SU1432456A2 - Регул тор с релейной характеристикой - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к теплоэнергетической и химической технике и может найти применение при регулировании диаметра кабел . Целью изобретени   вл етс  повышение точности регул тора. Регул тор содержит йвдикатор 1 экстремумов, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор 4, блоки 5 И 6 вьщелени  модул , компаратор 7, ключи 8-10, усилители 11 и 12, элементы запоминани  максимума 13 и минимума 14, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость 18, элементы сравнени  19,27,22,23, 25 и дроссели 20,21,26,24, Регул тор работает как дискретно-непрерьшный. При этом процесс регулировани  разбиваетс  на два этапа: на первом, когда XQ/ Xj X Ml О, осуществл етс  релейное управление,и величина управл ющего воздействи  пропорциональна (Xjj- Xj), на втором этапе, когда Ml 0, осуществл етс  непрерывное управление до момента времени прохождени  регулируемой переменной X экстремального значени . 3 ил. (Л

Description

4

СО

го

4 01

СУ5

14)

Изобретение относитс  к теплоэнергетической и химической технике, может найти широкое применение при регулировании диаметра кабел  и  вл ет- - с  усовершенствованием регул тора по авт, св. № 631864.

Цель изобретени  - повышение точности регул тора.

На фиг. 1 показана структурна  ю схема регул тора; на фиг. 2 - эпюры сигналов, по сн ющих работу регул тора; на фиг. 3 - принципиальна  схема регул тора.

Регул тор содержит индикатор 1 15 экстремумов, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор А, первый 5 и второй 6 блоки вьщелени  модул , компаратор 7,.первый 8, второй 9 и третий 10 ключи, первый 11 и второй 12 уси- 20 лители, элемент 13 запоминани  максимума , элемент 14 запоминани  минимума , усилители-повторители 5 и 16, реле 17, пневмоемкость 18, элемент 19 сравнени , дроссели 20 и 21, эле- 25 менты 22 и 23 сравнени , дроссель 24, элемент 25 сравнени , дроссель 26, элемент 27 сравнени , первый 28 и второй 29 входы и выход 30 регул тора , точки 31 - 41 на эпюрах сигна- 30 лов.

На фиг, 2 прин ты обозначени : Х,д - сигнал задани ; X - текущее значение регулируемой переменной; Y - выходной сигнал регул тора; Р - сигналы смещени .

В регул торе реализуетс  алгоритм

BIsignM, если Mi О, В2, если Ml О,

где В1 KlXo- Xpl, М Х„н-л.(Хд-Хо)-Х,

В2 Kl (Хо- X), (

(либо В2 KI(XO- X) + К2 j (X(,-X)dt)j

где Ml 1Хо- ХзЫХ„- Xjj; ° 45 XQ сигнал задани ; X - текуш,ее значение регулируемой переменной; Х} - экстремальное значение регулируемой переменной; 50 К, К1, К2, У - посто нные коэффициенты.

Известный регул тор  вл етс  релейным регул тором с отрицательным гистерезисом, т.е. его переключени  - происход т с опережением по отноше- Н1-ПО к сигналу задани  или с недоходом регулируемой переменной до

5 0 5 0

0

5 0

задани . Поэтому, хот  в нем и отсутствуют датчики производных, в. системе регулировани , содержащей такой регул тор, достигаетс  эффект, подобный тому, как если бы такие датчики в системе были.

В предлагаемом регул торе это свойство сохран етс . Но дополнительно в нем обеспечиваетс  автоматическое изменение величины полки реле, т.е. величина его выходного сигнала мен етс  пропорционально разности сигнала задани  и экстремального значени  регулируемой переменной. Релейное управление позвол ет реализовать предельно возможные по показател м качества характеристики процесса регулировани , естественно, с учетом ограничений на допустимые отклонени  регулируемой пэременной и амплитуды управл ющего воздействи . В результате в системе с данным регул тором уменьшаетс  величина динамической ошибки по сравнению с системами, содержащими линейный регул тор . В св зи с тем, что величина релейного управл ющегр воздействи  есть величина переменна  (уменьшаетс  с уменьшением максимального по модулю отклонени  регулируемой координаты от задани ), то это приводит к устранению автоколебаний в системе.

