SU1439530A1 - Позиционный регул тор дл систем с запаздыванием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к химической и теплоэнергетической технике и может быть применено, например, дл  регулировани  температуры водонагре- вательных котлов. Цель изобретени  1IX ft-1, повьппение точности регул тора. Регул тор содержат задатчик 1, блок 2 сравнени , релейный блок 3 с несимметричной характеристикой, релейный элемент 4, обмотку управлени  промежуточного реле 5, и раз- мыкающрш контакты блока 3, обмотки реле времени 8-11, замыкакмцие контакты 12 второго реле времени, размыкающие контакты 13 первого реле времени , второй 14 и первый 15 замьшающие и размыкающие 16 третьего реле времени , первые замыкающие 17, первые размыкающие 18, вторые размыкающие 19 и вторые замыкающие 20 контакты четвертого реле времени, исполнительный механизм 21, датчик 22. 3 ил. i (Л с: КТ1 ктг ..Г} f) ff.nl f (-, л re XT) RT LUr-T .. 4 со х СП САЭ Pi/e. 1

Description

Изобретение относитс  к области химической и теплоэнергетической техники и может бытзЬ применено например дл  регулировани  температу- ры водонагревательных котлов.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение точности регул тора. На фиг. 1 приведена принципиальна  схема регул тора; на фиг, 2 и З- ; эП|Иры сигналов, i-шлюстрирующие рабо- i ту регул тора в установившемс  режа- ме.

IРегул тор содержит задатчик 1,

I блок 2 сравнени , релейньш блок 3с несимметричной характеристикой, ре- ; лейный элемент 4, обмотку уиравле- i НИЛ промежуточного реле 5, замыкаю-- 1 щие 6 и размыкающие 7 контакты бло- I ка 3, обмотки управлени  первого 8, I второго 9, третьего 10 и четвертого I 11 репе времени, замыкашгцие контакты i 12 второго реле времени, размыкаю-- ; щие контакты 13 первого реле време- I ни., вторые 14, и первые 15 замыкающие контакты и размыкающие контакты 16 : третьего реле времеш, первые замы- i кагэщие 17, первые размьшающие 18,

вторые замыкающие 19 и вторые разшл- I кающие 20 контакты четвертого реле времени, исполнительный механизм 21; датчик 22, первый 23 и второй 24 входы питание регул тора I Обозначени , прин тые на фиг, 1-3 напр жение питани ; КТ1-эле- : менты, вход щие в состав первого I 8 зремени; КТЗ элементы, вход щие в ; состав второго реле 9 времени; КТ2-- 1 элементы, вход щие в состав третьего

репе 10 времени| КТ4-элементы, вхо- I д ище в состав четвертого реле 11 времени; ,j |)% -.g,-времена задержек на срабатывание контактов 17-20, 15 и 16; и - сигнал задани ; - , Jg - времена задержек на отпускание и на срабатьшание контакта 12; „ у, - времени задержек на отпускание контактов 17-20, 15 и 16; I lf У(6 -врем:ена зад.ержек на отпус- карше и на срабатывание контактов5 и - сигнал заданий; U - выходной сигнал датчика 22; Ug - сигнал рассогласовани ; Uj - напр жение на первом выводе контактов 14; U на-  р жение на исполнительном механизме i 21; U- - напр5та ение на втором выводе

контактов 6; U4 напр жение на : первом выводе контактов 15; Uj- напр жение на обмотке 8 управлени 

первого реле времени; U - напр же- ние на втором выводе контактов 7; U-f - напр жение на первом выводе контактов 17; Ug - .напр жение на об- мотке 9 управлени  второго реле времени; U - напр жение на втором выводе контактов 19; Т - посто нна  времени объекта управлени ; К - коэффициент передачи объ та управлени ; i - запаздывание в объекте; В и В - величины управл ющего воздействи  на объект при включенном и выключенном исполнительном механизме 21; Q величина локальных экстремальных значений параметра.

