeniowe regulatory krokowe posia¬ dajace wlasciwosci dynamiczne regulatora proporcjor nalnorcalkowo-rózniczkowego (PID), w którym dzialanie rózniczkowe uzyskuje sie badz to przez wprowadzenie na wejscie regulatora krokowego typu PI, obok sygna¬ lu wejsciowego., sygnalu proporcjonalnego do pochod¬ nej sygnalu wejsciowego, badz to przez zastosowanie w regulatorze krokowym typu PI, obok ogólnie stosowa¬ nego ujemnego inercyjnego sprzezenia zwrotnego* dru¬ giego dodatniego sprzezenia zwrotnego równiez o cha¬ rakterze inercyjnym.Wada pierwszego z wyzej wymienionych sposobów Tealizacji regulatora krokowego PID jest wzajemna zaleznosc nastaw parametrów dynamicznych regulatora, to znaczy zmiany nastaw dzialan calkujacego i róznicz¬ kujacego regulatora wplywaja na siebie wzajemnie, oraz wplywaja na zmiane nastawy dzialania proporcjonal¬ nego regulatora. Poza tym, w tego rodzaju regulato¬ rach krokowych PID istnieje ograniczenie, osiagalnego stosunku czasu rózniczkowania do czasu calkowania, do wartosci 0,25.Wadami drugiego z wyzej wymienionych sposobów realizacji regulatora krokowego PID sa: nieliniowosc 5 dzialania regulatora to znaczy zaleznosc parametrów dynamicznych regulatora od wielkosci sygnlu wejscio¬ wego, oraz zaleznosc wspólczynnika wzmocnienia róz¬ niczkowania kD regulatora od nastawy czasu róznicz¬ kowania TD. Przez wzmocnienie rózniczkowania rozu- 10 miana jest tu maksymalna wartosc charakterystyki sko¬ kowej realnego czlonu D o dzialaniu rózniczkujacym jesli amplituda sygnalu wejsciowego tego czlonu wyno¬ si jednosc. Realizacja techniczna tego rodzaju regulato¬ rów PID jest iskomplikowana, gdyz wymaga uzycia 15 przekazników o duzej ilosci zestyków.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedogodnosci czyli zbudowanie regulatora krokowego PID pozwala¬ jacego na uniezaleznienie parametrów dynamicznych regulatora od wielkosci sygnalu wejsciowego, umozli¬ wiajacego niezalezne nastawy poszczególnych parame¬ trów dynamicznych wedlug potrzeb, a jednoczesnie prostego w budowie i niezawodnego w dzialaniu.Cel ten, w rozwiazaniu wedlug wynalazku, zostal 25 osiagniety przez zastosowanie w regulatorze krokowym PID dynamicznego sprzezenia zwrotnego, przez zasto¬ sowanie trójipolozeniowego przekaznika pracujacego z inercyjnym sprzezeniem zwrotnym i wlaczajacego cal¬ kujacy silnik wykonawczy, w którym zastosowano 30 czlon dwukrotnego rózniczkowania, którego wejscie 20 6707767077 polaczone jest z wyjsciem a wyjscie z wejsciem iner¬ cyjnego sprzezenia zwrotnego.Przyklad wykonania elektrycznego regulatora kroko¬ wego PID wedlug wynalazku jest przedstawiony sche¬ matycznie na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy regulatora PID, fig. 2 przyklad rea¬ lizacji technicznej regulatora wedlug wynalazku, a fig. 3, fig. 4 i fig. 5 przedstawiaja czasowe przebiegi sygnalów sprzezen zwrotnych sygnalu wyjsciowego re¬ gulatora po 'skokowej zmianie sygnalu wejsciowego.Przedstawiony na fig. 1 rysunku schemat blokowy regulatora krokowego PID wedlug wynalazku zawiera przekaznik trójpolozeniowy P o punkcie zadzialania xz i punkcie zwalniania xG. Przekaznik ten steruje ru¬ chem silnika wykonawczego M w jednym lub w dru¬ gim kierunku, a jednoczesnie zalacza stalowartosciowy sygnal na ujemne inercyjne sprzezenie zwrotne Ri po¬ przez wezel sumujacy S. Wlasnosci rózniczkujace regu¬ latora uzyskuje sie wedlug wynalazku za pomoca czlo¬ nu Rd, który wprowadza poprzez wezel sumujacy S sygnal xd, proporcjonalny do drugiej pochodnej sygna¬ lu wejsciowego xwe. Na fig. 2 jest przedstawiony przy¬ klad technicznej realizacji regulatora wedlug wynalazku.Regulator sklada sie z trójpolozeniowego przekazni¬ ka P, czlonu inercyjnego sprzezenia zwrotnego Ri skla¬ dajacego sie z wzmacniacza W, opornika zmiennego