Регулятор

 

Изобретение относится к области автоматического регулирования. Целью изобретения является повышение точности регулятора. Для достижения поставленной цели регулятор дополнительно содержит второй сумматор 25, третий 26 и четвертый 2J7 ключи, четвертый элемент НЕ 28, второй источник опорного напряжения 29 и второй компаратор 30, соединенный информационным входом с выходом измерителя рассогласования I, опорным входом - с выходом второго источника опорного напряжения 29, а выходом с управляющим входом его ключа 26 и с входом четвертого элемента НЕ 28, подключенного выходом к управляющему входу четвертого ключа 27, соединенного информационным входом с выходом первого сумматора 9 и с информационным входом третьего ключа 26, а выходом - с первым входом второго сумматора 25, подключенного входом к выходу третьего ключа 26, а выходом - к входу второго интегратора 24. 4 ил.

C0l03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 05 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4802750/24 (22) 19,03.90 (46) 23.12;92. Бюл. N 47 (71) Донецкий политехнический институт и

Научно-исследовательский электротехнический институт Производственного объединения "ХЭМЗ" (72) М. К. Пухно, В. В. Нищета, B. Н. Деканенко, В, Я. Биленко и M, Jl. Брегман (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1238025, кл. G 05 В 11/26, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1594485, кл. G 05 В 11/26, 1988. (54) РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к области автоматического регулирования. Целью изобретения является повышение точности регулятора. Для достижения поставленной,» )0,„1783471 А1 цели регулятор дополнительно содержит второй сумматор 25, третий 26 и четвертый

27 ключи, четвертый элемент НЕ 28, второй йсточник опорного напряжения 29 и второй компаратор 30, соединенный информационным входом с выходом измерителя рассогласования I опорным входом — с выходом второго источника опорного напряжения

29, а выходом с управляющим входом тре. ьего ключа 26 и с входом четвертого элемента

НЕ 28, подключенного выходом к управляющему входу четвертого ключа 27, соединенного информационным входом с выходом первого сумматора 9 и с информационным входом третьего ключа 26; а выходом — с первым входом второго сумматора 25, подключенного входом к выходу третьего ключа

26, а выходом — к входу второго интегратора

24. 4 ил. ф

1783471 элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен 50 с управляющим входом первого ключа, а второй вход — с выходом триггера Шмитта, компаратор выходом соединен со вторым входом первого элемента И.

Недостатками этих устройств является то, что при отработке сигнала рассогласования к заданному значению параметра (при перерегулировании) остается опасность перехода рабочей точки турбокомпрессора в неустойчивую зону работы — помпаж, Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано, например, в системах автоматического управления различных процессов в угольной, металлургической, химической промышленностях для регулирования различных технологических параметров, например, давления или расхода.

Известен импульсный регулятор (1), содержащий измеритель рассогласования, первый и второй релейные блоки для фиксирования знака рассогласования, третий релейный блок, обладающий трехпазиционной характеристикой для формирования зоны нечувствительности, широтно-импульсной модулятор и исполнительный механизм.

Наиболее близким rio технической сущности и достигаемому результату к заявляемому устройству является импульсный регулятор (2), который содержит последовательно Соединенные датчик, измеритель рассогласования, инвертор, первый ключ, сумматор, первый интегратор, триггер

Шмитта, дифференциатор и первый элемент НЕ, последовательно соединенные релейный элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и второй элемент НЕ, последовательно соединенные вйпрямитель, компаратор, вто- рой элемент И и усилитель мощности, соединенный выходом с вторым входом исполнительного механизма, последовательно соединенные источник постоянного

° напряжения и второй интегратор, соединенный входом обнуления с выходом первого элемента Н Е, а выходом — с вторым входом компаратора. Устройство также содержит последовательно соединенные третий элемент НЕ, первый элемент И, первый усилитель мощности и исполнительный механизм, а также задатчик, соединенный выходом с вторым входом измерителя рассогласования, выход которого соединен с входами выпрямителя, релейного элемента и второго ключа, выход которого соединен с вторым входом сумматора, а управляющий вход — с выходом второго элемента НЕ. 8ыход релейного элемента соединен с входом третьего элемента НЕ и вторым входом второго .элемента И, выход

Это связано с тем, что при резком, например, снижении расхода воздуха в пневмосети давление на выходе турбокомп рессора увеличивается. Если в качестве регулируемого параметра принято, например, давление воздуха на выходе компрессора, то при этом полученное рассогласование должно отрабатываться регулятором к заданному значению давления. Однако получить рассогласование действительного значения параметра и заданного значения равным нулю, удается не всегда, т,к. это связано с нелинейностью характеристик компрессора, сети и регулирующего аппарата. В этом случае может иметь место перерегулирование в обратную сторону, т.е. когда действительное значение давления становится меньше заданного. При этом резкое снижение потребления сжатого воздуха может привести рабочую точку агрегата к неустойчивой зоне работы — помпаж.