В качестве первого, второго, третьего и четвертого реле времени стандартные реле использованы быть не могут в св зи с отсутствием стандар - та на конструктивное исполнение реле времени. В качестве третьего и четветого реле времени могут быть использованы общепромь шл:енные реле времени например реле времени БС-10, Кроме того, могут быть использованы реле времеьш ЭВ, ВЛ, и т.д.В качестве первого и- второго реле времени могут быть использованы, например, реле времени ВЛ 40-42.

Особенностью реле ВЛ 40-42  вл етс  то, что при подаче напр жени  на реле происходит формирование в зависимости от модификации или паузы (задержка на включение, задержка на отпускание). Графики на фиг. 2 и 3 построены в предположении, что при подаче напр жени  на реле происходит процесс, начинающийс  с формировани  импульса, т.е. мгновенное срабатывание контакта с последующим формированием первое вьщержки времени на отпускание дл  контакта 12 и контакта 13. При иной модицикации реле процессы проход т аналогично, но соответственно несколько корректируетс  методика расчета настро  контактов. В качестве исполнительного механизма 21 используетс  например электронагреватель .

Работа регул тора осуществл етс  следующим образом.

Предположим, что в исходньй момен времени, соответствующий началу рас-г смотрени  работы регул тора, значени регулируемого параметра незначительно меньше заданного значени  и до момента достижени  параметром заданного значени  проходит врем  боль- .. 1439530 ше, чем врем  настроек реле времени, В этом случае конечный этап переходного процесса в регул торе имеет вид, представленный на фиг. 2 при условии, что запаздывание в системе включено между входом регул тора и выходом объекта, который может быть описан последовательным сое;щнением апериодического звена первого пор дка и звена запаздывани , т.е. передаточПри превьппении сигналом U зада1 нб- го з 1ачени  U происходит пропадание

10

ной функцией вида К

W

ОБ

ОБ

i+fs

-cS

е

где К коэффициент усилени  объекта;

Т - посто нна  времени объекта; Г - чистое запаздывание объекта; S - оператор Лапласа.

Пунктиром на фиг. 2 показано изменение параметра на выходе объекта, а сплошной линией - на входе регул тора . В исходньй момент времени сигнал Uy на выходе датчика 22 меньше сигнал.а U на выходе задатчика 1. На выходе блока 9 сравнени  сигнал, имеет положительное значение, на выходе релейного блока 3 имеетс  напр жение и промежуточное реле 5 находитс  во включенном состо нии. Соответственно контакт 6 замкнут, а контакт 7 разомкнут.

Обмотка 10 управлени  третьего реле времени находитс  во включенном состо нии и питающее напр жение через замьжающий контакт 14, вьшолнен- ный без вьдержки времени, и контакт 13 поступает на исполнитёльньй механизм 21 . Происходит увеличение параметра . Б момент времени t,, когда параметр на входе регул тора достигает заданного значени , отключаетс  релейный блок 3, значение параметра на выходе объекта из-за запаздьшани  в системе определ етс  величиной

К В, ое

(1 ё

),

где К

OS

1

коэффициент передачи объекта управлени ; величина управл ющего воздействи  регул тора при включении исполнительного механизма 21;

Т - посто нна  времени объекта управлени ;

е - основание натурального логарифма .

сигнала на выходе релейного блока 4 и отключение промежуточного реле 5. Контакт 6 размыкаетс , а контакт 7 замыкаетс . При реализации регул тора указанна  совокупность задатчика, элемента сравнени , релейного элемента , промежуточного реле и его контактов может быть реализована при использовании серийных промьшшенных двухпозиционных регул торов, напри- (1) мер при применении вторичных приборов

15 КСМ-4 с позиционными регулирующими устройствами. Происходит отключение обмотки 10 управлени  третьего реле времени от питающего напр жени , размыкание контакта 14 и отключение

20 исполнительного механизма 21 от питающего напр жени . Через контакт 7 к питающему напр жению подключаетс  обмотка управлени  11 четвертого реле времени.