Кроме того, введение в релейный регул тор корректирующего блока с пропорциональной (или ПИ, ПИД и т.д.) характеристикой обеспечивает необходимую точность-регул тора Е статическом режиме работы, а также работоспособность регул тора в услови х действи  возмущений.

Сущность работы алгоритма по сн етс  фи г, 2, на которой показаны возможные изменени  сигнала задани  Хд и регулируемой переменной X и соответствующие им изменени  выходного сигнала Y регул тора. Тогда на участке до точки 31 выходной сигналY равен Y K( X,) КХ, так как X3 Х(0) 0. Положение точки 3 определ етс  настройкой коэффициента } з точке 31 М (1 - y) X - 0. На участке от точки 31 до тетки 32 .Y , так как М i 0„ На участке от точки 32 до точки 33 Y , а на участке от точки 33 до точки 34 Y +К1Хо- и т.д. А на участках от точки 39 до точки 40 и от точки 40 до точки 41 Y Kl (Хс,- X), так

как на этих участках М (( j

XI)-.40.

Таким образом, регул тор работает как дискретно-непрерывный. При этом процесс регулировани  разбиваетс  на два этапа: на первом, когда Х;,/ X и Ml О, осуществл етс , релейное управление , и величина управл ющего воздействи  пропорциональна IX,- Q на втором этапе, когда Ml - О, осуществл етс  непрерывное управление до момента времени прохождени  регулируемой переменной X экстремального значени ,

На фиг. и 3 приведен пример конкретного выполнени  регул тора на пневматических элементах УСЭППА. Нуль-орган 2 (фиг. 1) осуществл ет сравнение двух сигналов. На его пр - 20 мой вход поступает сигнал (I - у)Хр+

наетс  на втором выходе индикатора экстремумов, при этом дискретный сигнал равен О, а на первом выход сигнал становитс  равным текущему значению регулируемой переменной X.

На фиг. 3 в развернутом виде пок зан индикатор 1 экстремумов, блоки 5 и 6 выделени  модулей. Индикатор экстремумов содержит элемент 13 запоминани  максимума, элемент 14 запоминани  минимума, усилители-повто рители 15 и 16, реле 17, пневмоем- кость 18 и элемент 19 сравнени . Пр 5 достижении регулируемой переменной

+ г АЗ, а на инверсный - регулируема  переменна  X. Первый сигнал фор- мир /ет сумматор 4, на первый вход которого подаетс  сигнал Х а на второй - экстремальное значение регулируемой переменной Х. Релейный блок 3 осуществл ет коммутацию двух сигналов X . и Х, на свой выход по сигналу с выхода индикатора 1 экстремумов . Первый 8 и второй 9 ключи осуществл ют коммутацию своего входного сигнала на свой выход таким образом , что при наличии единичного управл ющего сигнала с выхода нуль- органа 2 первый ключ 8 открыт, второй ключ 9 закрыт, а при его отсутствии первый ключ 8 закрыт, второй к.гпоч 9 открыт. Третий ключ 10 работает по аналогии с релейным блоком 3, пропуска  на свой выход либо сигнал с выхода усилител  11 , либо, с выхода корректирующего блока 12 по сигналу с выхода компаратора 7. Последний осуществл ет сравнение двух сигналов и формирует на своем выходе сигнал 1 или О в зависимости от ре30

35

40

45

X значени  X

,VtCl кС

(или Хл,ын) элемент

19 сравнени  срабатьшает, переключа реле 17. Это приводит одновременно к запоминанию сигнала Х. в элементе 13 запоминани  максимума (есл до этого сигнал X Х) и коммута

ции сигнала X

ММН

в отрицательную ка

меру элемента 19 сравнени , или, на оборот, запоминанию сигнала Хд,нм Р 25 элементе 14 запоминани  минимума (е ли до этого сигнал X Х) и ком мутации сигнала X „ в отрицательн камеру элемента 19 сравнени . Блоки 5 и 6 выделени  модул  разности двух сигналов содержат дроссели 24 26 и элементы 25 и 27 сравнени .

В качестве корректирующего блока 12 используетс  усилитель разности двух сигналов, образованный дросселем 21 и элементом 23 сравнени , В усилитель 11 ив корректирующий блок 12 введены сигналы смещени  Р, поскольку в 1невмоавтоматике нет отрицательных сигналов.