Ri, opornika R2, potencjometru (3 i kondensatora Ci.Na fig. 3, fig. 4 i fig. 5 przedstawione sa przebiegi czasowe sprzezen zwrotnych wypadkowego sygnalu e podawanego na przekaznik wyjsciowy, impulsów wyj¬ sciowych xwy przekaznika P oraz sygnalu wyjsciowego y silnika M. Po skokowej zmianie sygnalu xwe na przekaznik P podawany jest sygnal e równy sumie syg¬ nalów: xwe i sygnalu rózniczkowania Xi/d, równego w pierwszej chwili kDXwe. Sygnal ujemnego sprzezenia zwrotnego xi/wy narasta wykladniczo z punktu wyjscio¬ wego 0 z szybkoscia zalezna od nastawionego zakresu proporcjonalnosci Xp regulatora. Jednoczesnie zmniej¬ sza sie sygnal x1/d z szybkoscia zalezna od nastawy czasu rózniczkowania TD i nastawy czasu calkowania Ti. W chwili gdy sygnal = xwe + xi/d ^--Xi/wy zmniejszy sie do wartosci Xo zwalniania przekaznika, nastepuje zwolnienie przekaznika P. W ten sposób zostaje wytwo¬ rzony pierwszy impuls xwy regulatora.Po pierwszym zwolnieniu przekaznika sygnal ujem¬ nego sprzezenia zwrotnego xi/wy zmniejsza sie wyklad¬ niczo ze stala czasowa równa Ti. Szybkosc zmniejsza¬ nia sie sygnalu rózniczkowania xi/d jest w tym czasie wieksza niz szybkosc zmniejszania sie sygnalu xi/wy, dlatego tez sygnal £ zmienia sie dalej w tym samym kierunku i powoduje w punkcie „b" swego przebiegu, zadzialanie przekaznika w przeciwnym, ujemnym kie¬ runku. W tym momencie przekaznik wlacza sygnal sprzezenia zwrotnego xwy o przeciwnym znaku, powo¬ dujac szybkie zmniejszanie sie sygnalu x1/wy szybsze niz zmniejszanie sie sygnalu x1/d. Powoduje to zmiane sygnalu e w przeciwnym kierunku az do momentu zwolnienia przekaznika w punkcie „c" przebiegu. Po¬ niewaz szybkosc zmniejszania sie sygnalu xi/d jest po zwolnieniu przekaznika w dalszym ciagu wieksza niz szybkosc zmniejszania sie sygnalu Xi/wy, nastepuje po¬ nowne Wlaczenie przekaznika w ujemnym kierunku, w punkcie d przebiegu e.Wlaczanie i wylaczanie przekaznika w ujemnym kie¬ runku powtarza sie tak dlugo, dopóki szybkosc zmniej¬ szania sie sygnalu xi/d jest wieksza od szybkosci zmniej¬ szania sie sygnalu xi/wy przy zwolnionym przekazniku.Przy kazdym zalaczeniu przekaznika w ujemnym kie- 5 runku nastepuje wytworzenie ujemnego impulsu wyj¬ sciowego xwy regulatora. Po wytworzeniu ostatniego impulsu w kierunku ujemnym punkt „e" przebiega e sygnal e wzrasta, az do punktu f, w którym nastepuje zadzialanie przekaznika w kierunku dodatnim. Naste- 10 puje wlaczenie sygnalu sprzezenia zwrotnego xwy, któ¬ ry powoduje szybki wzrost sygnalu xi/wy, zmniejszenie sie sygnalu e do wartosci e = x0 i zwolnienie przekaz¬ nika w punkcie g przebiegu. Po zwolnieniu przekaz¬ nika sygnal xi/wy zmniejsza sie, a sygnal £ wzrasta az 15 do ponownego zadzialania przekaznika punktu h prze¬ biegu £.Wlaczanie i wylaczanie powtarza sie tak dlugo jak dlugo na wejsciu regulatora istnieje sygnal wejsciowy xwe wiekszy od xz. Sa przy tym wytwarzane impulsy 20 wyjsciowe regulatora w kierunku dodatnim. W wyni¬ ku wyzej opisanego dzialania regulatora, sygnal wyj¬ sciowy xwy jest szeregiem impulsów. Srednia wartosc sygnalu wyjsciowego xwysr ma przebieg zblizony do charakterystyki skokowej czlonu P1DD2. Impulsy xwy 25 sa calkowane przez silnik M, tak, ze charakterystyka skokowa regulatora odpowiada charakterystyce skoko¬ wej regualtora PID. Transmitancja KG(j) regulatora wedlug wynalazku wyraza sie, dla czestotliwosci mniej¬ szych od czestotliwosci impulsowania regulatora, naste- 30 pujacym przyblizonym wzorem: 35 50 60 65 KG(j)=-^ Ap 1 TDJ JTi l-j kD W wzmacniaczu Wz oraz oporze zmiennym R3 kon¬ densatorze zmiennym 3 i kondensatorze C4 wytwarza¬ ny jest sygnal proporcjonalny do pierwszej pochodnej sygnalu wejsciowego xwe. Sygnal ten jest rózniczkowa- ^ ny po raz drugi w ukladzie zlozonym z kondensatora C2 i opornosci