Целью изобретения- является повышение точности регулятора. Достижение положительнбго эффекта при осуществлении данного технического решения подтверждается тем. что оно более точно отрабатывает сигнал рассогласования, и тем самым, уменьшает вероятность попадания рабочей точки компрессора в неустойчивую зону работы — помпаж, Предлагаемый регулятор содержит измеритель рассогласования, подключенный суммирующим входом к выходу задатчика, вычитающим входом — к выходу датчика, а выходом — к входам инвертора, двухпозиционного реле и блока выделения модуля и к информационному входу первого ключа, соединенного управляющим входом с выходом первого элемента НЕ, а выходом — с первым входом первого сумматора, подключенного вторым входом к выходу второго ключа, соединенного информационным входом с выходом инвертора, а управляющим входом — с входом первогб элемента НЕ и с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. подключенного первым входом к выходу триггера Шмитта и к входу дифференциатора. а вторым входом — к выходу двухпозиционного реле, к первому входу первого элемента И и к входу второго элемента НЕ, соединенного выходом с первым входом второго элемента И, Регулятор также содержит первый интегратор, соединенный информационным входом с выходом первого источника опорного напряжения, входом

"Сброс" — с выходом третьего элемента НЕ, а выходом — с опорным входом первого компаратора, подключенного информационным входом и выходу блока выделения модуля, а выходом — к вторым входам пер1783471 вого и второго элементов И, соединенных выходами с входами. соответственно, первого и второго усилителей мощности, подключенных выходами, соответственно, к первому и к второму входам исполнительного механизма, и второй интегратор, соединенный выходом с входом триггера Шмитта.

Выход дифференциатора соединен с входом третьего элемента HE. Регулятор до10 полнительно содержит второй сумматор, третий и четвертый ключи, четрвертый элемент НЕ. второй источник опорного напряжения и второй компаратор, соединенный информационным входом с выходом измес выходом второго источника опорного напряжения, а выходом — с управляющим входом третьего ключа и с входом четвертого элемента НЕ, подключенного выходом к уп20 равляющему входу четвертого ключа, соединенного информационным входом с выходом первого сумматора и с информационным входом третьего ключа, а выходом— с первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу треть- 25 его ключа, а выходом — к входу второго интегратора.

На фиг. 1 изображена блок-схема регулятора; на фиг, 2 — зависимость параметров

30 компрессора, при переходных режимах; на фиг. 3 — временные диаграммы сигналов на выходе блоков регулятора при положительном рассогласовании; на фиг. 4 — времейные диаграммы сигналов на выходе блоков

35 регулятора при отрицательном рассогласОвании.

Регулятор содержит измеритель рассогласования 1, подключенный суммирующим входом к выходу задатчика 2, вычитающим

40 входом — к выходу датчика 3, а выходом — к входам инвертора 4, двухпозиционного реле 5 и блока выделения модуля 6 и к информационному входу первого ключа 7, соединенного управляющим входом с выходом первого элемента НЕ 8, а выходом — с первым входом первого сумматора 9, подключенного вторым входом к выходу второго ключа 10, соединенного информационным входом с выходом инвертора 4, а управляющим входом — с входом первого элемента НЕ 8 и с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, подключенного первым входом к выходу триггера

Шмитта 12 и к входу дифференциатора 13.

55 а вторым входом — к выходу двухпозиционного реле 5, к первому входу первого элемента И 14 и к входу второго элемента НЕ

15, соединенного выходом с первым входом второго элемента И 16. Регулятор также содержит первый интегратор 17, соединенрителя рассогласования, опорным входом —. 15 ный информационным входом с выходом первого источника опорного напряжения

18, входом "Сброс" — с выходом третьего элемента НЕ 19, а выходом — с опорным входом первого компаратора 20, подключенного информационным входом к выходу блока выделения модуля 6, а выходом — к вторым входам первого 14 и второго 16 элементов И, соединенных выходами с входами, соответственно первого 21 и второго 22 усилителей мощности, подключенных выходами, соответственно к первому и к второму входам исполнительного механизма 23, и второй интегратор 24, соединенный выходом с входом триггера Шмитта 12. Выход дифференциатора 13 соединен с входом третьего элемента НЕ 19.

