Система управления регулирующим органом

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСфцмвлмстическихРеспублик(22)Заявлено 05.01.8 т (2).3228901/1 8-2 Йс присоелинением заявки М Гееудерстеекай кфмктет СССР(088. 8) Дата опубликования описания 1 .03 . 83(5 М) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЮЩИМ ОРГАНОМ 1Изобретение относится к автоматике и предназначено для автоматического и дистанционного управления различными объектами, требующими ограничения скорости регулирующего органа и использующими для этого развертывающие устройства на входе следящей системы, управляющей регулирующим органом.Известна система регулирования турбомащины, имеющая в своем составе по 1 В следовательно соединенные задатчик и усилитель, который через исполнительное устройство связан с регулирующим органом,. соединенным с датчиком. обратной связи, подключенным к усилителю. В системе предусмотрен второй канал управления регулирующим органом посредством того же сервопривода, который в свою очередь через переключающее устройствосвязан споследовательо но соединенными задатчиком, электроприводом и сравнивающим устройством, на которое поступают сигналы, соответствующие давлению рабочей среды в первом и втором каналах управления 111.Недостатком подобных систем является то, что второй канал управления в них должен работать в горячем резерве. Кроме того, указанная система выполнена только применительно к гидравлическим системам управления, не содержащим в своем составе разверты" вающих устройств.Известна также система, содержащая канал автоматического управления, включающий в себя задатчик, датчик обратной связи и последовательно соединенные развертывающее устройство, усилитель, сервопривод, связанный с регулирующим органом, канал дистан" ционного управления, связанный с сервоприводом, а также перекпючатели сигналов задания, скорости разверткир формирователь скорости развертки и реле времени, Благодаря введенным в систему переключателю сигнала задания, формирователю скорости разверт3 1004ки и реле времени при включении развертывающего устройства обеспечивается воэможность быстрого нарастания его выходного сигнала до величи"ны, соответствующей фактическому положению регулирующего органа. Поэтому при дистанционном управлении питание канала автоматического управления может быть отключено, цто позволяет экономить ресурс аппаратуры, 39входящей в канал автоматического управления ( 2 1,Недостатком этой системы являетсясложность перехода с дистанционногона автоматическое управление. Для осу 1%ществления такого перехода оператордолжен включить переключатель сигналов задания, с помощью которого запускается реле времени, обеспечивающееподключение сигнала обратной связи по вположению регулирующего органа на входразвертывающего устройства и переключение скорости развертки на необходимое время задержки. Это требует значи"тельного числа коммутирующих элементовснижающих надежность системы управления.Другим существенным недостатком известной системы является то, что онане обеспечивает автоматического согла 30сования выходных сигналов развертывающего устройства и датчика положениярегулирующего органа при заклиниваниирегулирующего органа, Действительно,если в процессе работы системы происходит временное заклинивание регули-, Зрующего органа, то на выходах развер-,тывающего устройства и датчика положения регулирующего органа возникаетрассогласование, которое приводит кбыстрому перемещению регулирующего ор 4 вгана после устранения заклинивания.Во многих случаях скорость перемещениярегулирующего органа должна быть ограниченной и такое движение регулируоцего органа недопустимо по условиям фработы обьекта (может приводить к возникновению аварийных ситуаций). В ре"аультате снижается надежность управления объектом,Наиболее близкой по технической Юсущности к предложенной является система, содержащая задатчик, а такжепоследовательно соединенные интегратор, усилитель, исполнительный механизм, регулирующий орган и датчик 55обратной связи, причем выход датчикаобратной связи подключен к второмувходу усилителя 1 33. 963 4Недостатком данной системы является невозможность индикации заклинивания регулирующего органа, в связи с чем снижается надежность системы.Поставленная цель достигается тем, что в систему введены усилитель- ограничитель и блок согласования и контроля, подсоединенный входом к выходу усилителя, а выходом - к второму входу интегратора, первый вход усилителя-ограничителя подключен к выходу задатчика, второй вход - к выходу интегратора.Кроме того, блок согласования и Контроля содержит две параллельные цепочки, каждая иэ которых состоит иэ последовательно соединенных источника эталонного напряжения, операционного усилителя, ограничивающего резистора, светодиода и диода, причем выход источника эталонного напряжения подсоединен к светодиоду через токозадающий резистор, вторые входы первого и второго операционных усилителей соединены к подключены к входам блока согласования и контроля, первый и второй диодысоединены и подключены к выходу блокасогласования и контроля.