Система автоматического регулирования

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВ ТВЛЬСТВУ(22) Заявлено 070778 (21) 2640462/18-24 с присоединением заявки Йо С 05 В 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования опиСания 300780(72) Авторы изобретения П.ИКравец и В.А. Скаржепа Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО. РЕГУЛИРОВАНИЯ Изобретение относится к системам автоматического управления и регулирования объектов с самовыравниванием и может быть использовано для высококачественного регулирования 5 темПературного режима электропечей,Известны системы автоматического регулирования объектов с самовыравниванием, включающие в себя датчик и задатчик регулируемой величины, схему сравнения, пропорционально-интегральный и дифференциальный регу- лятор и преобразователь выходного сигнала регулятора в управляющий сиг. нал 11 . 15Такие системы обеспечивают обра ботку возмущения беэ статической ошибки, однако, переходной процесс при этом имеет низкие качественные показатели, причем с уменьшением времени переходного процесса, последний становится колебательным со значи- . тельным перерегулированием. Качество процесса управления и регулирования в таких системах зависит от точности идентификации объекта, от величины возникшего рассогласования, от ,точности настройки регулятора, а также от заданного уровня регулирования. Высокая чувствительность систем к ЗО,укаэанным величинам не позволяет получить стабильное качество процессарегулирования,Наиболее близка к предлагаемойсистеме автоматического регулирования, содержащая последовательно соединенные датчик, схему сравнения,первый усилитель, сумматор, управляемый генератор импульсов и объектрегулирования, причем выход эадатчи.ка соединен со вторым входом схемысравнения, вход дифференциатора сое.динен с выходом первого усилителя,вход интегратора соединен со вторымвходом сумматора, первый выход блок 1управления ключами соединен с управляющим входом первого ключа, подключенного параллельно емкости интегратора 121 .Как известно., интегральная составляющая в регуляторе необходимадля устранения статической ошибки всистеме регулирования, однако прибольших рассогласованиях в системенаблюдается изменение интегральнойсоставляющей выше или ниже требуемой,что приводит к перерегулированию,таккак для ее компенсации требуетсяошибка противоположного знака, илизатягиванию переходного процесса.50 55 60 б 5 Э Иэвестной системе при больших рассоаласованиях между заданным и действительным значениями регулируе мой.величины выходной сигнал пропор. ционально интегрального и дифференциального регулятора обеспечивает на выходе управляемого генератора импульсов максимальное число импульсов, которые воспринимаются блоком .управления ключом, последний шунтирует емкость интегратора на определенное время, чем достигается умень- шение влияния интегральной составляющей на перерегулирование в системе. Однако качество переходного процесса остается нестабильным, так как качество регулирования в системе по-прежнему зависит от величины возникшего рассогласования, от заданного уровня регулирования, от стабильности параметра объекта, от точности настройки регулятора и дополнительно от момента включения интегратора.Цель изобретения. - улучшение качестна рЕгулирования объектов с самовыравниванием. Поставленная цель достигается тем,что в систему регулирования дополнительно введены второй ключ, выпрямитель, нуль-орган, компаратор и второй усилитель, причем вход выпрямителя соединен с выходом дифференциатора, а выход - со входами нуль-органа и компаратора, выходы которых соединены с соответствующими входами блока управления ключами, второй вход компаратора соединен с выходом второго усилителя, вход которого подключен к выходу задатчика, второй выход блока управления ключами соединен с управляющим входом второго ключа, вход которого. соединен с выходом первого усилителя, а выход - со входом интегратора.На.чертеже представлена функциональная схема системы регулирования.Схема содержит датчик 1, схему 2 сравнения, первый усилитель 3, сумматор 4, управляемый генератор 5 импульсов, объект 6 регулирования,задатчик 7, дифференциатор 8, интегратор 9, первый ключ 10, второй ключ 11, выпрямитель 12, нуль-орган 13, ком.паратор 14, второй усилитель 15, блок 16 управления ключами, входы 17 и 18 которого соединены с выходами нуль-органа и компаратора, а выходы подсоединены к ключам, выход 19 управляет ключом 10, а выход 20 -ключом 11Система работает следующим образом.В случае появления большого рассогласования в системе объект выводят на режим или изменяют задание регулирования) сигнал ошибки с выхода схемы 2 сравнения усиливается и поступает на днфференциатор 8, а с его выхода через выпрямитель 12 на один 5 10 15 20 25 30 35 40 45 из входов компаратора 14, на второй вход которого поступает нормированный усилителем 15 сигнал задатчика 7.Если сигнал с дифференциатора 8 превышает уровень, задающийся с выхода Я;илителя 15, компаратор выдаетсигнал на блок 16 управления ключами,который включает ключ 10, закорачинающий емкость интегратора. Ключ 11 в это время разомкнут и .интегратор отключен от усилителя рассогласования. Выходной сигнал регулятора будет состоять из одной пропорциональной составляющей, По мере подхода регулируемой величины к заданному значению величина рассогласования уменьшается и после достижения установившегося состояния в системе наблюдается статическая ошибка, величина которой зависит от коэффициента усиления системы. В этот момент выходной сигнал дифференциатора ранен нулю, срабатывает нуль-орган 13 и . выдает сигнал на блок 16 управления ключами, который размыкает ключ 10 и включает ключ 11.