Устройство управления параметрами газовой среды

 

Изобретение относится к устройствам управления параметрами газовой среды в проточных системах и может быть использовано для одновременного программного изменения давления и температуры газовой среды, а также при испытаниях на прочность и надежность конструкций теплотехнических систем. Цель изобретения - повышение точности одновременного управления параметрами газовой среды путем введения коррекции управляющих сигналов на основе информации о фактическом состоянии параметров газа (давления и температуры). Для этого устройство управления параметрами газовой среды содержит магистраль 1 высокого давления, регулирующие органы 2, 4, проточную камеру 3, ограничительную диафрагму 5, рабочую камеру 6, датчики 7, 8 соответственно давления и температуры проточной камеры 3, блок 5 коррекции, элементы 10, 11 сравнения, блок 12 логики, блок 13 управления и программный задатчик 14. Изобретение обеспечивает уменьщение ощибок регулирования, т. е. повыщение точности программного одновременного управления параметрами (температурой и давлением) газовой среды. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. ® СО о со о о со iZix3 , ЯлЯ 47 52lt) Sl(t)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1309003 (su 4 (з 05 Р 27/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3854718/24-24 (22) 08.02.85 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (71) Тульский политехнический институт (72) Б. М. Подчуфаров, 1О. Б. Подчуфаров, М. Б. Чернова, М. В. Грязев, P. М. Дроздова и В. Н. Жигачева (53) 621.3 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 319930, кл. G 05 D 16/20, 1969.

Патент Cll1A № 3537644, кл. G 05 D 23/126, 1970.

Авторское свидетельство СССР № 589594, кл. G 05 D 16/20, 1977. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПАРАМЕТРАМИ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к устройствам управления параметрами газовой среды в проточных системах и может быть использовано для одновременного программного изменения давления и температуры газовой среды, а также при испытаниях на прочность и надежность конструкций теплотехнических систем. Цель изобретения — повышение точности одновременного управления параметрами газовой среды путем введения коррекции управляющих сигналов на основе информации о фактическом состоянии параметров газа (давления и температуры). Для этого устройство управления параметрами газовой среды содержит магистраль 1 высокого давления, регулирующие органы 2, 4, проточную камеру 3, ограничительную диафрагму 5, рабочу.ю камеру 6, датчики 7, 8 соответственно давления и температуры проточной камеры 3, блок 5 коррекции, элементы 10, 11 сравнения, блок 12 логики, блок 13 управления и программный задат- Я чик 14. Изобретение обеспечивает уменьшение ошибок регулирования, т. е. повышение точности программного одновременного управления параметрами (температурой и давлением) газовой среды. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

309003 (2) А - (РэЯ)ц (Р, Я% Р Д где Уд= Рр® РрЮ при ) Д

1 при — - а 8„. зЩ

Рр() = (За ) -,-ДР y(i ):. (Ð я)

Р. (t) P, (t) Р(й при = ) )3„

P,(t) i3î) - V»

А (— -Й " — (ф" (t) = Р (У Р(У

1 при — —, ) (3„

Р((/)

Р, (t)

P i(t ) и р и

Р® =а ; (Зв) / „ь л=1

1

Изобретение относится к устройствам управления параметрами газовой среды в проточных системах и может быть использовано для одновременного программного изменения давления и температуры га-оаоА среды, а также при испытаниях на прочность и надежность конструкций теплотехнических систем.

Цель изобретения — повышение точности одновременного управления параметрами газовой среды.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока коррекции или блока управления; на фиг. 3 — функциональная схема блока логики.

Устройство управления параметрами газовой среды содержит магистраль 1 высокого давления (ресивер), регулирующий орган 2, проточную камеру 3, регулирующий орган 4, ограничительную диафрагму 5, рабочую камеру 6, датчики 7 и 8 соответственно давления и температуры проточной камеры 3, блок 9 коррекции, элементы 10 и 11 сравнения, блок 12 логики, блок 13 управления, программный задатчик 14 и датчики 15 — 18.

Блоки 9 и 13 каждый содержат десять блоков 19 — 28 деления, семь блоков 29 — 35 умножения, пять сумматоров 36 — 40, три

k u R — показатель адиабаты и газовая постоянная рабочей среды;

W — объем проточной камеры 3;

5а — пропускная площадь ограничительной диафрагмы 5;

t — время, формируются сигналы Siç(t) H S ç(t).