Работу регул тора рассмотрим в предположении, что регулируема  переменна  X мен етс  так, как пока- зано на фиг. 2.

При включении регул тора в работ

на выходе элемента 19 сравнени  фор мируетс  сигнал 1, так как регули

руема  переменна  X, заведенна  в зультата сравнени . Индикатор i зкст- положительную камеру элемента 19 ремумов осуществл ет запоминание на сравнени , больше сигнала в отрица- первом и втором выходах либо сигна- тельной камере этого элемента. Выла Х„«„г либо сигнала ,, и форми- 0 ходной сигнал элемента 19 сравнени 

закрьшает нижний контакт реле 17 и открьшает его верхний контакт, что

, n /lOJIлc,л ч,шлс.л л (,« ПРИВОДИТ К запоминанию сигнала па он запоминаетс . При этом дискретный сигнал равен 1, а на втором релей- ном выходе действует текущ.ее значение регулируемой переменной X. Если сиг , ч,«1 XJOO.U t „ц „

рование на своем третьем выходе дискретного сигнала О или I. При этом, если по вл етс  сигнал X

выходе усилител -повторител  16. Этот сигнал через открытый нижний контакт релейного блока 3 проходит на вход сумматора 4, на выходе которого устанавливаетс  сигнал (l-j)Xj,,

нал X XI

то этот сигнал запомиQ

0

наетс  на втором выходе индикатора I экстремумов, при этом дискретный сигнал равен О, а на первом выходе сигнал становитс  равным текущему значению регулируемой переменной X.

На фиг. 3 в развернутом виде показан индикатор 1 экстремумов, блоки 5 и 6 выделени  модулей. Индикатор экстремумов содержит элемент 13 запоминани  максимума, элемент 14 запоминани  минимума, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоем- кость 18 и элемент 19 сравнени . При 5 достижении регулируемой переменной

0

5

0

X значени  X

,VtCl кС

(или Хл,ын) элемент

19 сравнени  срабатьшает, переключа  реле 17. Это приводит одновременно к запоминанию сигнала Х. в элементе 13 запоминани  максимума (если до этого сигнал X Х) и коммутации сигнала X

ММН

в отрицательную камеру элемента 19 сравнени , или, наоборот , запоминанию сигнала Хд,нм Р 5 элементе 14 запоминани  минимума (если до этого сигнал X Х) и коммутации сигнала X „ в отрицательную камеру элемента 19 сравнени . Блоки 5 и 6 выделени  модул  разности двух сигналов содержат дроссели 24 и 26 и элементы 25 и 27 сравнени .

В качестве корректирующего блока 12 используетс  усилитель разности двух сигналов, образованный дросселем 21 и элементом 23 сравнени , В усилитель 11 ив корректирующий блок 12 введены сигналы смещени  Р, поскольку в 1невмоавтоматике нет отрицательных сигналов.

Работу регул тора рассмотрим в предположении, что регулируема  переменна  X мен етс  так, как пока- зано на фиг. 2.

При включении регул тора в работу

45

на выходе элемента 19 сравнени  формируетс  сигнал 1, так как регулиПРИВОДИТ К запоминанию сигнала па

выходе усилител -повторител  16. Этот сигнал через открытый нижний контакт релейного блока 3 проходит на вход сумматора 4, на выходе которого устанавливаетс  сигнал (l-j)Xj,,

Этот сигнал поступает на инверсный вход нуль-органа 2, на выходе которого формируетс  сигнал 1,

Выходной сигнал нуль-органа 2 переключает первый 8 и второй 9 ключи так, что на пр мой вход усилител  11 проходит сигнал | с выхода элемента 6 вьщелени  модул . Выходной сигнал усилител  11 через тре тий ключ 10 проходит на выход регул тора 30. Второй информационный вход ключа 10 коммутируетс  с его выходом, так как выходной сигнал компаратора 7 равен О, поскольку выходной сигнал второго блока 6 выделени  модул , равный Х,, больше выходного сигнала первого блока 5 выделени , модул . Если это не так, выходной сигнал компаратора 7 переключает третий ключ 10 и на выход регул тора 30 проходит сигнал с выхода усилител  12.:

