SU752221A1 - Система автоматического регулировани - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к системам автоматического управлени  и регулировани  объектов с самовыравниванием и может быть использовано дл  высококачественного регулировани  температурного режима электропечей. Известны систе1уы автоматического регулировани  объектов с самовыравниванием , включающие в себ  датчик и задатчик регулируемой величины, схему сравнени , пропорционально-ин тегральный и дифференциальный регул тор и преобразователь выходного сигнала регул тора в управл ющий сиг нал 1 . Такие системы обеспечивают обработку возмущени  без статической ошибки, однако, переходной процесс при этом имеет низкие качественные показатели, причем с уменьшением вре мёни переходного процесса, последний становитс  колебательным со значи- . тельным перерегулированием. Качество процесса управлени  и регулировани  в таких системах зависит от точноети идентификации объекта, от величины возникшего рассогласовани , от -ТОЧНОСТИ настройки регул тора, а так же от заданного уровн  регулировани  Высока  чувствительность систем к указанн1з1м величинам не позвол ет получить стабильное качество процесса регулировани  Наиболее близка к предлагаемой системе автоматического регулировани , содержаща  последовательно соединенные датчик, схему сравнени , первый усилитель, сумматор, управл емый генератор.импульсов и объект регулировани , причем выход задатчи ка соединен со вторым входом схемы сравнени , вход дифференциатора сое динен с выходом первого усилител ,BI ход интегратора соединен со втоцилм входом cyinMaTopa, первый выход блок;1 управлени  ключами соединен с управл ющим входом первого ключа, подключенного параллельно емкости интегратора 2 . Как известно, интегральна  составл юща  в регул торе необходима дл  устранени  статической ошибки в системе регулировани , однако при больших рассогласовани х в системе наблюдаетс  изменение интегральной составл ющей выше или ниже требуемой, что приводит к перерегулированию,так как дл  ее компенсации требуетс  сшибка противоположного знака, или зат гиванию переходного процесса.

В  эвестной системе при больших рассосласовани х между заданным и дейс.тви(гельным значени ми регулируемой , .величины вЕЛходной сигнал пропорционально интегрального и дифференциальноио регул тора обеспечивает на выходе управл емого генератора импульсов максимальное число импульсов , которые воспринимаютс  блоком .управлени  ключом, последний шунтирует емкость интегратора -на опредеjiOHHoe ВЕ)ем , чем достигаетс  уменьшение вли ни  интегральной составл ющей на перерегулирование в системе . Однако качество переходного процесса остаетс  нестабильным, так как качество регулировани  в системе по-прежнему зависит от величины возникшего рассогласовани , от заданного уровн  регулировани , от стабильности параметра объекта, от точности настройки регул тора и дополнительно от момента включени  интегратора .

Цель изобретени . - улучшение качества регулировани  объектов с самовыравниванием .

Поставленна  цель достигаетс  тем что в систему регулировани  дополнительно введены второй ключ, выпр митель , нуль-орган, компаратор и второ усилитель, причем вход выпр мител  соединен с выходом дифференциатора, а выход - со входами нуль-органа и компаратора, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управлени  ключами, второй вход компаратора соединен с выходом второго усилител , вход которого подключен к выходу задатчика, второй выход блока управлени  ключами соединен с управл ющим входом второго ключа, вход которого соединен с выходом первого усилител , а выход - со входом интегратора.

На чертеже представлена функциональна  схема системы регулировани 

Схема содержит датчик 1, схему 2 сравнени , первый усилитель 3, сумматор 4, управл емый генератор 5 импульсов , объект б регулировани ,задатчик 7/ дифференциатор 8, интегратор 9, первый ключ 10, второй ключ 11, выпр митель 12, нуль-орган 13, компаратор 14, второй усилитель 15, блок 16 управлени  ключами, входы 17 и 18 которого соединены с выходами нуль-органа и компаратора, а выходы подсоединены к ключам, выход 19 управл ет ключом 10, а выход 20 ключом 11.

Система работает следующим образом .

В случае по влени  большого рассогласовани  в системе (объект вывод т на режим или измен ют задание ргулировани ) сигнал ошибки с выхода схемы 2 сравнени  усиливаетс  и поступает на дифференциатор 8, ас ег выхода через выпр митель 12 на один

:из входов компаратора 14, на второй вход которого поступает нормированный усилителем 15 сигнал задатчика 7.

Если сигнал с дифференциатора 8 превышает уровень, задающийс  с выхода уЪилител  15, компаратор выдает сигнал на блок 16 управлени  ключами, который включает ключ 10, закорачивающий емкость интегратора. Ключ 11 в это врем  разомкнут и интегратор

0 отключен от усилител  рассогласовани . Выходной сигнал регул тора будет состо ть из одной пропорциональной составл ющей. По мере подхода регулируемой величины к заданному

5 значению величина рассогласовани  уменьшаетс  и после достижени  установившегос  состо ни  в системе наблюдаетс  статическа  ошибка, величина которой зависит от коэффициента

0 усилени  системы. В этот момент выходной сигнал дифференциатора равен нулю, срабатывает нуль-орган 13 и I выдает сигнал на блок 16 управлени  ключами, который размыкает ключ 10 и включает ключ 11.