2 блока 41 — 43 нелинейности, два блока 44 и 45 извлечения квадратного корня, два дифференциатора 46 и 47 и три усилителя 48—

50.

Блок 12 логики содержит три выделителя 51 — -53 модуля, четыре реле 54 — 57, четыре диода 58 — 61, четыре элемента 62 — 65 сравнения, контакты 66 и 67 реле 54, контакты 68 и 69 реле 55, контакты 70 — 73 реле 56, контакты 74- 77 реле 57 и задат1о . 78.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 14 выдает сигналы Pq(t) и

Tq(t), которые необходимо реализовать в проточной камере 3. Оба этих сигнала поступают соответственно на первый и второй

15 входы блока 13 управления, куда одновременно на третий и четвертый входы поступают сигналы о текущих значениях давления РрЯ и температуры Трф газа соответственно с датчиков 15 и 16, установленных в магистрали высокого давления. На пятый и шестой входы поступают сигналы о давлении газа Pi(t) с датчика 17, установленного в рабочей камере 6, и о давлении R (t)— с датчика 18, установленного на выходе второго регулирующего органа 4. В соответ25 ствии с этими сигналами и на основе следующих зависимостей:

Сигналы S iz (t) и S»(t) подаются соответственно на первый и второй входы блока 12 логики и вычитающие входы элементов 10, 11 сравнения.

На первом и втором выходах блока 9 коррекции формируются корректирующие сигналы соответственно 51к® и S (t) на ос1309003 (4а) (4б) +S2(f) = S2K(f) 23() поступают соответственно на третий и четвертый входы блока 12. На первом и втором выходах блока 12 формируются уже результирующие сигналы S»(t) и S2(t), которые и поступают на управляющие входы соответственно регулирующих органов 2 и 4.

Блок 9 коррекции функционирует следующим образом, На входы блокод.,19 и 21 поступают сигналы с датчиков давления соответственно 17 и 18, а на другие входы этих блоков — сигнал с датчика 7 давления, который также поступает на вход блока 46 и на входы блока 29 умножения и блоков 20 и 22 деления, на другие входы последних двух подаются сигналы соответственно с датчиков 15 и 8. В результате на выходах блоков 19 — 22 деления формируются отношения соответственно

Р»(т), P(t) . Р2(т). Р(Ц)

Рф Р,® РЯ) Т()

БРА а на выходе блока 46 производная

dt информация о которой одновременно поступает на входы сумматора 36 и блока 31.

По отношениям давлений —, — - и

P(t) РФ P(f) на выходах нелинейных блоков 41, 43 и 42 формируются сигналы о значениях газодинамических функций соответственно У2®, У»(/) и V (t), определяющих режим истечения газа (критический или докритический) .

С датчика 8 сигнал подается также на блок 44 извлечения квадратного корня, на дифференцирующий блок 47 и на входы

3 нове текущей информации: о давлении РЯ и температуре ТЯ газа в проточной камере 3, поступающей на первый и второй входы блока 9 с датчиков соответственно 7 и 8, о давлении Р Я и температуре Т Я газа в магистрали высокого давления, поступающей на третий и четвертый входы блока 9 с соответствующих датчиков 15 и 16, о давлении газа

Р»ф и Р2Я соответственно в рабочей камере 6 и на выходе второго регулирующего органа 4, поступающей на пятый и шестой входы блока 9 с соответствующих датчиков 17 и 18, и на основе тех же алгоритмов (1, 2, За — в) изменения плошадей регулирующих органов 2 и 4, но где для формирования корректирующих сигналов Six(t) и

Sm(t) вместо значений Рз (t) и T3 (t), поступающих с выхода задатчика 14, используются текущие значения давления РЯ и температуры Т(l) газа в проточной камере 3, поступающих на блок 9 коррекции соответственно с датчиков 7 и 8. Сигналы S»<(t) и

52к(Т) подаются на суммирующие входы соответственно элементов 10, 11 сравнения, с выходов которых сигналы S»() = (к() S»з® дущие сигналы: — - Х вЂ” L); ()

ТЯ dt T(25 (P " xd™ "РТ)xI>T,» »»x

T(t) df /г а /

X(У»®ХР ®Х(Тр(t) Т(Ф1

Пропустив последний сигнал через усилитель 49 с коэффициентом передачи, равным

Ф

lг = — — —, получаем на первом выходе т2О !R блока 9 коррекции корректирующий сигнал