На чертеже представлена блок-схема предложенной системы,В состав схемы входят задатчик 1,развертывающее устройство 2, усилитель-ограничитель 3, интегратор 4 сосновным 5 и дополнительным 6 входами, следящая система 7, усилитель 8,исполнительный механизм 9, регулирующий орган О, датчик 11 обратнойсвязи, блок 12 согласования и контроля, дополнительный вход 13 дистанционного управления.В состав .истемы дополнительно вве.дены операционные усилители 14 и 15 с неинвертирующими "+" (первыми) иинвертирующими "-" (вторыми) входами и две цепи, соединяющие выходыоперационных усилителей 14 и 15 с дополнительным входом 6 интегратора 4.Эти цепи образованы последовательно соединенными резистором 16 (17),светодиодом 1 8 (19) и диодом 20 (21).Светодиод 18, соединенный с диодом20, через токоэадающий резистор 22подключен к источнику 23 запирающего напряжения смещения (-Е), Светодиод 19, соединенный с диодом 21,подключен через другой токозадающийрезистор 24 ко второму источнику 25запирающего напряжения смещения (+Е).Источники 23 и 25 подключены к пер5 100вым (неинвертирующим) входам операционных усилителей 14 и 15. Вторыевходы операционных усилителей соединены с выходом усилителя 8.Работа системы в режиме автоматического управления происходит следующим образом,В исходНом состоянии выходные напряжения задатчика 1 (Ч 1), развертывающего устройства 2 (У 2)датчика11 положения (Ч.1) равны нулю Ч 1=Ч 2==Ч 1=0 т.е. регулирующий орган находится в нулевом положении. При повороте задатчика 1 (Ч 1 Ф 0) на выходеразвертывающего устройства 2 формируется напряжение Ч изменяющееся спостоянной скоростью (скоростью развертки), определяемой отношением напряжения ограничения ЧЗ на выходеусилителя-ограничителя 3 к постоянной интегрирования ь" интеграторатак как при достаточно большом коэффициенте усиления усилителя 3 навход 5 интегратора 4 поступает постоянное по величине напряжение Чпрактически при любой отличной отнуля разности (Ч.1-Ч 2). Следящая система 7 отрабатывает поступающее наее вход напряжение Ч 2 до тех пор,пока не будет достигнуто равенствоЧ=Ч 2=Ч 1, т.е. до выхода регулирующего органа в заданное положение.Поскольку скорость перемещения регулирующего органа при отсутствииограничений существенно превышаетскорость развертки, при надлежащемкоэффициенте усиления усилителя 8рассогласования регулирующий органотслеживает сигнал Ч 2 и в любой момент времени Ч 2 М По существу в11процессе отработки задания выходноенапряжение Ч 8 усилителя рассогласования автоматически подбирается так,что регулирующий орган перемещается со скоростью развертки. При этомнапряжение Ч 9 по абсолютной величине значительно меньше напряжений ис",точников 23 и 25, т.е, -Е (ЧВ+Е,а потому операционные усилители 14и 15 находятся в состояниях, прикоторых светодиоды 18 и 19 смещены внепроводящих направлениях и не светятся; Следовательно, цепи, соединяющие выходы операционных усилителей 14 и 15 с входом 6 интегратораразомкнуты, Действительно, при-ЕЧВ усилитель 14 находится вобласти отрицательного насыщения иего выходное напряжение Ч 14=Ч,. 5 О 15 25 30 35 40 45 50 55 Если обеспечивается Ч"Е то меж-:ду анодом и катодом светодиода 18действует отрицательное напряжение,и светодиод 18 закрыт, При этом каноду диода 20 приложено отрицательное напряжение -Е и диод 20 такжезакрыт (на катоде диода 20 действует практически нулевое напряжениесуммирующей точки - входа 6 интегратора 4), Аналогично при Нв(Е усилитель 15 смещается в область положительного насыщения и при ЧрЕсветодиод 19 закрыт, Поэтому к катоду диода 21 прикладывается положительное напряжение +Е, закрывающееэтот диод.Таким образом, в режим автоматического управления, когда следящаясистема 7 отрабатывает сигнал задания Ч со скоростью развертки, выходусилителя 8 рассогласования отключенот допопнительного выхода 6 инте. ратора 4 и введенный в систему контур,состоящий из операционных усилителей14 и 15 и соответствующих цепей связи, не оказывает влияния на работусистемы,Если же в этом режиме происходитзаклинивание регулирующего органа10, то выходное напряжение усилителя8 рассогласования возрастает и приошибкеЧ 2-Ч 11 РЬ щ 1 п имеемЧ 11 Е.Величина минимальной ошибки ЬРт 1 Р,при которой Ч,Е, определяется выЕражением 4 . = - , где К В - коэфПИР Кфициент усиления усилителя 8 рассогласования.В зависимости от знака напряжения Ч 8 замыкается одна из цепей связи, соединяющая выход усилителя 8с входом 6 интегратора 4. Так приЧВ(0 и ЧВ ( -Е на выходе операционного усилителя 14 появляется положительное напряжение Ч., которое принекоторой ошибке ьоказывается достаточным для открывания светодиода 18и диода 20. Величина ошибки Ь можетбыть найдена по формулеЬ Е+Ч 1 ЬД Ь и 16РД Ка К,1, й, К К,где КК 2 - сопротивления резисторов16 и 22; .