SU960728A1 - Дискретный регул тор (его варианты) - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к автоматическому регулированию и может быть использовано дл  управлени  медленно протекающими процессами в инер- : ционных объектах, снабженных шаговыми грубоквантованными исполнительными механизмгилн, например, дл  регулировани  расхода электроэнергии по заданному графику в печах в ыплавки карбида кремни  в абразивном производстве.

Известен регул тор дл  инерционных объектов, имеющий формирова:тель ошибки, на выход которого подключе. но три канала регулировани , содержаиЬте сумматор, дифференциатор с импульсным звеном и запирающим вентилем , пороговый и двухпозиционный релейный элементы и две схемы совпадени . Устройство обеспечива1ет статическую и динамическую точность с узкой зоной неаувствительности при работе исполнительного механизма в непрерывном динамическом режй-: ме выработки команд (1.

Недостатком его  вл етс  низка  точность вследствие того, что дл  энергоемких инерционных объектов, имеющих грубоквантованные исполнительные механизмы, при непрерывном

воздействии на исполнительный механизм и малой зоне нечувствительности будет посто нное перерегулирование , т.е. раскачка режима.

Увеличение же зоны нечувствительности до уровн  квантовани  исполнительного механизма приведет, в конечном итоге, к большой погрешности регулировани  расхода энерго10 носител  в заданный технологами длительный интервал времени (каимпанию ) .

Наиболее близким техническим решением  вл етс  экстремальный регул тор, содержащий блок определени  производных, генератор тактовых импульсов , первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и., последовательно соединенные датчик, пер20 вый квантователь уровн , первый блок пам ти и третий элемент И, первый вход блока определени  производных соединен с вторым входом первого квантовател  уровн  2.

25

Дл  инерционных объектов с исполнительнхлми механизмами, имеющими большой шаг квантовани , У технологический процессов которых определ етс  заданным интегральным расходом 30 энергетического параметра за большой

промежуток времени, такое устройство будет иметь большое число переключений исполнительного механизма. Увеличение же зоны нечувствительности регул тора приведет к тому, что произойдет значительное рассогласование времени завершени  процесса по заданному интегральному расходу с запланированным. Все это не обеспечивает высокой точности регул тора.

Цель изобретени  - повышение точт ноети регул тора.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в дискретный регул тор, содержапшй блок определени  производных , генератор тактовых импульсов, первый элемент И., второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровн , первый блок пам ти и третий элемент И, причем первый вход блока определени  производных соединен с вторым входом первого квантовател  уровн , дополнительно введен второй блок пам ти, второй и третий квантователи уровн , причем первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определени  производных и триггер реверса с вторым входом третьего элемента И и с первым входом второго элемента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок пам ти и второй элемент И - с первым входом второго квантовател  уровн , вторым входом соединенного с первым входом третьего квантовател  уровн , с вторыми входами первого и второго блоков пам ти и с выходом первого элемента И. Выходы первого и второго блоков пам ти соединены с первым и вторым входами первого элемента И, выход датчика соединен с третьим входом блока определени  производных и с третьими входами третьего и второго элементов И, выход третьего элемента И соединен со вторьм входом третьего квантовател  уровн .

По второму варианту регул тор, содержащий блок определени  производных , генератор тактовых импульсов , первый элемент-И, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровн , первый блок пам ти и третий элемент И, первый вход блока определени  производных соединен с вторым входом первого квантовател  уровн , содержит второй блок пам ти г второй и третий квантователи уровн , первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определени  производных и триггер реверса со вторым входом третьего элемента И и с первым входом второго элемента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок пам ти и второй элемент И с первым входом второго квантовател  уровн  вторым входом соединенного

с первым входом третьего квантовател  уровн , с вторыми входами первого и второго блока пам ти и с выходом первого элемента и, выходы первого и второго блоков пам ти соединены

0 с соответствующими входами первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторьлм входом третьего квантовател  уровн , третий выход генератора тактовых импульсов соединен с третьими входами второго и третьего элементов И.

На фиг.1 и 2 изображены схемы регул торов; на фиг.3 - циклограмма работы.