S»»»(t), который и подается на суммирующий вход элемента 10 сравнения. Подавая выходной сигнал с блока 43 через усилитель 50 с коэффициентом передачи, равным S», а затем полученный сигнал поделив в блоке 28

40 на выходной сигнал нелинейного блока 41, получим сигнал S Y>(t)/У2® подавая который на сумматор 40 одновременно с сигналом

5

20 сумматоров 38 и 39,с датчика 15 — на вход блока 34 умножения и с датчика 16 давления — на блок 45 извлечения квадратного корня, на вход сумматора 38, вход блока 26 деления и на вход усилителя 48 с передаточным коэффициентом Й (где Й вЂ” показатель адиабаты), В результате последовательного умножения на выходах блоков умножения формируются сигналы соответственно

V2(t)X P(f); У2®Х P(f) X(TP(t) T(t));

У2(/)Х РЯ Х(Трф — Т(l)) XQT(t). а на выходах блоков 34, 35 и 34 сигналы

V»(йХ Рр(Г);

V,(l) X P,(t) X(T,() — T(l));

Y»(ttXР Х(Т () — Тф) Т„()

В результате последовательного прохождения сигналов через блок 33 сумматор 36 и блок 25 на выходах этих блоков имеем слеРt dTl Pt) dT(f)

l) df

Р» 1 РТ» i) d P(» Т » l — Т О (TIf) dl dl ИТ Я ), T(t) Y2,f). РЯ. T„(l) — ТЯ полученным путем последовательного формирования на сумматоре 39, блоке 31, сумматоре 37 и блоке 27, получим на выходе блока 40, являющемся вторым выходом блока 9, корректирующий сигнал S2»»(t), который затем подается на суммирующий вход элемента 11 сравнения.

Блок 13 функционирует аналогично блоку 9, за исключением следующих моментов: по первому входу блока 13 поступает с первого выхода задатчика 14 сигнал, экви1309003

51 == 51з — Л51, 5г == 5гЗ А52> (8) Л = — 1Л1 — Al, (6) (7) Л1:= Цэт + 1 1

Формула изобретения

5 валентный заданному значению давления

РЯ; по второму входу блока 13 поступает с второго выхода задатчика 14 сигнал, эквивалентный заданному значению температуры Т.(t); с первого и второго выходов блока 13 сигналы Siq(t) и 5г ® поступают на вычитающие входы элементов 10 и 11 сравнения, а также соответственно на первый и второй входы блока 12.

Блок 12 функционирует следующим образом.

Сигналы AS1(/) и Л5г(/), формируемые на выходах элементов 10 и 11 сравнения по зависимостям (4а) и (4б) и поступаюгцие на третий и четвертый соответственно входы блока 12, подаются одновременно на входы соответственно блоков 51 и 52, на реле 55 и 54, а также соответственно на диоды 61, 58 и 59, 60.

Разность модулей сигналов IASil и 1Л5г1:

AS = IAS il — 1Л5г1, (5) формируемая на выходе элемента 64, поступает на реле 56 и вход блока 53, на выходе которого формируется IAI сигнала Л.

На выходе элемента 65 формируется разность сигналов которая поступает на реле 57.

Сигнал Al подается с выхода задатчика 78, выполненного, например, в виде электронного усилителя, и равен где U- — положительное эталонное напряжение, подаваемое на вход электронного усилителя; k — его коэффициент передачи, который перед работой всего устройства устанавливается в зависимости от используемого эталонного напряжения, но так, чтобы

Л =0,01 В; например:

/г1 = — 10, если U-. = +100 В;

ki = — 2 10, если U = +50 В;

ki = — 810, если U-= 12,5 В и т. д.

Реле 55 и 54 имеют по две группы контактов соответственно 66, 67 и 68, 69, а реле 56 и 57 четыре группы контактов -- соответственно 70 — 73 и 74 — 77.

Логика работы блока 12 состоит в следуюшем.

Если сигнал, т. е. модуль IAI разности модулей сигналов IAS i l и 1Л5г1, меньше

001 В, то через контакты 74 и 77 реле 57 подключает к вычитающим входам соответственно элементов 62 и 63 соответственно третий и четвертый входы этого блока. В результате при Л (О, т. е. когда модуль IAI разности модулей сигналов IASil и 1Л5г1 не превышает 0,01 В, на выходах элементов 62 и 63, на суммирующие входы которых поступают сигналы соответственно 5д и 5г,формируются сигналы

45 так что: при ASi)0 управляющий сигнал 5 )5, при ASi)0 — «вЂ” S|(513, при Л5г(0 5г)5гз при Л5г)0 << 52(523.

