Пропорционально-интегральнодифференциальный регулятор

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 150877 (21 2521446/18-24с присоединением заявки Мо(51)м, Кл 2 6 05 В 11/36 Государствеииый комитет СССР по делам иэобретеиий и открытий(54) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР Предлагаемое изобретение относится ,к области автоматического регулирования, а именно, к аналоговым пропорционально-интегрально-дифференцирующим (ПИД) устройствам управ. ления и может быть использовано при автоматизации различных производственных процессов.Известны аналоговые ПИД-регуляторы, содержащие сумматоры, усилители, интегратор и дифференциатор 1 2, 3 . Наиболее близким по технической сущности к предложенному является ПИД-регулятор, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматор и усилитель, выход которого через масштабирующий блок соединен со вторым входом второго сумматора и через релейный элемент - с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с третьим входом второго сумматора и через последовательно соединенные дифференциатор и третий сумматор - с четвертым входом второго сумматора 4 . Однако для этого устройствахарактерна сложность схем ограничителей составляющих закона регулирова-.ния, для построения которых требуется значительное количество активных элементов, и трудности, связанные с необходимостью одновременнойнастройки пределов ограничения всех ограничителей,Цель изобретения - упрощение регулятора.ю Это достигается тем, что в регуляторе установлены два нелинейных блока. Выход второго сумматора че;рез первый нелинейный блок соединен со вторым входом третьего сумматора. Выход релейного элемента через второй нелинейный блок соединен со вторым входом усилителя. Блок-схема устройства представлена на чертеже, где приняты следующие 25 обозначения: первый, второй и третийсумматоры 1-3, интегратор 4, дифференциатор 5, усилитель б, масштабирующий блок 7, релейный элемент 8, первый и второй нелинейные блоки .9 и 10.Регулятор работает следующим образом.Входным сигналом регулятора является сигнал рассогласования Е между заданным ( Х э ) и фактическим значением ( Х ) регулируемого параметра. Входной сигналпоступает одновременно на входы дифференциатора 5, сумматора 1 и сумматора 2. Выходной сигнал дифференциатора 5, пропорциональный производной по времени от входного сигнала, через третий сумматор 3 подается на вход сумматора 2. Выходной сигнал сумматора 1, проинтегрированный в интеграторе 4, также поступает на вход сумматора 2. Поскольку последовательно включенные сумматор 2 и усилитель 6 охватываются отрицательной обратной связью с помощью масштабирующего блока 7, то в линейном режиме выходной сигнал усилителя 6 будет являться алгебраической суммой пропорциональной, интеграль ной и дифференциальной составляющих закона регулирования, причем величина пропорциональной составляющей будет определяться значениями коэффициента передачи масштабирующего блока 7. Уровень ограничения выходного сигнала регулятора задается путем установки величины зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента 8. В нелинейном режиме, когда. выходной сигнал регулятора стремится выйти за пределы установленной зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента 8, на его выходе появляется сигнал, который через второй нелинейный блок подается на вход усилителя 6Усилитель 6 оказывается охваченным глубокой отрицательной обратной. связью, которая предотвращает дальнейшее увеличение (или уменьшение) выходного сигнала регулятора. Величина выходного сигнала будет оставаться постоянной и равной заданному уровню ограничения. При этом сигнал ,на выходе второго нелинейного блока 10 близок к нулю.Выходной сигнал трехпозиционногорелейного элемента 8, конечныйуровенькоторого определяется значением эоны нечувствительности второго нелинейного блока 10, поступаетна вход сумматора 1 в результатечего действие входного сигнала Ена интегратор 4 нейтрализуется и процесс интегрирования прекращается.Тем самым предотвращается возможность перегрузки сумматора 2 по каналу интегральной составляющей и обеспечивается работа интегратора 4 в линейном режиме. Первый нелинейныйблок 9 служит для предотвращения перегрузки сумматора 2 по каналам пропорциональной и дифференциальной сос тавляющих закона регулирования. В линейном режиме сигнал на выходе сум.матора 2 значительно меньше половинывеличины эоны нечувствительностипервого нелинейного блока 9. В нелинейном режиме, когда выходной сигнал регулятора достигает одного изпределов ограничения при дальнейшемизменении входного сигнала регулятора, сигнал на выходе сумматора 2может резко возрасти, что чаще всегобывает при резких выбросах входногосигнала и при бросках производнойпо времени от входного сигнала.Когда выходной сигнал сумматора 2незначительно превысит половинувеличины зоны нечувствительностипервого нелинейного блока 9, навход третьего сумматора 3 .будетподан сигнал отрицательной обратной связи, который предотвратитдальнейшее увеличение выходногосигнала сумматора 2. Таким образом, поставленная цель упрощениясуществующего регулирующего устройства достигается эа счет того,что в предлагаемом устройстве изсхемы ограничения составляющихзакона регулирования исключается рядактивных элементов, что,в свою очередь, приводит к значительномуупрощению процесса настройки огра ничителей всех составляющих законов регулирования, который сводитсяк установке необходимого значения зонынечувствительности трехпозиционногорелейного элемента.Формула изобретенияПропорционально-интегрально-диффе ренциальный регулятор, содержащий пос ледовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматори усилитель, выход которого черезмасштабирующий блок соединен со вторым входом второго сумматора и черезрелейный элемент - с первым входомпервого сумматора, второй входкоторого соединен с третьим входомвторого оумматора и через последовательно соединенные дифференциатори третий сумматор - с четвертымвходом второго сумматора, о т л ич а ю щ и й с я тем, что с целькупрощения регулятора в нем установлены два нелинейных блока, а выходвторого сумматора через первый нелинейный блок соединен со вторымвходом третьего сумматора, выходрелейного элемента через второйнелинейный блок соединен со вторым 60 входом усилителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1., Автоматизация, приборы контроля и регулирования производствен .ных процессов в нефтяной и нефте696410 оставитель Г. Нефедоех Н, Ковалева иног а а 1 акто Заказ 6 дписно Тираж 1015венного комитетений и открытРа шская наб 4/46ИИПИ Государо делам изобМосква Ж 4 5 4 ПП Патент, г. Ужгород, ул. Проек 1 илиа химической промышленности, Под ред,Шиндлера Ю.И. Кн, 5. МНедра ,1967, с. 176 в 1,2, Заявка Р 2383499 кл. а 05 В 11/01,1977, по которой принято решение овыдаче авторского свидетельства. 53. Патент ПНР Р 73281,кл. 4211/01. 4. Регулирующее устройство серии Ь-АВ системы Г 1 ехе 1 английской фирмы Кеп 1, Ялышев А. Электричес" кие аналоговые регулируюцие устройства систем промышленной автоматики, " Обзорная информация ЦНИИ ТЭИ приборостроения. Вып. 1. М., 1974, с. 82- 85 (прототип).