« Регул тор содержит квантователь 1 уровн  контролируемого параметра X, п оследовательно соединенный с первой  чейкой 2 пам ти, первой схемой И 3 и вторым квантователем 4 уровн . Генератор 5 тактовых импульсов последовательно соединен со второй  чейкой. ПАМЯТЬ 6, второй схемой И 7. и третьим квантователем 8 уровн . Треть  схема И 9 соединена входами с выходами первой и второй  чеек

0 ПАМЯТЬ 2 и 6, сбросовые входы которых соединены со сбросовыми входами второго и третьего квантователей 4 и 8 и с выходом третьей схемы И 9. Второй выход генератора 5 соединен

э с входом блока 10 определени  знака производной, второй вход которого соединен с датчиком регулируемого параметра X, а выход - с триггером И реверса, выходы которого соединены с вторыми входами первой и второй схем И 3 и 7. Третьи входы первой и второй схем И 3 и 7, соединены с датчиком регулируемого параметра.. . Величина заданного значени  расходуес мого параметра за такт в блоке 10 определени  знак-а производной и уровень квантовани  первого квантовател  1 задаетс  задатчиком, выход которого Y(.| соединен с соответствующими входами первого квантовател  1 и блока 10 определени  знака производной . Второй и третий квантователи 4 и 8, соединенные установочными входами с выходом блоков задани  уровн  квантовани  Y и YOZ. обеспечивают зону нечувствительности регул тора в пределах О +YO .

Дл  второго варианта (фиг.2) вторые входы первой и второй схем И 3 и 7 соединены с третьим выходом генератора тактовых импульсов 5.

Устройство работает следующим образом. .

Текущее значение регулируемого

Claims (2)