Если Л )О, т. е. модуль 1Л1 разности модулей сигналов I AS < I и 1Л5г1 больше

0,01 В, то через контакты 75 и 76 реле 57 подключает к вычитаюгцим входам соответственно элементов 62 и 63 соответственно контакты 70 и 72 реле 56. В этом случае, если

Л)0, т. е. IASil)IAS;I, то контакты 70 и 72 реле 56 подклк>чают соответственно третий вход блока 12 и реле 55, которое, в свою очередь, в зависимости от знака сигнала

AS подключает ветвь либо с прямо включенным диодом 60 (при AS (0), пропуская сигнал Л5г)0, либо с обратно включенным диодом 59 (при ASi)0), пропуская сигнал

Л5г(0.

Если Л(0, т. е. IAS>1(IAS>l, то контакты 71 и 73 реле 56 подключают соответственно реле 54 и четвертый вход блока 12, при этом реле 54 подключает в зависимости от знака Л5г ветвь либо с прямо включенным диодом 58 (при Л5г(0), пропуская сигнал

ASi)0, либо с обратно включенным диодом 61 (при Л5г)0), пропуская сигнал

AS i(0.

Таким образом, в случае Л )0, т. е.,когда модули отклонений ASi и AS> отличаются более, чем на величину Л1 = 0,01 В, один из управляющих сигналов (например, блока 51 при IASil IAS21) формируется по приоритету большего по величине модуля отклонения, в то время, как другой (в данном случае 5г) — исходя из условия ускорения компенсации большего модуля отклонения.

В результате предлагаемое устройство за счет коррекции управляющих сигналов на основе анализа действительного состояния параметров газа в проточной камере, в частности давления Р(/) и температуры

T(t), позволяет уменьшить ошибки регулирования, т. е. повысить точность программного управления указанными параметрами по отношению к заданным программам их изменения.

1. Устройство управления параметрами газовой среды, содержащее магистраль высокого давления, связаннук с проточной камерой через трубопровод с установленным в нем первым регулирующим органом, второй регулирующий орган, установленный в трубопроводе сброса проточной камеры, которая соединена с рабочей камерой через трубопровод с установленной в нем ограничительной диафрагмой, а также программный задатчик и блок управления, подклю1309003 ченный первым и вторым входами к соответствующим выходам программного задатчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления параметрами газовой среды, в устройство введены блок коррекции, датчик давления и датчик температуры, установленные в проточной камере и подключенные выходами соответственно к первому и второму входам блока коррекции, датчик давления и датчик температуры, установленные в магистрали высокого давления и подключенные выходами соответственно

l0 к третьим и четвертым входам блока управления и блока коррекции, датчик давления, установленный в рабочей камере и подключенный выходом к пятым входам блока управления и блока коррекции, датчик давле- 15 ния, установленный в трубопроводе сброса проточной камеры и подключенный выходом к шестым входам блока управления и блока коррекции, два элемента сравнения, соединенные суммирующими входами с соответствующими выходами блока коррекции, а вычитающими входами — вычитающими соответствующими выходами блока управления, а также блок логики, у которого первый и второй входы подключены к соответствующим выходам блока управления, третий и четвертый входы — к выходам соответственно первого и второго элемента сравнения, а первый и второй выходы — к входам соответственно первого и второго регулирующих органов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, 30 что блок управления и блок коррекции каждый содержит десять блоков деления, семь блоков умножения, пять сумматоров, три блока нелинейности, два блока извлечения квадратного корня, два дифференциатора и три усилителя, причем первым входом бло- З5 ка являются объединенные первый вход первого блока деления, подключенного выходом к входу первого блока нелинейности, первый вход второго блока деления, подключенного выходом к входу второго блока нелинейности, первый вход третьего блока деления, подключенного выходом к входу третьего блока нелинейности, первый вход четвертого блока деления, первый вход первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу первого блока нелинейности, а выходом— к первому входу второго блока умножения, и также вход первого дифференциатора, соединенного выходом с вычитающим входом первого сумматора и первым входом третьего блока умножения, подключенного выходом к вычитающему входу второго сум- 50 матора, а вторым входом первый сумматор соединен с выходом пятого блока деления, вторым входом блока являются объединенные вычитающие входы третьего и четвертого сумматоров, вход первого блока извлечения квадратного корня, подключенного выходом к первому входу четвертого блока умножения, вход второго дифференциатора, подключенного выходом к первому входу