25 По истечении вьщержки времени контакта 17 последний замыкаетс  и через контакт 18 питающее напр жение поступает на обмотку 9 управлени  второго реле времени (момент времени

30 t на фиг. 2). Поскольку контакт 12 второго реле 9 времени имеет задержку времени как на замыкание, так и на размыкание, происходит периодическое подключение исполнительного ме2g ханизма 21 к питающему напр жению до истечени  вьдержки времени контакта 18 (момент времени t на фиг,2). В этот момент контакт 18 размыкаетс , обмотка 9 управлени  вто40 рого реле времени отключаетс  от питающего напр жени  и соответственно происходит размыкание контакта 12, что приводит к отключению исполнительного механизма 21. Происходит

45 дальнейшее уменьшение регулируемого параметра. По истечении выдержки времени контакта 19 Jjпроисходит его (2) замыкание (момент времени t4 на фиг. 2) и указанный процесс вновь повтор етс , но при состо нии системы , когда параметр .на выходе объекта управлени  ниже заданного значени .

В момент времени t уменьшение параметра ниже заданного значени 

ее фиксируетс  регул тором, сигнал рассогласовани  DO на выходе блока 2 сравнени  становитс  положительным, происходит срабатывание блока 4 и включение промежуточного реле 5 (мо50

0

При превьппении сигналом U зада1 нб- го з 1ачени  U происходит пропадание

10

45

50

t,- на фиг. 2), Происхомент времени

днт замыкание контакта 6 и размыкание контакта 1, Д   обеспечени  ста- бильной работы схемы вьдержки времени у контакта 20 выбираетс  незначи- TiinbHo превьпиающей интервал времени

моментами времени t, и 1;

При

15

20

Э70М в случае изменени  характера работы , например под вли нием внешне- ю го воздействи , отключение обмотки 9 управлени  второго реле времени осуществл етс  не за счет разньжани  контакта 7 промежуточного реле 5, а при размыкании контакта 20, что сохран ет работоспособность регул тора. При срабатывании контактов 6 и 7 происходит подключение к питающему Нс.пр жению обмотки 10 управлени  третьего реле времени и исполнительного механизма 21 ,, поскольку происходит замыкание контакта 14, выполненного без выдерлски времеш-ь Происходит у.оеличение параметра, на выходе обтзекта, а на выходе регул тора, про- дслжаетс  его уменьшение до величины б„ 5 опре, 3,ел ющей максимальную величину отрицательного .отклонени  в системе регулировани . При обычном дЁух- позициоином регулированки ве-пкчкнз. данного отклонени  определ етс  как

-гг ,

25

35

Q, К. В,

ОБ

Т

(3)

где В„ - величина управл. ющего воз-действи  на объект управлени  при отключенном электронагревателе 21а

По истечении вьщержки времени у у контакта 15 относительно момента t пер еключени  регул тора происходит замыкание контакта 15 и к питающему напр жению подключаетс  обмотка 8 управлени  первого ре:те времени, формирующего пульсируюиа 1й режим работы электронагревател  при положительном отклонении парьаметра от за.данного значени  (момент времеаи t на фиг,2Х В момент времени t происходит вновь изменение пол рности сигнала рассогласовани  Uj, и переключение промажу- точного реле 5 и его контактов 6 и 7. Обмотка 8 управлени  первого реле вр|2мени отключаетс  от питающего на- др жени , исполнительньй мехаш-1зм 21 полностью отключаетс  от питающего напр лхбни  и происходит снижение параметра на выходе объекта. Выдержка времени ): контакта 16 выбираетс  незначительно превышающей интервал

5

0

5

времени между моментами

Ч и

7

ЧТО

обеспечивает отключение обмотки 8 управлени  первого реле времени в случае изменени  условий работы р егу- л тора. В дальнейшем указанный процесс повтор етс  и в системе устанавливаетс  устойчивый автоколебатель- ньй процесс с существенно уменьшенными относительно обычного двухпозида- онного регулировани  отклонени ми pe-i гулируемого параметра от заданного значени .