1. 5 параметра X в виде дискретных им щгльсов} расхода подаетс  (график X (t) фиг.З) с выхода объекта регулировани  на вход первого квантовател  1 уровн , представл ющего собой счетчик-делитель с коэффициентом делени  Уд, и на блок 10 определени  знака производной, представл ющего собой устройство подсчета импульсов, синхронизируемое полу тактовыми импульсами от генератора 5, со схемой .сравнени  в момент окончани  такта с .заданным значеиием YQ/Z. У0  вл етс  нормирующим параметром уровн  квантовани  и определ етс  заданным во времени графиком ввода в объект- энергетическо параметра, т.е. в каждый такт долж . т но выполн тьс  условие У J X{t)3t Уд ... (1) . По достижении 1 авенства величины интегрального значени  расхода контролируемого параметра величине установки УО J X(t)dt... ---с ...(2) на выходе первого квантовате л  формируетс  импульс, включающий первую  чейку ПМ1ЯТЬ 2. Интервал от Си до , определ етс  текущим фак тическим значением времени,за которое в квантователе 1 достригаетс  значение . п в нашем случае определ етс  пор дковым номерсжл такта (фиг .3 г , TI, TV ) На графике y(t) сплошной линией показаны ход процесса накоплени  интегрального значени  параметра X(t) в первом квантователе, а пунктирными - накопление этого же параметра в блоке определени  знака производной за полутакт синхронно с началом каждого полутакта. Все тр квантовател  уровн  1, 4 и 8, работа  в режиме кольцевого неполного счетчика,, после достижени  значени  установок и YOJ. и формирова ни  на выходе квантователей одиночного импульса, устанавливаютс  в ис ходное нулевое состо ние и счет (на копление) начинаетс  сначала. Генератор 5 тактовых импульсов генерирует через равные тактовые промежутки времени Т импульсы, вклю чающие вторую  чейку ПАМЯТЬ 6. Дл  этого величину квантовани  Y и длительность такта выбирают с учетом инерционности объекта регулировани  и дискретности квантованного шага регулировани  исполнитель ного механизма. Выражение (1) отображает идеальный режим регулировани  расхода. Если Tf совпало с началом такта и соблюдаетсч-условие равенства Г X(t)dt Г X(t)dt УО, то не выс о ., . йбатываютс  управл ющие воздействи на исполнительный механизм, в устро стве пуск регул тора с момента времени г и синхронна  выдача импульсов через врем  Ъ,1 с выхода квантовател  1 и генератора 5 тактов одновремейно включают обе  чейки ПАМЯТЬ 2 и 6f которые, включа ,скему И 9, сбрасываютс  после по влени  на вторых (сбросовых) входах их сигнала с выхода схемы И 9. Перва  и втора  схемы И 3 и 7 не включаютс , второй и третий квантователь 4 и 8 не выдают команд управлени . Однако в последующий момент времени в процессе обжига и расхода энергии объект измен ет свое тепловое состо ние и параметры (электрическое сопротивление или газопроницаемость ) , что при неизмен1|ых характеристиках энергоисточников приводит к изменению скорости потребле- нй  энергии объектом. Допустим, .что за второй такт интегральное значение X(t) достигает раньше заданного 2 5 , чем закончитс  длительность такта Т., т. ,-Г2.Т (фиг.З): в этс случае сформированным импульсом, квантователь 1 включает  чейку ПАМЯТЬ, 2 и подготавливаетс  по первому щходу к- работе перва  схема И 3. Одновременно блок Ю определени  знака производной определ ет отклонение реальной скорости процесса в данный такт от заданной, В нашем случае это счетчик, синхронизируемый импульсами тактового генератора 5, следующими с удвоенной частотой . Задание уровн  У в этот счетчик внутри схемы 10 уменьшено в два раза. Тогда, поскольку процесс потреблени  энергии объектом возрос, счетчик блока 10 определени  производной раньсле, чем придёт тголутактовый сигнал от генератора 5, выдает на триггер 11 реверса импульс, что указывает о з-аполнении счетчика ДО уровн  Уо/2. Сигналом с первого выхода триггера 11 реверса разрешаетс  работа первой схемы. И 3, котора  пропускает импульсы расхода энергии на второй квантователь 4, уровень квантовани  которого Уо-2 определ ет зону нечувствительности регул тора.. Если за оставшуюс  длительность второго такта 2т -г в квантователь 4 поступит число импульсов регулируемого параметра X больше У., , на выходе этого квантовател  в момент по витс  импульс регулировани , воздействующий на шаговый исполни- : тельный механизм в направлении уменьшени  расхода (график 4 и 4а фиг.З). По окончании второго такта в момент времени 2Т генератор 5 так.тов запускает  чейку ПАМЯТЬ 6, по вившийс  сигнал на выходе схемы И 9 отклаочает  чейку ПАМЯТЬ 2 и б и устанавливает в исходное состо ние счетчик квантовател  4. Дл  блока 10 определени  знака производной цикл подсчета начинаетс  снова,так как полутактовыми .сигналами генератора 5 счетчик блока 10 сбрасываетс  в исходное нулевое состо ние После выработки управл ющего во действи  с момента Г скорость пот реблени , энергии объектом снизилась что отображено на графике У(t) изме нением наклона в интервале времени С начала третьего такта, т.е. с 2Т счетчик блока определени  знака производной с нулевого состо ни  начал подсчет фактического расхода энергии за контролируемый полутакт Хот  с начала процесса идет еще one режение потреблени  энергии (момент времени завершени  подсчета третье порции Г ЗТ) , в середине третьего такта блоком 10 определени  анака производной по первому сигналу полу такта от генератора 5 формируетс  сигналу переключающий триггер 11 ре верса в состо ние, определ ютзе установление скорости потреблени  энергии ниже заданной. Разрешающий сигнал с первой рхемы И 3 снимаетс  а на входе второй схемы И 6 по вл етс  (строка 11 + и 11 -, фиг.З) Таким образом, по вление.на выходе  чейки ПАМЯТЬ 2 импульса длительностью ;ЗТ- Тд не вызывает лишних переключений, поскольку накопленное опережение процесса практически в ближайшие последующие такты скомпенсировано снижением скорости процесса потреблени , начавшшлс  с момента t . , Обычно длительность тактавыбирают с учетом инерционности объекта поэтому возможное отставание процесса из-за снижени  скорости потреблени ,- как правило, не сможет произойти в следующем такте больше чем на полтакта. За следующий четвертый такт с переходом на п тый (интервал работы квантовател  --C ввиду снижени  скорости, процесс из опережающего стал отстающим по суммарному потреблению энергии, 4Т, т.е. 4Y. Г X(t)dt, I ° ri В ЭТОМ интервале в момент времени 4Т сигналом тактового генератора 5 включаетс  втора   чейка ПАМЯТЬ 6 и включаетс  в работу втора  схема И 7; котора  пропускает на третий квантователь 8 импульсы расхода в течение интервала времени (строка 7 фйг.З). Если отста ваниепроцесса незначительное, т.