wejsciowej wzmacniacza Wi, a otrzy¬ mana w ten sposób druga pochodna sygnalu xwe jest wprowadzana na wejscie wzmacniacza Wi. Sygnal wyj¬ sciowy przekaznika trójpolozeniowego xwy uruchamia 45 calkujacy silnik wykonawczy M o czasie przestawiania Tm. Transmitiancja KG(j) regulatora przedstawionego na fig. 5 wyraza sie nastepujacym przyblizonym wzo¬ rem: KG© = R2_Cl \JRiQ ¦+ 1 + j R3C* 5 j R3 C4 + 1 Stad otrzymujemy nastepujace wyrazenia na zakres proporcjonalnosci Xp, czas rózniczkowania TD, czas 55 calkowania TT, oraz wzmocnienie rózniczkowania kD: XP = R2Ci Ti = Rx Q C2 Td = R3 C3 -f kD = CxC467077 Takie rozwiazanie regulatora umozliwia niezalezne nastawy wszystkich parametrów dynamicznych, np.Xp — nastawia sie przez zmiane opornosci potencjo¬ metru fi Tz — przez zmiane wantosci opornosci opor¬ nika zmiennego Ri, TD — przez zmiane wartosci opor¬ nosci opornika zmiennego R3, ko — przez zmiane po¬ jemnosci kondensatora zmiennego C*. Zalety regulato¬ ra krokowego PID wedlug wynalazku sa nastepujace: Niezaleznosc parametrów dynamicznych regulatora od wielkosci sygnalu wejsciowego. Mozliwosc niezaleznej nastawy poszczególnych parametrów dynamicznych re¬ gulatora, przy czym stosunek czasu rózniczkowania do Td czasu calkowania j7~ moze byc osiagany dowolnie duzy.Zmiany nastaw parametrów dynamicznych regulato¬ ra nie wplywaja na wartosc wspólczynika wzmocnienia rózniczkowania kD- Realizacja techniczna regulatora krokowego wedlug wynalazku jest prosta. Ilosc niezbed¬ nych zestyków przekaznika trójpolozeniowego jest duzo mniejsza niz w regulatorze krokowym PID z dwoma inencyjnymi sprzezeniami zwrotnymi — ujemnym i do¬ datnim. Pelzanie zera wzmacniacza W2 zastosowanego w regulatorze wedlug wynalazku do otrzymania dziala¬ nia rózniczkujacego, nie powoduje pogorszenia doklad¬ nosci regulacji, gdyz jego wejscie jest oddzielone kon¬ densatorem C2 od wejscia wzmacniacza trójpolozenio¬ wego P.W ukladzie regulatora krokowego PID, w którym rózniczkowanie uzyskuje sie przez wprowadzenie na wejscie regulatora krokowego PI, sygnalu proporcjo- 10 15 20 25 30 nalnego do pochodnej sygnalu wejsciowego, pelzanie ze¬ ra wzmacniacza uzytego do otrzymania pochodnej sygnalu wejsciowego wplywa bezposrednio na doklad¬ nosc regulacji. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Elektrycemy regfulator krokowy o dzialaniu pro- poicjonalnie^alkuijaco-rólzniczjkujacym PID, w którym przekaznik trójpolozeniowy, pracujacy z inercyjnym Sprzezeniem zwrotnym wlacza calkujacy silnik wyko¬ nawczy, znamienny tym, ze jest wyposazony w czlon dwukrotnego rózniczkowania (Rd), którego wejscie po¬ laczone jest z wejsciem regulatora, a wyjscie, poprzez wezel sumujacy (S) polaczone jdst z wejsciem czlonu inercyjnego (Ri).

2. Elektryczny regulator wedlug zalstrz. 1 znamienny tym, ze czlon dwukrotnego rózniczkowania (Rd) jest wyposazony w czlon pojedynczego rózniczkowania, którego wyjscie polaczone jest, popirzez kondensator (C2) i wezel sumujacy (S), z wejsciem czlonu inercyj¬ nego (Ri).

3. Elektryczny regulator wedlug zalstrz. 1 i 2 zna¬ mienny tym, ze jest wyposazony w potencjometr, w któ¬ rym polozenie suwaka okresla dzialanie proporcjonal¬ ne regulatora PID, w opornik zmiany (R3) i kondensa¬ tor zmiany (C3) których walrtosci okreslaja dzialanie rózniczkujace regulatora PID, i opornik zmienny (Ri), którego wartosc okresla dzialanie calkujace regulatora. Errata Na stronie 2, w lamie 2, wiersz 9 od -góry po slowach: sprzezen zwrotnych sygnalu, brak tekstu: wypadkowego podawanego na przekaznik impulsów wyjsciowych oraz sygnalu x«? 1 1 m C 1 r \ Xift i ~Xifa\ i -Xl -Xo jj Xo ti^ @ 1 ,« f J @ J U V-^— ' t*y 0 - Xd ^l y FigiKI. 42ri.il/42 67077 MKP G05b 11/42 i X#e, Xi/d ^t Ft9 5 WDA-l. Zam. 4836, naklad 110 egz. Cena zl 10,— i PL PL