ЧР - пороговое напряжение, определяемое суммой прямыхпадений на светодиоде18 и диоде 20, 1004963К - коэффициент усиления операционного усилителя 14(К)1 ),В результате открывания светодио" да 18 и диода 20 интегратор 4 вместе 3 с усилителем 8, рассогласования охватываются глубокой отрицательной обратной связью через операционный усилитель 14 и включенные светодиод 18 и диод 20. При достаточно большом 10 коэффициенте передачи КВ К 1 на выходе интегратора 4 установится напряжение Ч 2практически равное напряжению Ч датчика положения регулирующего органа 10 независимо от сигнала Ч на выходе усилителя"ограничителя Это достигается за счет того, что ток 1 развиваемый на выходе усилителя 14, компенсирует ток , поступающий на вход 5 интегратора 4 с 20 выхода усилителя-ограничителя 3. ТокЧ.- где К 5 - сопротивление ревзисторд 5СОответственно тОк 11=5 21 Ф 5 2 + - , где Й - сопротивление ре- В22зистора 22. Отсюда видно что, задаваясь надлежащим током через резистор 22, можно обеспечить необходимое значение тока через светодиод 18,30 при котором обеспечивается его надежное свечение независимо от величины тока 15.Подобным же образом работает контур обратной связи, выполненный на основе операционного усилителя 15, светодиода 19 и диода 21, когда Ч 8 рЕ, В этом случае на выходе усилителя 15 возникает отрицательное напряжение, открывающее светодиод 19 и ди ОД 21.Таким образом, при заклинивании регулирующего органа выходное напряжение развертывающего устройства пе"рестает изменяться и удерживаться на уровне, соответствующем действительному положению регулирующего органа. При этом соответствующий светодиод сигнализирует о заклинивании.После устранения причин заклинивания система не требует согласования развертывающего устройства и регулирующего органа, который сразу же начинает перемещаться со скоростью развертки из положения, в котором55 Он находился. В результате исключает ся возможность недопустимо быстрых перемещений регулирующего органа,что способствует повышению надежности управления.За счет введенного .контура обратной связи обеспечивается автоматическая подстройка развертывающегоустройства под фактическое положение клапана не только при его заклинивании, но и при включении системы в работу, и при переходе с дистанционного на автоматическое управление. Так, например, если при подаче питания имеет место неравенство сигналов на выходах развертывающегоустройства и датчика положения регулирующего органа и разность==Ч-Ч 1161, то происходит замыкание соответствующей цепи контура обратной связи, подобно тому, какэто происходило в случае заклинивания регулирующего органа, и в результате развертывающее устройствоподстраивается под регулирующий орган. Время согласования развертывающего устройства и регулирующегооргана при К К в надлежащем выборе сопротивлений резисторов 16(17)и 22(24) может быть сделано достаточно малым, в связи с чем времязаписи сигнала на выходе развертывающего устройства может быть сделановремени обработки сервопривода,Автоматическая подстройка развертывающего устройства под регулирующий орган освобождает оператораот необходимости заниматься согласованием выходных сигналов развертывающего устройства и следящей системы,что дополнительно повышает надежностьуправления. Существенное значениедля повышения надежности имеет также индикация заклинивания регулирулющего органа с помощью введенных всхему светодиодов, выполняющих одновременно функции .ключевых элементов в цепях обратных связей. При этомследует отметить .что предложеннаясхема обеспечивает четкое свечениесветодиодов независимо от разбросаих характеристик и беэ примененияспециальных пороговых устройств, т.е.применение предложенной системы позволяет повысить надежность управления.Формула изобретения1, Система управления регулирующим органом, содержащая задатчик, а1004963 10 также последовательно соединенные интегратор, усилитель, исполнительныймеханизм, регулирующий орган, датчикобратной связи, выход которого подключен к второму входу усилителя, 3о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,с целью повышения надежности, в систе"му введены усилитель-ограничитель иблок согласования и контроля, подсоединенный входом к выходу усилителя, 1 Ва выходом - к второму входу интегратора, первый вход усилителя-ограничи",теля подключен к выходу задатчика,второй вход - к .выходу интегратора,152, Система управления по и. 1,.о т л и ч а ю щ а я с я тем, чтоблок согласования и контроля содержитдве параллельные цепочки, каждая изкоторых состоит из последовательно 20соединенных источника эталонного напряжения, операционного усилителя,ограничивающего резистора, светодиода и диода, причем выход источника эталонного напряжения подсоединенк светодиоду через токозадающийрезистор, вторые входы первого и вто-.рого операционных усилителей соединены и подключены к входам блока согласования и контроля, первый и второй диоды соединены и подключены квыходу блока согласования и контроля,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 347436, кл. Г 01 0 17/2 Ь, 1972,2. Авторское свидетельство СССРй 881658, кл. С 05 В 11/01, 19803. Авторское свидетельство СССРИ 631861, кл. 6 05 В 11/00, 1979(прототип),НИИПИ Заказ 1893/60ираж 872 Подписное филиал ППП "Патент",г. Ужгород, ул Проектная,