После истечения времени, требуемого для записи в интегратор 9 сигнала с выхода усилителя 3, сигнал управления ключом 11 снимается и ключснова отключает интегратор от усилителя. Интегратор пренращаежя н ячейку памяти, в котсрой записана величина интегральной составляющей,необходимая для установления и поддержания заданного значения регулирования С этого момента выходной сигнал регулятора будет состоять из суммы двух составляющих, пропорциональной ошибке и постоянной интегральной составляющей.При таком управляющем сигнале регулируемая величина начинает изменяться в сторону уменьшения ошибки, при этом на выходе дифференциатора 8 снова появляется сигнал и нуль-орган 13 переходит н исходное состояние. После достижения нового установившегося состояния на выходе дифференциатора 8 снова будет нулевой сигнал,снова срабатывает нуль-орган 13 и подает управляющий сигнал на блок 16 управления ключами, который нключает, ключ 11, подключая тем самым интегратор 8 к выходу усилителя 3. Так как в этот момент сигнал ошибки равен или близок нулю, то интегральная составляющая остается приблизительно на прежнем уровне и система переходит в режим. слежения за ошибкой., Такая последовательность работы системы при появлении больших рассогласованнй позноляет полностью исключить влияние интегральной составляющей на переходной процесс и получить последний без перерегулирования с точным выходом к заданному значе 752221нию за счет определения на первом этапе работы системы требуемого значения интегральной составляющей,запоминания его в интеграторе,и после достижения регулируемой величиной , заданного значения и окончания переходного процесса, включения интегратора с записанной в нем величиной интегральной составляющей постоянно.Уравнение работы пропорционально- интегрального регулятора записывается в видегде 1 - коэффициент при пропорциональной составляющей;С - величина ошибки регулирования,КС - постоянная интегрирования,величина управляющего воздействия.При интегральной составляющей равной нулю требуемое управляющее воздействие в установившемся режиме определяется первым слагаемым уравнения (11. Если предположить, что эта величина и присвоена интегральной составляющей, то, очевидно, первое слагаемое уравнения (1) должно равняться нулю, а это возможно при 6= О.Следовательно, если считать, что условия регулирования не изменяются после %поминания значения ( в интеграторе, то в установившемся режиме система переходит к зацанному значению регулируемой величины. При этом вид переходного процесса полностью зависит от величины коэффициента усиления пропорциональной составляющей.Если коэффициент усиления выбран максимальным, исходя из условия монотонности переходного процесса,то такая система обеспечивает минимум времени переходного процесса без перерегулирования.Описанный порядок работы системы позволяет использовать коэффициенты при интегральной составляющей больше единицы, что обеспечивает высококачественную отработку возмущения по нагрузке.В математическом виде порядок работы регулятора записывается следующим образом.(ц( +Я + - 1Д 1. (2) ЯС гдето - статическая ошибка при простпорциональном регулировании,й - время окончания переходногостпроцесса.30 35 40 Формула изобретения Система автоматического регулирования объекта с самовыравниванием, 45 содержащая последовательно соединенные датчик, схему сравнения,первый усилитель, сумматор, управляемыйгенератор импульсов и объект регулирования, причем выход задатчика соединен со вторым входом блока сравнения, вход дифференциатора соединен сс выходом первого усилителя, выходинтегратора соединен со вторым входом сумматора, первый выход блокаупРавления ключами соединен с упРавляющим входом первого ключа, подключенного параллельно емкости интегратора, о т л и ч а ю щ. а я с я тем,что, с целью улучшения качестварегулирования, в нее дополнительно 60 введены второй ключ, нуль-орган,компаратор, второй усилитель и выпрямитель, вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход - совходами нуль-органа и компаратора, И выходы которых соединены с соответст 10 15 20 25 Если постоянная времени интегратора выбрана равной 1, то выражение (2) имеет вид а регулятор, соответствующий этому алгоритму - минимальное число настроечных параметров, что значительно упрощает настройку системы регулирования.Так как определение требуемой интегральной составляющей производится на первом этапе переходного процесса и ее:влияние определяется только коэффициентом усиления пропорциональной составляющей (величиной статической ошибки), то, независимо от начальных условий регулирования, величины рассогласования и состояния параметров объекта регулирования в настоящий момент, система обеспечивает стабильное качество переходного процесса (время переходного процесса близкое к минимальному и без пере- регулирования). Использование предлагаемой систе мы автоматического регулирования объектов с самовыравниванием, например, электропечей, позволяет получить стабильное качество переходного процесса при любых возмущениях по заданию и по нагрузке при минимальном времени регулирования.Такая система не требует сложного расчета, легко настраивается и . может быть с успехом применена для прецизионного регулирования технологических процессов.752221 Составитель Г. НефедоРедактор Л. Веселовская Техред Н,Ковалева Корректор:Н. ГригорПодписное 4739/ЭТираж 956 ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская на/5 илиал ППП "Патент", г город, ул. Проектна вукщими входами блока управленияключами, второй вход компаратора соединен с выходом второго усилителя,вход которого соединен с выходом эадатчика, второй выход блока управления ключами .соединен с управляющимвходом второго ключа, вход которогосоединен с выходом первого .усилите-ля, а выход - со входом интегратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Круг Б.К., Мимина О.М, Электрические регуляторы промышленной автоматики, Госзнергоиздат, 1962,с. 52.Р .Патент Великобритании