8 пятого блока умножения, и также вход четвертого блока деления, подключенного выходом к второму входу пятого блока умножения, соединенного выходом с суммирующими входами первого и второго сумматоров, третьим входом блока являются объединенные второй вход второго блока деления и первый вход шестого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу второго блока нелинейности, а выходом — к первому входу седьмого блока умножения, связанного вторым входом с выходом третьего сумматора и вторым входом второго блока умножения, а выходом — с первым входом шестого блока деления, соединенного выходом с первым входом седьмого блока деления, подключенного вторым входом к выходу первого сумматора, четвертым входом блока являются объединенные вход второго блока извлечения квадратного корня, подключенного выходом к второму входу шестого блока деления, суммирующий вход третьего сумматора, первый вход восьмого блока деления, связанного вторым входом с выходом четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу второго блока умножения, и также вход первого усилителя, подключенного выходом к первому входу пятого блока деления и суммирующему входу четвертого сумматора, соединенного выходом с вторым входом пятого блока деления, пятым входом блока является второй вход первого блока деления, шестым входом блока является второй вход третьего блока деления, первым выходом блока является выход второго усилителя, подключенного входом к выходу седьмого блока деления, а вторым выходом является выход пятого сумматора, у которого суммирующий вход соединен с выходом девятого блока деления, подключенного первым входом к выходу второго сумматора, а вторым входом — к выходу восьмого блока деления, вычитающий вход пятого сумматора соединен с выходом десятого блока деления, подключенного первым входом к выходу первого блока нелинейности, а вторым входом — к выходу третьего усилителя, соединенного входом с выходом третьего блока нелинейности.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок логики содержит три выделителя модуля, четыре элемента сравнения, задатчик, четыре реле и четыре диода, причем первым входом блока является суммирующий вход первого элемента сравнения, выход которого является выходом блока, вторым входом блока является суммирующий вход второго элемента сравнения, выход которого является вторым выходом блока, третьим входом блока являются объединенные вход первого выделителя модуля, подключенного выходом к суммирующему входу третьего элемента сравнения, первый вывод первого реле, второй вывод которого соединен с общей шиной, первый вывод первого замыкаю1309003 щего контакта четвертого реле, второй вывод которого подключен к вычитак>щему входу первого элемента сравнения, первый вывод первого размыкающего контакта третьего реле, второй вывод которого через первый размыкающий контакт четвертого реле подключен к вычитающему входу первого элемента сравнения, катод первого диода, анод которого через первый размыкающий контакт второго реле и первый замыкающий контакт третьего реле подключен к второму выводу первого размыкающего контакта этого реле, а также анод второго диода, катод которого через первый замыка:ощий контакт второго реле подключен к второму выводу первого размыкающего контакта этого реле, четвертым входом блока являются объединенные первый вывод второго замыкающего контакта четвертого реле, второй вывод которого подклк>чен к вычитающему входу второго элемента сравнения, первый вывод второго замыкающего кснтакта третьего реле, второй вывод которого через второй размыкающий контакт четвертого реле подключен к второму выводу вто!

О рого замыкающего контакта этого реле, анод третьего диода, катод которого через замыкающий контакт первого реле подключен к первому выводу второго размыкающего контакта третьего реле, второй вывод второго размыкающего контакта третьего реле подключен к второму выводу второго замыкающего контакта этого реле, катод четвертого диода, анод которого через размыкающий контакт первого реле подключен к первому выводу второго замыкающего контакта третьего реле, а также первый вывод второго реле, второй вывод которого соединен с общей шиной, и вход второ"o выделителя модуля, подключенного выходом к вычитающему входу третьего блока сравнения, 15 соединенного выходом с первым входом третьего реле, подключенного вторым выводом к общей шине, и входом третьего выделителя модуля, подключенного выходом к суммирующему входу четвертого элемента сравнения, связанного вычитающим входом с выходом задатчика, а выходом — — с одним из входов четвертого реле, другой вывод которого подключен к общей шине.

1309003

Составитель В. Прямицын

Редактор Н. Егорова Техред И. Верес Корректор Н. Король

Заказ !43540 Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4