Регулятор

(19) (11) 11/01 ИЗОБРЕТ ОПИСА К АВТОРСКО ЕТЕЛЬСТВ че8. УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ( 89) 159518 (21) 7771258/24-24 22) 18.06.80 31) ФР Я 05 В/214 135 (32) 05,07,7933) ЭП , 46) 15.03,86. Бюл. Кф 10 (71) Институт фюр Электроанлаген (1)0) (72) Е.В. Гусак, В.В. Морозов, Г.ф. Болиль (81, Дорис Хладку и Вольфганг Хладку (РЭ) 53) 62-50(088.8) 54)(57) 1, РЕГУЛЯТОР, содержащий пропорционально-дифференцирующий блок 15, сервомотор 10 и суммирующий блок 9, последовательно соединенные измеритель 1 отклонения регулируемой величины и усилитель 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительно установлены пропорциональный блок 4, измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины и измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины, входами соединенные с выходом усилителя 2, а выходами - с соответствующими входами суммирующегоблока 9, выходом подключенного к входу сервомотора 10, измерительскорости отклонения регулируемойвеличины выполнен в виде дифференци-атора 16, а измеритель ускорения отклонения регулируемой величиныв виде двух последовательно соединенных дифференциаторов 17 и 18,каждый из дифференциаторов 16, 17и 18 содержит последовательно соединенные пропорционально-дифференцирувщнй блок 15 и блок 14 сравнения, инверсным входом подключенныйк входу яропорционально-дифференцирующего блока 15 и входу одного издифференциаторов 16-18, а выходомк выходу одного из дифференциато- Еров 16-18,2. Регулятор по и, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей4 ф лв нем установлены первый, второй итретий ключи 6 7 и 8, выходы измерителя 3 ускорения отклонения регулируемой величины, пропорциональногоблока 4 и измерителя 5 скорости очклонения регулируемой величины подключены к соответствующим входамсуммирующего блока 9 рез соответствующие ключи 6, 7 и(;2) Передатого регулято фри(Ифр- =к, 3)0 +ф) Т где времени инверсо блока;времени сервоТу постоянная периодическомотор постоянн Изобретение относится к пропорциснально-интегрально дифференцирующим регуляторам и может найти применение при автоматическом регулировании техническими процессами,Известен регулятор, содержащий .измеритель отклонения регулируемой величины, выход которого через пропорциональный блок подключен к первому входу сумматора, через последовательно соединенные первый дифференциатор и второй пропорциональный блок - к второму входу сумматора и через последовательно соединенные первый и второй дифференциаторы и третий пропорциональный блокк третьему входу сумматора, выходом соединенного с входом сервомотора, причем, изменяя коэффициенты усиления пропорциональных блоков, можно выбирать нужные законы регулирования. (Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М.: Наука, 1967, с.: 15- 19, рис, 1.5) .Недостатком известного регулятора является, низкая точность.Наиболее близким к предлагаемому является регулятор содержащий последователъно соединенные измери-тель отклонения регулируемой величины, усилитель, первый сумматор, сервомотор и второй сумматор, вторым входом подключенный к выходу первого сумматора, прямому входу третьего сумматора и входу инверсного апериодического звена, выходом соединенного с инверсным входом третьего сумматора, выходом подключенного к второму входу первого сумматора, причем первый и третий сумматоры и инверсное апериодическое звено образуют пропорционально-дзфк" ференциальный блок, т.е. ПД-блок,а второй сумматор и сервомотор образуют вспомогательный пропорциональ,но-интегрирующий регулятор, т.е. ГП-регулятор. (Авторское свидетельство СССР У 578636, кл, С 05 В 11/00, 1976. ная функция известно- а имеет следующий вид: тгт, т,Ит, - +1 р Т+1, Т =Т, -+,Ттд т Т+1М (р) - передаточная функциявспомогательного пропорционально-ин тегрального регулятора;Т - постоянная времени инверсного апериодического блока;Тг - постоянная времени серво,мотора;Кт - коэффициент усиления усилителя;К, Т, Т - соответственно коэффициент передачи, постоянная интегрирования, постоянная дифференцй рования пропорционально-дифференциального регулятора.Из выражения (1) видно, что коэффициент передачи К, постоянная времени интегрирования Т; и постоянная времени дифференцирования Т известного регулятора взаимосвязаны Изменение постоянной времени Т апе риодического инверсного блока в ПД- блоке или постоянной времени сервомотора в вспомогательном ПИ-регуляторе приводит к изменению всех настроечных параметров. Это затрудня ет процесс настройки известного регулятора и требует использования специальных номограмм со сложными зависимостями.Кроме того, параметры настройки имеют ограниченные диапазоны, в частности малое значение Т/Т ,к фчто затрудняет вычисление оптималь ной настройки регулятора для достижения высокого качества регулирова ния. Для параметров настройки полу чим следующие отношения:т, 45 Т г Гт т,1218366 Найдя первую производную выражения (3) по параметру и приравняв еек О, находим, что к = 0,25 примаксщ= 1,Таким образом, ограниченность изменения параметров настройки и малоезначение отношения Т 1/Т не позволя 1ют реализовать рассчитанные оптимальные настройки регулятора, чтоотрицательно сказывается на качестве регулирования. Взаимосвязь настро"енных параметров регулятора и ограниченность их изменения присущи регуляторам, использующим цепь обратной связи по положению регулирующегооргана.