После истечени  времени, требуемого дл  записи в интегратор 9 сигнала с выхода усилител  3, сигнал.управлени  ключом 11 снимаетс  и ключ снова отключает интегратор от усилител . Интегратор превращаетгс  в  чейку пам ти, в которой записана величина интегральной составл ющей,необходима  дл  установлени  и поддержани  заданного значени  регулировани .

5 С этого момента выходной сигнал регул тора будет состо ть из суммы двух составл ющих, пропорциональной ошибке и посто нной интегральной состав , л ющей.

Q При Таком управл ющем сигнале регулируема  величина начинает измен тьс  в сторону уменьшени  ошибки, при этом на выходе дифференциатора 8 снова по вл етс  сигнал и нуль-орган 13 переходит в исходное состо ние.

После достижени  нового установившегос  состо ни  навыходе дифференциатора 8 снова будет нулевой сигнал,

0 снова срабатывает нуль-орган 13 и подает управл ющий сигнал на блок 16 управлени  ключами, который включает. ключ 11, подключа  тем самым интегратор 8 к выходу усилител  3. Так

как в этот момент сигнал ошибки равен или близок нулю, то интегральна  составл юща  остаетс  приблизительно на прежнем уровне и система переходит в режим слежени  за ошибкой. . Така  последовательность работы

0 системы при по влении больших рассогласований позвол ет полностью исключить вли ние интегральной составл ющей на Переходной процесс и получить последний без перерегулировани 

5 с точным выходом к заданному значению за счет определени  на первом этапе работы системы требуемого значени  интегральной составл ющей,запоминани  его в интеграторе,и после достижени  регулируемой величиной ; заданного значени  и окончани  переходного процесса, включени  интегратора с записанной в нем величиной интегральной составл ющей посто нно. Уравнение работы пропорциональноинтегрального регул тора записываетс  в виде

/u U.e.Je.c)(t), (1)

где k - коэффициент при пропорциональной составл ющей; Е. - величина ошибки регулировани ,

RC - посто нна  интегрировани  ( U - величина управл ющего воздействи .

При интегральной составл ющей равной нулю требуемое управл ющее воздействие в установившемс  режиме определ етс  первым слагаемым уравнени  (1. Если предположить, что эта величина и присвоена интегральной составл ющей, то, очевидно, первое слагаемое уравнени  (1) должно равн тьс  нулю, а это возможно при е О.

Следовательно, если считать, что услови  регулировани  не измен ютс  после г упоминани  значени  fu в интеграторе , то в установившемс  режиме система переходит к заданном значению регулируемой величины. При этом вид переходного процесса полностью зависит от величины коэффициента усилени  пропорциональной составл ющей.

Если коэффициент усилени  выбран максимальным, исход  из услови  монотонности переходного процесса,то така  система обеспечивает минимум времени переходного процесса без перерегулировани .

Описанный пор док работы системы позвол ет использовать коэффициенты при интегральной составл ющей больш единицы, что обеспечивает высококачественную отработку возмущени  по нагрузке.

В математическом виде пор док работы регул тора записываетс , следующим образом.

со

fu-k-e+U ep -b Je-dt (2)

Чт

гдеСст статическа  ошибка при пропорциональном регулировании, tj. - врем  окончани  переходного процесса.

Если посто нна  времени интеграiTOpa выбрана равной 1, то выражение (2) имеет вид

со

(b .E +

. . tcT

а регул тор, соответствующий этому алгоритму - минимальное число настроечных параметров, что значительно

упрощает настройку системы регулиро0

вани .

Так как определение требуемой интегральной составл ющей производитс  на первом этапе переходного процесса и ее :вли ние определ етс  только коэффициентом усилени  пропорциональной составл ющей (величиной статической ошибки), то, независимо от начальных условий регулировани , величины рассогласовани  и состо ни  параметров объекта регулировани  в

насто щий момент, система обеспечивает стабильное качество переходного процесса (врем  переходного процесса близкое к минимальному и без перерегулировани ).

Использование предлагаемой системы автоматического регулировани  объектов с самовыравниванием, например ,.электропечей, позвол ет полу0 чить стабильное качество переходного процесса при любых возмущени х по заданию и по нагрузке при минимальном времени регулировани .

Така  система не требует сложного расчета, легко настраиваетс  и . может быть с успехом применена дл  прецизионного регулировани  технологических процессов.

40

Claims (1)

1. Круг Е.К.Мимина О.М. Электрические регул торы промышленной автоматики , Госэнергоиздат, 1962,с. 52.

&; Патент Великобритании , , 1.305067, кл, G 05 В 11/12,опублик. 1973 (прототип).