В нем дополнительно установлены второй сумматор 25, третий 26 и четвертый 27 ключи, четвертый элемент НЕ 28, второй источник опорного напряжения 29 и второй компаратор 30, соединенный информационным входом с выходом измерителя рассогласования 1, опорным входом — с выходом второго источника опорного напряжения 29, а выходом с управляющим входом третьего ключа 26 и с входом четвертого элемента НЕ 28, подключенного выходом к управляющему входу четвертого ключа 27, соединенчого информационным входом с выходом. первого сумматора 9 и с информационным входом третьего ключа

26, а выходом — с первым входом второго сумматора 25, подключенного вторым входом к выходу третьего ключа 26, а выходом — к входу второго интегратора 24, Устройство работает следующим образом. При поддержании заданного давления в сети (определяемой кривой 2, фиг. 2) рабочая точка компрессора может находиться или.выше или ниже линии задания. Если рабочая точка, например, находится в точке

А, то при регулировании направляющим аппаратом (дроссельной заслонкой) давления на выходе компрессора рабочая точка агрегата из точки А движется к точке В (задание) по характеристике сети 4. При этом сигнал рассогласования, определяемый перпендикуляром,опущенным из точки А на прямую

FB (линйю заданного значения давления, фиг. 2, кривая 2), отрабатывается регулятором до заданного давления на выходе агрегата.

При резком сбросе нагрузки рабочая точка компрессора может переместиться к точке С и находиться от нее ниже или выше, Поэтому, при достижении рабочей точкой компрессора точки С регулятор начинает отрабатывать рассогласование, определяемое перпендикуляром, Опущен7

1783471 ным из точки С на прямую FB (задание), при на выходе первого элемента Нp 8 . этом Рабочаяточка компрессорабудетстре- логической "1" (фиг. 3, кривая 46, интервал миться(по кривой CD) к точке F, т.е. к задан- времени t> — tz). Эти сигйалы поступают на ному значению давления. Но из-за управляющиевходыключей7и10, переклюнелинейности характеристик компрессора 5 чая эти ключи (см, фиг, 3, кривые 34, 47), при (фиг,, кривая 3), сети (фиг, 2, кривая 4) и этом второй ключ 10 замыкается, а первый

Регулирующего аппарата рабочая точка аг- 7 — размыкается, На второй вход первого регатаможет "проскочить" точку Е(задания) сумматора 9 с выхода инвертора 4 через и переместиться в точку D, что при дальней- замкнутый второй ключ 10 подается инвершем резком снижении расхода может при- 10 сный сигнал рассогласования. С выхода вести рабочую точку компрессора (по первого сумматора 9 (см. фиг, 3, кривая 35, кривой ОЕ) к точке Е, т.е. к границе помпажа интервал времени t1 12) сигнал подается че(фиг. 2, кривая 1) и тем самым вызвать не.- рез замкнутый третий ключ 26 и второй сумустойчивый режим работы кбмпрессорной матор 25 на вход второго интегратора 24, установки в целом. 15 выходной сигнал которого начинает линейЭтот недостаток ликвидируется предло- но возрастать (см. фиг. 3, кривая 36, интерженным регулятором следующим образом,, вал времени t>-tz), Сигнал на выходе

Сигнал с датчика 3 (фиг, 3, кривая 31) второго интегратора 24 будет расти до тех поступает на вычитающий вход измерителя пор, пока не станет равным верхнем. н м верхнему уроврассогласования 1, на суммирующий вход 20. ню(см. фиг.3, кривая 52)срабатываниятригкоторого поступает сигнал с выхода задат- гера Шмитта 12. В этот момент времени {см, чика 2 (фиг, 3, кривая 48). Сигнал рассогла- фиг. 3, момент времени tz) выходной сигнал сования (фиг. 3, кривая 32) положительной триггера Шмитта 12 (см, фиг. 3, кривая 37) полярности (при нахождении рабочей точки станет равен логическому "0", П ри этом на компрессора в точке А фиг. 2) через замкну- 25 первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ тый первый ключ 7 (момент времени to-1 ) ИЛИ11-йодаетсясигналлогического "0" (cM. поступает на вход первого сумматора 9(фиг. фиг. 3, кривая 37, интервал времени tz — tj), 3, кривая 47). При положительном сигнале на второй. вход — сигнал логической "1"(см, рассогласования второй компаратор 30 не фиг, 3, кривая 44), так как сигнал рассогласрабатывает, следовательно на управляю- 30 сования по прежнему остается положительщем входе третьего ключа 26(фиг. 3, кривая ной полярности. На выходе элемента

