RU2788576C1 - Jet-photocompensation semi-continuously operating proportional-integral-differential (pid) regulator - Google Patents
Jet-photocompensation semi-continuously operating proportional-integral-differential (pid) regulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2788576C1 RU2788576C1 RU2022113569A RU2022113569A RU2788576C1 RU 2788576 C1 RU2788576 C1 RU 2788576C1 RU 2022113569 A RU2022113569 A RU 2022113569A RU 2022113569 A RU2022113569 A RU 2022113569A RU 2788576 C1 RU2788576 C1 RU 2788576C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- regulator
- output
- integral
- proportional
- controller
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 6
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims abstract description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract 1
- 230000003068 static Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 230000001172 regenerating Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области пневмоэлектрических автоматических регуляторов.The invention relates to the field of pneumoelectric automatic regulators.
Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из мембранного пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, объединенные с помощью сумматора [1]. ПИ-регулятор включает в себя пропорциональное звено, содержащее элемент сравнения, в обратной связи которого расположен делитель, состоящий из переменного и постоянного сопротивлений, изменение соотношения проводимостей которых приводит к изменению коэффициента усиления разности входных давлений. Интегральное и дифференцирующее звенья выполнены на базе апериодических звеньев, состоящих из постоянного объема и переменного сопротивления для изменения постоянной времени.The prior art pneumatic proportional-integral-derivative (PID) controller, consisting of a membrane proportional-integral (PI) controller and a differentiating link, combined with an adder [1]. The PI controller includes a proportional link containing a comparison element, in the feedback of which there is a divider consisting of variable and constant resistances, a change in the conductance ratio of which leads to a change in the gain of the input pressure difference. The integral and differentiating links are made on the basis of aperiodic links, consisting of a constant volume and a variable resistance to change the time constant.
Недостатками такого регулятора являются низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам.The disadvantages of such a regulator are the low dynamic properties inherent in the membrane elements.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия регулирования за счет использования принципа полупостоянно работающего регулятора [1] и компенсационной схемы, основанной на равенстве моментов силового действии струи на подвижную преграду и противодействующей магнитоэлектрической силы.The technical result achieved in the present invention is to increase the speed of regulation by using the principle of a semi-permanently operating regulator [1] and a compensation scheme based on the equality of the moments of the force action of the jet on the moving barrier and the counteracting magnetoelectric force.
Известен также пропорциональный регулятор, состоящий из подвижной части, включающей в себя пластину, подвешенную на газовой опоре, входной дифференциальной пневматической схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», пневматического мембранного усилителя мощности, охваченного регенеративной обратной связью [2]. Принципом работы указанного решения, как и настоящего изобретения, является применение измерительной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду, однако настоящее изобретение реализует работу регулятора в полупостоянном режиме ПИД-регулятора, что существенно повышает его быстродействие.A proportional regulator is also known, consisting of a movable part, including a plate suspended on a gas support, an input differential pneumatic circuit, a reading element in the form of a “nozzle-shutter” type assembly, a pneumatic membrane power amplifier covered by regenerative feedback [2]. The principle of operation of this solution, as well as the present invention, is the use of a measuring compensation circuit based on the force action of the jet on a moving barrier, however, the present invention implements the controller in a semi-constant PID controller mode, which significantly increases its speed.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-фотокомпенсационный полупостоянно работающий пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор состоит из пропорционально-интегрального ПИ-регулятора и дифференцирующего звена, причем ПИ-регулятор включает входные сопла, нормально расположенные к чувствительному элементу - пластине, угол поворота которой пропорционален силовому воздействию струй и регистрируется оптической частью регулятора, состоящей из источника света, конденсора, диафрагмы и сдвоенного фотосопротивления, входящего в равновесный электрический мост, в обратной связи которого располагается магнитоэлектрический гальванометр, делитель сопротивлений для изменения коэффициента усиления, выходной миллиамперметр для регистрации выходного сигнала и интегральное звено, состоящее из электрических конденсатора и переменного сопротивления для изменения постоянной времени интегрирования, отличающегося тем, что дифференцирующее звено, состоящее из пневматических переменного сопротивления, постоянного объема, одномембранного точного повторителя и сопла, расположенного нормально к пластине другого магнитоэлектрического гальванометра, выход которого объединен сумматором с ПИ-регулятором, на выходе которого расположен узел формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, выполненный в виде отключающего реле с двумя параллельно расположенными пороговыми элементами, причем первый пороговый элемент связан с выходом регулятора для определения знака ошибки, а второй пороговый элемент соединен с дифференцирующим звеном для определения знака скорости.More specifically, the technical result is achieved by the fact that the jet-photocompensation semi-permanently operating proportional-integral-differential controller consists of a proportional-integral PI controller and a differentiating link, and the PI controller includes inlet nozzles normally located to the sensing element - a plate, the angle of rotation which is proportional to the force effect of the jets and is recorded by the optical part of the regulator, consisting of a light source, a condenser, a diaphragm and a dual photoresistance included in an equilibrium electric bridge, in the feedback of which there is a magnetoelectric galvanometer, a resistance divider for changing the gain, an output milliammeter for recording the output signal and an integral link, consisting of an electric capacitor and a variable resistance to change the integration time constant, characterized in that the differentiating link, consisting of a pneumatic their variable resistance, constant volume, a single-membrane precise follower and a nozzle located normally to the plate of another magnetoelectric galvanometer, the output of which is combined by an adder with a PI controller, at the output of which there is a unit for generating a control command to turn off the controller when the controlled value and its speed deviate from the target , made in the form of a trip relay with two parallel threshold elements, the first threshold element is connected to the controller output to determine the sign of the error, and the second threshold element is connected to the differentiating link to determine the sign of the speed.