Выбор задержек времени на срабатывание и отпускание у . контактов реле времени может быть осуществлен теоретически. При этом производитс  теоретическое, построение характера установившегос  процесса (фиг.З) в следующей последовательности.

Сначала задаютс  допусти1«1ьй 1и отклонени  параметра ш-ске 0 и вьше заданного значени  Qj .

Определ етс  врем  задержки ly, по формуле

0

5

0

КОБ S,

В, -е.

(4)

о

б.

}(( Tin . „

л., -.

Затем задаетс  допустимым значение

максимально допустимое отклонение параметра ниже заданного значени  в процессе коррекции. Выбор 9 определ етс  по спедуюн(им соображе- 5 ни м. Минимально допустима  величина S равна нулю, и при этом обеспечиваетс  .минимальное переключение контактов в период коррекции, максимальное равно бг и число переключений при этом максимально. При приближении к нулю значени  0 повьплаетс  веро тность сбоев в работе регул тора при случайных изменени х параметров объекта или наличии возмущений. Дл  ориентировочного расчета рекомендуетс  прийимать ,5 9i с последующим уточнением на объекте.

Определ етс  врем  задержки MI по формуле

ГКоеВ, ,

Т1п -

ОБ 1

,

(5)

5

Определ етс  врем  задержки к по

формуле

-9z 1

к в,,

05

8 кгв-;е

(6)

об- г

Поскольку J сГ-у,д, то при известных f., и V определ етс  анало/14

гично врем  задержки у, (длительность неполного цикла коррекции) и врем  задержки (длительность последней неполной выдержки второго реле времени).

Определ етс  последн   амплитуда

нижней полуволны формуле

-I 0т + 6 -КобВ Зе . (7)

С учетом полученных значений строитс  нижн   полуволна процесса на выходе объекта без учета запаздывани  (пунктирный процесс на фиг. 3 до момента времени tj.) и соответственно нижн   полуволна процесса на входе релейного блока 3 регул тора переносом данного процесса вправо на врем  Т (сплошной процесс).

Задаетс  допустимым значение 9 - максимально допустимое отклонение параметра выше заданного значени  в установившемс  режиме и значение ва аналогично значени м 0 и 9 дл  нижней полуволны.

Определ етс  врем  задержки по формуле

V Tin

V Qj - -

ОБ

Определ етс  врем  задержки У,по формуле

Г КобВ 1 1 . У.. Т1п ---.-5--.(9)

Аналогично определ ютс  времена задержек y,,gno формулам

(10)

(11)

Определ етс  значение параметра 6g в юмент переключени  регул тора

1. так же, как и амплитуды б дл  нижней полуволны. Дл  этого так же, как и дл  нижней полуволны, определетс  врем  неполнбго корректирующег воздействи  V ,2 исход  из известност времен задержек J g У(б извености длительности нижнего полуперида , равного )f(o + Х ,г+ у/, .

° о

При известности величины Уо опре

.,,°

л етс  врем  задержки Jiano формуле

КобВа+бб у,,, Tin {---V (12)

KoeBz

по формуле

+9с

(13)

ов -е,

с учетом полученных значений с тро- итс  установившийс  процесс в регул торе .

Аналогично, при известности у, , Ifl Уб задавшись значением у , строитс  процесс регулировани  на начальном участке с целью определени  8,0 (фиг. 2).

Значение устанавливаетс  нес- колько большим значени  ,Q +J,j , примерно равным длительности нижнего полупернода.

После определени  врем  )f, по формуле

0

W

определ етс 

Jn Tin

(14)

затем врем 

25

30

50

пустимым значением

,

55 строитс  крива  К1.

Длительность задержки Jy принимаетс  несколько большей значени  длительности Ш1жнего полупериода и несколько меньшей значени  верхнего полупериода .