В точке 31 (фиг. 2) срабатывает нуль-орган 2, так как сигнал на вы- ходе сумматора 4 становитс  равным регулируемой переменной X. Это приводит к переключени о первого 8 и второго 9 ключей и. подаче выходного сигнала второго блока 6 вьделени  модул  на инверсный вход усилител  11. В точке 32 (фиг. 2) измен етс  выходной сигнал второго блока 6 выделени  модул , что приводит к изменению уровн  выходного сигнала регул тора . В точке 33 вновь срабатывает нуль-орган- 2, и цикл работы регул тора повтор етс . В точке 36 (фиг. 2 выходной сигнал первого блока 5 выделени  модул  становитс  больше выходного сигнала второго блока 6 выделени  модул . На выходе компаратора по вл етс  сигнал 1, переключающий третий ключ 1 О, и к выходу регул тора 30 подключаетс  выход корректирующего блока 12. Далее цикл повтор ет с , начина  с точки 37 (фиг. 2).

Коэффициент К усилител  11 выбирают так, чтобы величина управл ющего воздействи  при максимальном из области допустимых отклонений I -Xj |j;jp(. равн лась своему предельно допустимому значеник} (в реальной системе всегда имеет место ограничение на величину управл ющего воздействи ) Коэффициент 7 ыбирают так, чтобы при максимальном из области допустимых отклонений переменной от за

5 о

5

0

5

дани  экстремум переменной по вл лс  в окрестности задани .

Предельные возможности предлагаемого регул тора по уменьшению динамической ошибки реализуютс  в системе с линейным объектом второго пор дка при его переводе из заданного стабилизированного состо ни  в предписанное стабилизированное конечное состо ние. В этом сл -чае врем  регулировани  t Т, где Т - минимально возможное врем  регулировани  при максимальном, из области допустимых, отклонении регулируемой координаты от сигнала задани  Х с учетом огра- на управление.

Предлагаемый регул тор в системах с объектом высокого пор дка  вл етс  грубым как к параметрическим, так и сигнальным возмущени м. Это свойство обеспечиваетс  автоматическим изменением зоны гистерезиса и величины управл ющего воздействи .

На прот жении всего управлени  регул тор работает как релейный. Выход корректирующего блока 12 подключаетс  к выходу регул тора 30 лишь в конце управлени , когда X Х Xj, либо когда движение начинаетс  из точки X X|3 Xj, Выбор типа корректирующего блока 12 (П-или ИИ- блок ) обусловлен типом объекта (если объект статический - корректирующий блок 12 имеет ИИ-характеристику, если астатический - корректирующий блок 12 - П-характеристику) и св зан с ликвидацией статической ошибки при действии возмущ,ений как со стороны задани , так и со стороны нагрузки .

Использование предлагаемого регул тора взамен стандартных типовых пропорциональных и ПИ-регул торов позволит получить экономический эффект в народном хоз йстве за счет увеличени  точности регулировани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   0

   Регул тор с релейной характеристикой по авт. св. № 631864, о т л и - чающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в нем дополнительно установлены первый н второй блоки выделени  модул , усилительj корректирующий блок ч первый,, второй, и третий ключи, причем выхрд нуль- органа подключен к выходу регул тора

   через переход Управл ющий вход - выход первого ключа, инверсный вход выход первого усилител  и первый ин- формационньш вход - выход третьего ключа и через переход Управл ющий вход - выход второго ключа, пр мой вход - выход второго ключа, пр мой вход - выход первого усилител  и первый информационный вход - выход третьего ключа, первый вход регул тора соединен с инверсными входами корректирующего блока и первого бло- км выделени  модул , второй вход регул тора подключен к пр мым входам

   324568

   корректирутощего блока и первого и второго блоков вьзделени  модул , выход релейного блока соединен с ин- версным входом второ о блока вьщеле- ни  модул , выходом подключенного к информационным входам первого и второго ключей и к опорному входу компаратора, информационным входом 10 подключенного к выходу первого блока выделени  модул , а выходом - к управл ющему входу третьего ключа, вторым информационным входом соединенного с выходом корректирующего бло- 15 ка.

   26

   Хо

   Р(/г.2