На фиг. 1 представлена схема струйно-фотокомпенсационного полупостоянно работающего пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора 1 и дифференцирующего звена 2. Для регистрации угла поворота чувствительного элемента - пластины 3, закрепленной на петле 4 фотоэлектрического гальванометра 5 предусмотрена оптическая схема, состоящая из зеркала 6, на которое падает луч света от источника 7, конденсора 8 и диафрагмы 9. Отраженный от зеркала луч света освещает обе половины сдвоенного фотосопротивления 10, включенного в равновесный мост 11, образованный сопротивлениями . Рамка 12 гальванометра 5 помещена в поле постоянного магнита 13, образуя при протекании тока I обратной связи магнитоэлектрический момент направленный встречно механическому моменту от силового действия струй на поверхность пластины 3.In FIG. 1 shows a diagram of a jet-photocompensation semi-permanently operating proportional-integral-differential (PID) controller, consisting of a proportional-integral (PI)
В обратной связи ПИ-регулятора последовательно расположены делитель 14 для изменения коэффициента усиления пропорционального звена, выходной вторичный прибор миллиамперметр 15, выходное сопротивление 16 и электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора 17 и переменного сопротивления 18. Изменением проводимости α переменного сопротивления 18 можно менять постоянную времени интегрирования:In the feedback of the PI controller, a divider 14 is arranged in series to change the gain of the proportional link, an output secondary device is a
(1) (1)
где - емкость конденсатора 17, - универсальная газовая постоянная, - абсолютная температура.where - capacitor capacitance17, - universal gas constant, -absolute temperature.
Входной канал ПИ-регулятора представлен двумя соплами 19 и 20, из которых вытекают струи под давлением, пропорциональным давлению переменной величины и давлению задания.The input channel of the PI controller is represented by two
Звено дифференцирующего преобразователя (использована одна и та же нумерация однотипных компонентов схем) состоит из пневматических емкости 21 и переменного сопротивления 22 для изменения постоянной времени дифференцирования. Для получения расходного сигнала, пропорционального производной входного давления переменной величины используется точный повторитель 23, питание которого осуществляется через постоянный дроссель 24. Изменением проводимости β переменного сопротивления 22 можно менять постоянную времени дифференцирования:The link of the differentiating converter (the same numbering of the same type circuit components was used) consists of a pneumatic capacitance 21 and a
(2) (2)
где - объем емкости 21.where - container volume 21 .
Выходной сигнал через сопло 25 воздействует на пластину 3 струей под давлением, пропорциональным выражению .The output signal through the
Оба выходных канала ПИ-регулятора и дифференцирующего звена поступают на сумматор 26, выходной сигнал которого равен:Both output channels of the PI controller and the differentiating link are fed to the
(3) (3)
где - разность давлений на входе ПИ-регулятора, - коэффициент усиления, - коэффициент преобразования.where - pressure difference at the inlet of the PI controller, - gain, - conversion factor.
Формула (3) отражает закон ПИД-регулирования, реализованный в данном изобретении.Formula (3) reflects the PID control law implemented in this invention.
На фиг. 2 представлена схема анализа работы регулятора в полупостоянно работающем режиме. В периодах A и C, когда регулируемая величина удаляется от задания, происходит включение регулятора, а в периодах B и D его отключение.In FIG. 2 shows a diagram of the analysis of the operation of the regulator in a semi-permanent operating mode. In periods A and C, when the controlled variable moves away from the reference, the controller is switched on, and in periods B and D it is switched off.
Сигнал на отключение регулятора согласно фиг. 2 равен:Signal to turn off the regulator according to Fig. 2 equals:
, (4) , (four)
где , сигнал ошибки, равный разности давлений переменной и задания, - сигнал разности производной ошибки (знака скорости), принимающие положительное или отрицательное значения в зависимости от направления касательных прямых к синусоиде изменения переменного параметра .where , error signal, equal to the difference between the pressures of the variable and the reference, - signal of the difference of the derivative of the error (velocity sign), which takes positive or negative values depending on the direction of the tangent lines to the sinusoid of the change of the variable parameter .