Кроме того, выбор параметров настройки регул тора можно осуа ёствл ть графически в следующей по следователь- ности. Осуществл етс  запись процесса .регулировани  при обычном двухпозици- онном управлении, т.е. при отключении

35 обмоток 8 и 9 управлени  первого и второго реле времени от питани . Затем фиксируетс  точка на графике, соответствующа  моменту времени t на фиг. 2. Задава сь допустимыми зна40 чени ми отклонений 0, строитс  крива  ran. По положению точки п определ етс  задержка времени , Предварительно определив запаздывание сГ в системе управлени , находитс  положе45 ние точки на графике, соответствующее моменту времени t-j, смещением на величину запаздывани  точки пересечени  кривой тп с линией, характеризующей заданное значение параметра. Задавшись допустимой величиной б опре- дел етс  положение точки К, настройка первого реле времени и выдержка времени ly контакта 16. Задавшись допустимым значением отклонени  б,

По положению точки 1 определ етс  выдержка времени У , а затем, при аналогичном построении дальнейшего.установившегос  про9

цесса, вьщержка времени . Производитс  перестроение точки 1 в положение . По положению точки f определ ютс  времена вьщержек J и Ус учетом того, что данные интер- вапы времени равны интервапам времени , определеннымJ,по соответствующим точкам записи графика при обычном ДВУХПОЗИЦИОННОМ регулировании

с цобавлением величины Полченные параметры провер ютс  на все диапазоне регулировани  и при необходимости УТОЧНЯЮТСЯ,

незначительном изменении задающего воздействи  при вьптолнении примерного равенства реак.ции объекта на одинаковые по длительности импульсы управлени  и паузы между импульсами, точность работы систем с применением предложенного регул тора теоретически и практически может быть обеспечена сколь угодно высокой, т,е. абсолютной . Одинакова  настройка первого и второго реле времени может быть осуществлена также и при управлении в системах без. самовыравнивани , когда

Процесс отработки управл ющего или 15 инерционностью системы можно пренеб10

незначительном изменении задающего воздействи  при вьптолнении примерного равенства реак.ции объекта на одинаковые по длительности импульсы управлени  и паузы между импульсами, - точность работы систем с применением предложенного регул тора теоретически и практически может быть обеспечена сколь угодно высокой, т,е. абсолютной . Одинакова  настройка первого и второго реле времени может быть осуществлена также и при управлении в системах без. самовыравнивани , когда

инерционностью системы можно пренеб

возмущающего воздействи  при исходном состо нии5 когда значение регулируемого параметра выше заданного значени ., происходит аналогично, с

тем отличием, что при этом происходит 20 помощью исполнительного механизма поне .значительное увеличение длительности переходного процесса. Увеличение длительности переходного процесса при этом происходит вследствие того, что заданное состо ние регул тора обеспечиваетс  контактами 19 и 20 чевертого реле времени при переходе синала рассогласовани  с положительного на отрицательное значение. Поэтому при первом переходе значени  па-- раметра ниже заданного значени  происходит снижение параметра до величины рассогласовани 5 определ емой жением (2)5 срабатывание контактов 15 н 16,что приводит к раст гиванию низ;:сней полуволны колебаний, а затем повторе ше процесса представленного на фиг,2,,

Поскольку при управлении объектами с самовьфавниванием при изменеш заданного зна.чени  и при посто нстве параметров настройки реле времени происходит изменение вепичины прира- ще1ш  регулируемого параметра за одно и то же число импульсов управле- НИН, настройкой параметров первого, и второго реле времени обеспечиваютс  режимы работы, позвол ющие осуществить устойчивую работу системы регулировани  во всем интервале работы. На фиг, 2 приведен процесс регулировани , близкий к предельному дл  устойчивой работы, когда переключение регул тора на отрицательном отклонении (момент времени tj) происходит при минимальном значении откло- нени .

В случае, если в системе регулировани  управление происходит при

речь, например при регулировании температуры в установках, основанных иа смешении двух компонентов с различной температурой при управлении с

сто нной скорости,, в аналогичных системах при регулировании концентрации и состава и в других случа х.