54) присутствует сигнал логического "0", а ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 появится сигнал на управляющем входе четвертого ключа 27 логической "1" (см, фиг. 3, кривая 45, интер{фиг. 3, кривая 55) присутствует сигнал логи- вал времени tz-ta}, а на выходе первого эле102 7 ческой " ". Замкнутое состояние ключей 7, 35 мента НЕ 8, сигнал логическо "0" (ф, 3, 6, 2 соответствует нулевому уровню кривая 46, интервал времени tz- з). После сигнала на управляющем входе этих клю- этого происходит переключение первого 7 и чей, С .выхода первого сумматора 9 сигнал второго 10 ключей (фиг. 3, кривые 34, 47). В (фиг. 3, кривая 35, йнтервал времени to- t>) интервале времени tg-ta второй ключ 10 рапоступает через замкнутый третий ключ 26, 40 зомкнут, а первый 7 — замкнут. Далее провторой сумматор 25 на вход второго интег- цесс повторяется аналогичным образом (см. ратора 24. При этом сигнал на выходе вто- фиг. 3, интервал времени тз-ia);. С уменьшерого интегратора 24 линейно уменьшается нием сигнала рассогласования (см. фиг, 3, (см. фиг. 3, кривая 36) до тех пор пока не кривая32),уменьшаетсяуровеньсигналана станет равным нижнему уровню (см. фиг. 3, 45 выходе первого сумматора 9 (см, фиг. 3, крикривая 51) срабатывания триггера Шмитта вая 35), что приводит к более медленному (см, фиг., момент времени т }, В этот .. возрастайию(убыванию) сигнала на выходе момент триггер Шмитта 12 переключается в второго интегратора 24 (см. фиг. 3, кривая состояние логической "1". При этом сигнал 36), а следовательно и к уменьшению частологической "1" (см. фиг. 3, кривая 37, интер- 50 ты импульсов на выходе триггера LLlмитта 12 вал времени tt — t2) подается на первый вход (см, фиг, 3, кривая 37}. элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11. На вто- С выхода триггера Шмитта 12 импульсы рой вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступают на дифференциатор 13, с выхода

11 подается также сигнал логической "1" с которого продифференцированный сигнал выхода двухпозиционного реле 5(см. фиг. 3, 55 (см. фиг.,З, кривая 38) через третий элемент кривая 44), так как на его входе присутствует HE 19 (фиг. 3, кривая 39) поступает на вход

Н положительный сигнал рассогласования. "сброс" первого иитеграт 17. Н ф а выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ мационный вход первого интегратора 17 по11 появляется сигнал логического "0" (см. дается сигнал отри а л трицательной полярности фиг. 3, кривая 45, интервал времени tl — t2), а (см. фиг. 3, кривая 50) с первого источника

1783471

10 опорного напряжения 18, величина которо- янная времени интегрирования увеличится го определяет скорость наростания напря- на порядок, а скорость отработки отрицажения на выходе первого интегратора 17 тельного сигнала рассогласования умень(см. фиг. 3, кривая 40), В моменты времени шится на порядок, тем самым устраняет

tt, тз, t6, ст, когда сигнал на выходе третьего 5 возможность перерегулирования в резульэлемейта HE 19 (см. фиг. 3, кривая 39) равен тате нелинейности характеристики регулилогическому "0" происходит обнуление пер- рующего аппарата. Порядок работы (см. вого интегратора 17, после чего сигнал на фиг. 4) остальных блоков остается таким же его выходе начинает линейно возрастать как и при работе в случае положительного . (см, фиг. 3, кривая 40). В эти периоды време- 10 сигнала рассогласования. ни сигнал на выходе третьего элемента НЕ При отработке отрицательного сигнала

19 равен логической "1". Сигнал с выхода рассогласования до величины, меньшей по первого интегратора 17 поступает на опор- абсолютной величине величины уставки,за. ный вход первого компаратора 20. на ин- даваемой вторым источником опорного наформационный вход которого подается 15 пряжения 29 (см. фиг, 4, кривая 53) на сигнал положительной полярности с выхода выходе второго компаратора 30 появляется блока выделения модуля 6 (фиг. 3, кривая сигнал логического "0" (фиг. 4, кривая 54). а

49); Этот сигнал является выпрямленным на выходе четвертого элемента НЕ 28 — сиг.сигналом pаcсoглаcoвaния. На выходе пер- нал логической "1" (см. фиг. 4, кривая 55), вого компаратора 20 появляются импульсы 20 При этом третий ключ 26 замыкается, а чет(фйг. 3, кривая 41),длительность и частота вертый ключ 27 размыкается и сигнал с вы которых зависит от величины сигнала рас- хода первого сумматора 9 через замкнутый согласования. третий ключ 26 поступаег на первый вход