При положительном знаке ошибки ( - пороговое значение сигнала элемента 27) выдает сигнал . При отрицательном - выдается сигнал .With a positive error sign ( - the threshold value of the signal element 27 ) gives a signal . With a negative a signal is given .
Для определения знака скорости используется дифференцирующее звено 2, определяющее скорость изменения переменного параметра .To determine the sign of the speed, a differentiating
Выходной сигнал звена 2 равен при постоянной времени .The output signal of
Положительному знаку скорости , соответствует выходной сигнал порогового элемента 28 , отрицательному - .positive speed sign , corresponds to the output signal of the
Сигнал служит командой, определяющей условия отключения регулятора с помощью элемента 30, работающему по функции «Запрет». При , когда знаки ошибки и ее скорости не совпадают, то есть , регулируемая величина приближается к заданному значению. При , когда знаки и совпадают (), регулируемая величина удаляется от заданного значения.Signal serves as a command that determines the conditions for turning off the
Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов 27 и 28 и поступают на вход элемента 29, реализующего функцию неравнозначности по формуле (4), а выход этого элемента соединен с элементом 30, работающим по функции «Запрет» для отключения сигнала выхода регулятора I. Both discrete signals from two threshold elements27 and28 and arrive at the input of the element29, which implements the nonequivalence function according to the formula(four), and the output of this element connected to the elementthirtyworking by function"Ban" to disable the controller output signalI.
Библиографические данныеBibliographic data
[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1973. С. 197-199.[1] Dmitriev V.N., Gradetsky V.G. Fundamentals of pneumatic automation. M., "Engineering", 1973. S. 197-199.
[2] Патент РФ №2680614 04.05.2018. Струйно-фотокомпенсационный пропорциональный регулятор // Заявка №2018116605, 04.05.2018. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Макаров А.В, Тютяев Р.Е.[2] Patent of the Russian Federation No. 2680614 05/04/2018. Jet-photocompensation proportional regulator // Application No. 2018116605, 05/04/2018. / Makarov V.A., Korolev F.A., Makarov A.V., Tyutyaev R.E.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2788576C1 true RU2788576C1 (en) | 2023-01-23 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2676362C1 (en) * | 2018-05-04 | 2018-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Jet-pneumatic proportional regulator |
RU2713088C1 (en) * | 2019-07-25 | 2020-02-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Jet pressure sensor |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2676362C1 (en) * | 2018-05-04 | 2018-12-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Jet-pneumatic proportional regulator |
RU2713088C1 (en) * | 2019-07-25 | 2020-02-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" | Jet pressure sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NL9201391A (en) | Control system for supplying a gas flow to a gas appliance. | |
RU2788576C1 (en) | Jet-photocompensation semi-continuously operating proportional-integral-differential (pid) regulator | |
NL8020072A (en) | SIGNAL TURNOVER INTENDED TO BE BUILT INTO A PNEUMATIC OPERATING SYSTEM. | |
JPH01106207A (en) | Position adjuster for fluid pressure type feeding mechanism | |
RU2781762C1 (en) | Jet-photo compensation proportional-integral-differential (pid) controller | |
US2974237A (en) | Control apparatus | |
RU2788575C1 (en) | Jet-photocompensation semi-continuously operating proportional-integral (pi) regulator | |
RU2773623C1 (en) | Jet-pneumatic proportional-integral (pi) controller | |
RU2768107C1 (en) | Jet-pneumatic proportional-integral-differential (pid) regulator | |
RU2781763C1 (en) | Jet-photo compensation proportional-integral (pi) controller | |
RU2768104C1 (en) | Jet-pneumatic integral regulator | |
RU2783485C1 (en) | Jet-photocompensation derivative action and differentiation unit | |
RU2783484C1 (en) | Jet-photocompensation integral controller | |
RU2773233C1 (en) | Jet-pneumatic semi-continuously operating proportional-integral (pi) regulator | |
RU2817551C1 (en) | Jet-pneumatic system for controlling ratio of two parameters | |
RU2786624C1 (en) | Jet-pneumatic preliminary and differentiation unit | |
US2865627A (en) | Fluid-type spring | |
SU1425620A1 (en) | Gas pressure regulating system | |
JPH06138951A (en) | Gas mass flow rate controller | |
SU661516A1 (en) | Rate-of-flow regulator | |
SU1323947A1 (en) | Gas chromatograph | |
SU873218A1 (en) | Device for regulating temperature of gas in flow-through chamber | |
SU446036A1 (en) | Pneumatic gas flow regulator | |
SU787747A1 (en) | Apparatus for determining heat resistance of substance | |
SU824227A1 (en) | Integrator device |