Таким образом, предложенное изобр 25 тение позвол ет обеспечить сколь

угодно высокую (т.е. абсолютную) точность регулировани .

Ф о р м у л а изобретени 

30

Позиьщопиый регул тор дл  систем с запаздыванием,, содержащий датчик к задатчик, соединенные вьЕходамн с соответствующими входами блока срав35 нени , подключенного выходом к входу релейного блока с несимметричной характеристикой, обмотки управлени  первого, второго, третьего и четвертого реле времени, соединенные пер40 вьи-о- выводами с первым выводом исполнительного механизма и первым входом Питание регул тора, второй вывод обмотки управлени  третьего реле времени через замыкающие контакты ре45 лейного блока с несимметричной характеристикой соединен с вторым входом Питание регул тора, второй вход обмотки управлени  четвертого реле времени через размыкающий контакт релей50 ного блока с несимметричной характеристикой соединен с вторым входом Питание регул тора, размыкающие и первые замыкающие контакты третьего )реле времени соединены между собой

55 парвьп-4и выводами, первые размыкающие и первые замыкающие контакты четвертого реле времени .соединены между собой первыми вьшодами, о т л и ч а- ю ш. и и с   тем что, с целью повы11

Ьени  точности регул тора, в нем второй вывод исполнительного механизма через размыкающие контакты первого реле времени соединен с первыми выводами замыкающих контактов второго реле времени и вторых замыкающих контактов третьего ре- ,- , лё времени, вторые выводы которых подключены к второму входу Питание |регул тора, вторые выводы размыкающих и первых замыкающих контактов третьего реле времени соединены соответственно с вторыми выводами обмоток

14

953012

управлени  первого и третьего реле времени, вторые выводы первых размыкающих и первых замыкающих контактов с четвертого реле времени соединены соответственно с вторыми вьтодами обмоток управлени  второго и четвертого реле времени, второй вывод размыкающих контактов позиционного блока че- 10 рез последовательно соединенные вто- : рые замыкающие и вторые размыкающие контакты четвертого реле времени подключены к второму.вьшоду обмотки управлени  третьего реле времени.

Фиг. 2

0U9.3

Claims (2)

1. Ф о р м у ла изобретения

   Позиционный регулятор для систем с запаздыванием, содержащий датчик и задатчик, соединенные выходами с соответствующими входами блока сравнения, подключенного выходом к входу релейного блока с несимметричной, характеристикой, обмотки управления первого, второго, третьего и четвертого реле времени,' соединенные первыми выводами с первым выводом исполнительного механизма и первым входом Питание” регулятора, второй вывод обмотки управления третьего реле времени через замыкающие контакты ре5 лейного блока с несимметричной характеристикой соединен с вторым входом Питание регулятора, второй вход обмотки управления четвертого реле времени через размыкающий контакт релейг) ного блока с несимметричной характеристикой соединен с вторым входом Питание регулятора, размыкающие и первые замыкающие контакты третьего )реле времени соединены между собой § первыми выводами, первые размыкающие и первые замыкающие контакты четвертого реле времени соединены между собой первыми выводами, отличающийся тем, что, с целью повы¹¹ 1439530 12

   Мнения точности регулятора, в нем управления первого и третьего реле второй вывод исполнительного механизма через размыкающие контакты первого реле времени соединен с первыми выводами замыкающих контактов второ времени, вторые выводы первых размыкающих и первых замыкающих’ контактов четвертого реле времени соединены соответственно с вторыми выводами обмого реле времени и вторых замыкающих контактов третьего ре- ле времени, вторые выводы которых подключены к второму входу ’’Питание регулятора, вторые выводы размыкающих и первых замыкающих контактов третьего реле времени соединены соответственно с вторыми выводами обмоток ток управления второго и четвертого реле времени, второй вывод размыкающих контактов позиционного блока че10 рез последовательно соединенные вто: рые замыкающие и вторые размыкающие контакты четвертого реле времени подключены к второму.выводу обмотки управления третьего реле времени.

   Фиг.
2. 2 фиг.З