Импульсы с выхода первого компарато- второго сумматора 25, восстанавливая при ра 20 поступают на первый 14 и второй 16 25 этом первую постоянную времени интегриэлементы И, на другие входы которых пода- рования. При этом дальнейшая отработка ется сигнал с выхода двухпозиционного ре- отрицательного сигнала -рассогласования ле 5, причем на второй элемент И 16 он . будетпроисходитьстакойжескоростью как подается через второй элемент НЕ 15. Сиг- и при положительном сигнале рассогласонал на выходе второго элемента НЕ 15 при 30 вания. положительном сигнале рассогласования При отрицательном сигнале рассогласоравен логическому "0", следовательно рабо- вания работает канал "Меньше" — второй тает канал регулирования "больше" — пер- элемент И (см. фиг, 4, кривая 56), второй вый элемент И 14 (фиг. 3, кривая 42), первый усилитель мощности (см. фиг. 4, кривая Г 7). усилитель мощности 21 (см. фиг. 3, кривая 35 так как на выходе двухпозиционного реле 5

43) и исполнительный механизм 23. Отраба- (см, фиг. 4, кривая 44) в этом случае находиттывается положительный сигнал рассогла- ся сигнал низкого уровня, а на выходе втосования и рабочая точка компрессора рого элемента НЕ 15 — сигнал высокого перемещается из точки А в точку В (см, фиг. уровня. Отрабатывается отрицательный

2). 40 сигнал рассогласования и рабочая точка

При резком сбросе нагрузки рабочая компрессора перемещается из точки С в точка компрессора перемещается в точку С, точку F, Давление на выходе компрессора становит- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я ся больше заданного значения. На выходе Регулятор, содержащий измеритель измерителя рассогласования появляется от- 45 рассогласования, подключенный. суммирурицательный сигнал рассогласования (см. ющим входом к выходу задатчика, вычитаюфиг. 4, кривая 32). Если этот сигнал будет щим входом — к выходу датчика, а выходом больше по абсолютной величине уставки, — к входам инвертора, двухпозиционного задаваемой вторым источником опорного реле и блока выделения модуля и к инфорнапряжения 29 (см. фиг, 4. кривая 53), то 50 мационному входу первого ключа, соедивторой компаратор 30 срабатывает, на его ненного управляющим входом с выходом выходе появляется сигнал логической "1" первого элемента НЕ, а выходом — c первлм (см. фиг, 4, кривая 54), а на выходе четверто- входом первого сумматора, подключенного го элемента НЕ 28 появится сигнал логиче- вторым входом к выходу второго ключа, со- ского "0" (см. фиг. 4, кривая 55). При этом 55 единенного информационным входом с эытретий ключ 26 разомкнется, а четвертый ходом инвертора, а управляющим входом— ключ 27 замкнется и сигнал рассогласова- с входом первого элемента HE и с выходом ния через первый ключ 7, первый сумматор элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подклю9 и четвертый ключ 27 поступает на другой ченного первым входом к выходу триггера вход второго сумматора 25. При этом посто- Шмитта и к вхбду дифференциатора, а вто1783471 рым входом — к выходу двухпозиционного реле, к первому входу первого элемента И и к входу второго элемента НЕ, соединенного выходом с йервым входом второго элемента

И, первый интегратор, соединенный информационным входом с выходом первого ис" точника опорного напряжения,"входом

"Сброс" — с выходом третьего элемента Н Е, а выходом -С опорным входом первого компаратора, подключенного информационным вхбдом к выходу блока выделения модуля; а выходом — к вторым входам пер" вого и второг0 элементов И, соедийенных выходами с входами соответственно первого и второго усилителей мощности, подключвнных входами соответственно к первому и второму входам исполнительного механизма, и второй интегратор",соединенный выходом с входом триггера Шмйтта",восход дифференциатора соединен с входом третьего элемента НЕ, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительно установлены второй сумматор, третий и четвертый ключи, 5 четвертый элемент НЕ, второй источник опорного напряжения и второй компаратор, соедйненный- информационйым входом с выходом измерителя рассогласования, .. опорным входом — с выходом второго источ-.

10 ника опорного напряжения, а выходом — с управляющим входом третьего ключа и с входом четвертого элемента НЕ, подключенного выходом к управляющему входу четвертого ключа, соединенного информа15 ционным входом с выходом первого сумматора и с информационным входом третьего ключа; а выходом -c первым входом второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу третьего ключа, а выходом — к вхо20 ду второго интегратора.

1783471

У

Ю

К

Ф

0

1783471

Составитель М.Пукно

Техред M.Mîðãåèòàë

Редактор Г.Бельская

Корректор Н. Гунько

Заказ 4514 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101