е меньше зоны нечувствительности YQ заданной в третьем квантователе, то число подсчитанных счетчиком квантовател  8 импульсов за интервал 4T-tr5- будет меньше заданных Y,. . В момент времени сигналом навыходе первого квантовател  1 включаетс   чейка ПАМЯТЬ 2, срабатывает схема И 9 и  чейки ПАМЯТЬ 2 и 6 и счетчик квантовател  8 сбрасываетс  в исходное нулевое состо ние. Новый цикл отсчета счетчиком квантовател  1 расхода с практически неизменной заниженной скоростью приведет .к тому, что интегральное значение расхода с начала работы фегул тора отстает от заданного. Поэтому в момент завершени  п того такта 5Т включаетс  первой по сигналу генератора 5  чейка ПАМЯТЬ б- и откроетс  схема И 7, котора  начнет с этого момента пропускать на третий квантователь 8 импульсы расхода энергии. После накоплени  счетчиком, квантовател  8 импульсов расхода, равного заданию Yo2./ т.е. X(t)dt 2 (строка 8, фиг.З). В момент , времени т: (врем  выработки второй команды) на выходе квантовател  формируетс  командный импульс регулировани , воздействующий на шаговый исполнительный механизм в направлении увеличени  расхода (график 8а фиг.З). С момента выполнени  команды шаговым исполнительным меха-, низмом скорость потреблени  энергии объектом возрастает, что отображено на графике Y(t) фиг.З увеличением наклона в интервале времени t.-Т . В этом же интервале с момента t начинаетс  новый цикл подсчета импульсов расхода 5С третьим квантователем 8. Если бы отставание фактического интегрального расхода энергии в момент времени С, было значительным от заданного, то возможно через следующий промежуток времени, необходимый дл  подсчета импульсов энергии X, равных заданию формирование на вьпсоде квантовател  8 второй импульсной команды в направлении увеличени -скорости потреблени  объектом энергии. За интервал времени квантователь успевает подсчитать число импульсов меньше задани  УОО. поэтому второй команды на увеличение расхода исполнительному механизму не формируетс  . В интервале времени первого-шестого полутакта (5Т-5Т) счетчик блока 10 определени  знака производной успевает раньше завершени  полутакта набрать число Импульсов расхода энергии, равное Y,/2, поэтому на выходе блока 10 по вл етс  сигнал +, переключающий триггер 11 реверса . Последний блокирует схему И 7 и |разрешает работу схемы И 3 (график 11 фиг.З). Дальнейший цикл отсчета импульсов расхода квантова телем 1 с момента времени t-i начнет с  с большей скоростью,t Однако накопленное отставание с начала кампа нии (с третьего такта) приведет к тому что в момент времени 6Т генератор 5 вклк1Чит  чейку ПАМЯТЬ б, а в момент tT-, когда заполнитс  счетчик квантовател  1 очередной порцией импульсов равной Yg ,  чейка ПАМЯТЬ отключаетс  схемой И 9. В интервалу бТ-Т, регул тор не выдает никакой команды, так как схема И 7 заблокирована сигналом от триггера 11 реверса. Процесс потреблени  энергии в объекте постепенно приходит в заданный ритм (интервалы ST-fg фиг.З), Это говори о том, что при повышении скорости потреблени  энергии за такт, интегрально накопленное отставание будет ликвидировано в течение 2-3 тактов без лишнего переключени  мощных крупношаговых исполнительных механизмов , При достаточно.больших разбалансах фактических параметров расхода от заданных в течение семи тактов практически выполнено регул тором два переключени  исполнительным механизмом . При этом разбаланс по времени не достигал больше длительности полутакта. I В качестве квантованных импульсо определ ющих зону нечувствительност регул тора (уставки Y и .) можн использовать также временные метки, т.е. какую-то фиксированную частоту вырабатываемую генератором 5. Эта частота значительно выше, чем часто та импульсов, определ ющих тактовый интервал Т, и может быть легко выделена из схемн генератора по треть му выходу. Работа регул тора по второму варианту (фиг.2) отличаетс  от первог варианта только тем, что вместо мел комасштабных импульсов расхода энергии X, квантователи 4 и 8 .подсчитывают в интервалах времени сдвиг между фактическим интегральным расходом и заданным темпом процесса мелкомасштабные импульсы времени, генерируемые генератором 5 и пропус каемые соответственно через схему И 3 или И 7.: Поскольку за этот промежуток времени мало измен етс  взаимосв зь частоты импульсов расхода со временем , а расход и ход времени всегда одномерен, т.е. идет в одном направлении - увеличени  параметра, то использование импульсов времени дл  измерени  величины разба анса в медленно протекающих процессах накоплени  (расхода эквивалентно использованию импульсов расхода энергии. . В насто щее врем  управление рас-1 ходом электрической энергии мощных печей выплавки карбида кремни , а также графита в электродном производстве есуществл еТс  с помощью систем автоматического программного управлени  электрическим режимом АУР и САУГ, в которых Задача снижени  числа переключений мощных исполнительных механизмов достигаетс  значительным расширением зоны нечувствительности регул торов, что снижает точность регулировани  расхода электроэнергии за кампанию. Использование предлагаемого устройства в указанных системах позвол ет повысить точность регулировани  интегрального расхода электроэнергии за заданный промежуток времени (запланированную длительность кампании). В этом случае синхронность процесса часового расхода с временем за всю кампанию обеспечиваетс  с точностью по времени - один полутакт, а по величине - половины величины заданного расхода за такт, что снижает относительную погрешность обеспечени  заданного расхода за запланированное врем  до 1-0,5%, вместо возможной 3-5% ранее, обусловленной практически, зоной нечувствительносТИ регул тора.. Формула изобретени  1, Дискретный регул тор, содер-. жащий блок определени  производных, генератор тактовых импульсов, пер- |4 вый элемент И, второй элемент И , триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровн , первый блок пам ти и третий элемент И, первый вход блока определени  производных соединен с вторым входом первого квантовател  ; уровн , отличающий с   тем, что, с целью повышени  точности регул тора, он содержит второй блок пам ти, второй и третий квантователи уровн , первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определени  производных и триггер реверса с вторым входом третьего элемента .И и с первым входом второго элемента И, а второй -выход через последовательно соединенные второй блок пам ти и второй элемент И - с : первым входом второго квантовател  уровн , вторым входом соединенного с первым входом третьего квантовател  уровн , с вторыми входами первого и второго блоков пам ти и с выходом первого элемента И, выходы первого и второго блоков пам ти соединены с соответствующими входами первого

   элемента И, выхо датчика соединен с третьим входом блока определени  производных и с третьими входами третьего и второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом третьего квантовател  уровн .
2. 2. Дискретный регул тор, содержащий блок определени  производных, генератор тактовых импудьсов-, первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровн , первый блок пам ти и третий элемент И, первый вход блока определени  производных соединен с вторым входом первого квантовател  уровн , отличающийс  там, 4Tqy с целью повышени  точности регул тора , он содержит второй блок пам ти, второй ц третий квантователи уровн , первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определени  производных и триггер реверса со вторым входом третьего элемента И и с первым входе второго эле мента И, а второй выход через последовательно соединенные второйблок пам ти и второй элемент Hi- с первым входом второго квантовател  уровн ,

   вторым входом соединенного с первым

   входом третьего квантовател  уровн , с вторыии входами первого и второго блоков пам ти и с выходом первого элемента И, выходы первого и второго

   блоков пам ти соединены с соответствующими входами первого элема т.а И, выход третьего элемента И соедщне  с вторым третьего ква  овател  уровн ,третий выход генератора

   тактовых импульсов соединен с третьими входами второго и третьего элементов И.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1,Авторское свидетельство СССР №370584, кл. G 05 В 11/26, 1973.

   2.Авторское свидетельство СССР 468216, кл. G 05 В 11/01,, 1975 (прототип).