Недостатком известных регуляторовявляется также сложная реализацияразных законов регулирования, что взначительной степени сужает их функциональные возможности. Так, в регуляторах, йостроенных по принципуохвата обратной связью усилителяили усилителя и сервомотора, для перехода от одного к другому законурегулировайия необходимо включать вобратную связь звенья с различнымипередаточными функциями.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей иповышение качества регулированиярегулятора,Поставленная цель достигается тем,что в регуляторе, содержащем Пцблок 15, сервомотор 10, суммирующий блок 9 и последовательно соединенные измеритель 1 отклонениярегулируемой величины и усилитель 2дополнительно установлены пропорциональный блок 4, измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины, измеритель 3 ускорения отклоненйя регулируемой величины,входами соединенные с выходом усилителя 2, а выходами - с соответствующими входами суммирующего блока 9, выходом подключенного к входу сервомотора 10, измеритель скорости отклонения регулируемой величины вь 1 полнен в виде дифференциатора 16, а измеритель ускорения отклонения регулируемой величины - ввиде двух последовательно соединенных дифференциаторов 17 и 18, каж. дый из дифференциаторов 16, 17и 18 содержит последовательно соединенные Щ 1-блок 15 и блок 14 сравнения, инверсным входом подключенный к входу ПД-блока 15 и входу одного из дифференциаторов 16-18, а выходом - к выходу одного иэ дифферен"циаторов 16-18,Кроме того, в регуляторе дополнительно установлены первый, второй и третий ключи 6, 7 и 8, выходыизмерителя 3 ускорения отклонениярегулируемой величины, пропорционального блока 4 и измерителя 510 скорости отклонения регулируемойвеличины подключены к соответствующим входам суммирующего блока 9 чеерез соответствующие. ключи 6, 7 и 8,На фиг. 1 представлена блок-схе 15 ма регулятора; на фиг. 2 - блоксхема дифференциатора.Регулятор содержит измерительотклонения регулируемой величины,усилитель 2, измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины, пропорциональный блок, т.е.П-блок 4, измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины, третий, первый и второй ключи 6, 7 и25 8, суммирующий блок 9, сервомотор 1 О,инверсное апериодическое звено 11,первый и второй сумматоры 12 и 13,блок 14 сравнения, пропорционально-дифференцирующий блок .(Щ-блок)15, дифференциаторы 16, 17 и 18.На фиг1 обозначено С) - задающее воздействие; у(С) - регулируемаявеличина; х(С) - отклонение регулируемой величины; х (С) - сигнал уп-,равления.З 5 Измеритель 5 скорости отклонениярегулируемой величины содержит одиндифференциатор 16, Измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины содержит два последователь 40 но соединенных дифференциатора 17и 18. Каждый иэ дифференциаторов 16,17 и 18 содержит блок 14 сравненияи пропорционально-дифференцирующий. блок 15. Пропорционально-дифференцирующий блок 15 содержит инверсноеапериодическое звено 11 и первыйи второй сумматоры 12 и 13.Регулятор работает следующим образом.50 Сигнал отклонения регулируемойвеличины х(С), вырабатываемый измерителем 1 отклонения регулируемойвеличины из регулируемой величиныу(С) и задающего воздействия я(С),поступает на вход усилителя 2 с коэффициентом усиления к 1,. Его выходной сигнал поступает на входы изме"рителя 3 ускорения отклонения регу"лируемой величины, пропорционального блока 4 и измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины,Дифференциатор 16, входящий всостав измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины,и два дифференциатора 17 и 18, которые в последовательном соединенииобразуют измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины, изображены на фиг. 2. Каждый из указанных дифференциаторов 16, 17 и 18ПП-блока 15 и безынерционного блока 14 сравнения с единичными коэффициентами усиления по обоим входам.Пропорционально-дифференцирующийблок 15 выполнен в виде положительной обратной связи, охватывающей сумматор 13. Обратная связь представляет собой параллельное соединение. безынерционного сумматора 12с единичным коэффициентом усиленияпо обоим входам и инверсного апериодического звена 11 с единичнымкоэффициентом передачи.В соответствии с изложенным передаточная функция дифференциатора 16+ (Т+ 1) = Т р, (4)где Т - постоянная времени инверсЦного апериодическогозвена 11Следовательно, указанное построение дифференциатора 16 весьма близко идеальному дифференцирующему звену, Таким образом, измеритель 3ускорения отклонения регулируемойвеличины имеет передаточную функциюН,(р) = Н(Р) Ы(р) =т, т,.р,(5)где Т, Тп - постоянные времени двухпоследовательно соединенных дифференциаторов 17 и 18, входящих всостав измерителя 3 ускорения отклонения регулируемой величины,Пропорциональный блок 4 представляет собой безынерционное звено с коэффициентом передачи к . Измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины имеет передаточную функциюЪ 7,(р) = "(р) = Тц р(6) где Т - постоянная времени дифференциатора 16, входящего в состав измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины.Выходные сигналы измерителя 3.ускорения отклонения регулируемойвеличины, пропорционального блока 4и измерителя 5 скорости отклонениярегулируемой величины поступаютчерез ключи 6, 7 и 8 на входы суммирующего блока 9 и через его выход в . на сервомотор 10 с передаточ О ной функцией Ч р) = 1/Тврегде Т - постоянная времени сервомотора 1 О,Таким образом, регулятор в целом имеет передаточную функцию 15 Ъ (Р) = к (ТТц Р + к., +, хт,1т,к - коэффициент усиления усилителя 2;30.к, - коэффициент передачи пропорцйонального блока 4;Тп ф Тп Тп - постоянные времеЭни дифференциаторов 16, 17 и 18, входящих в состав измерителя 3 ускоре 35 ния отклонения регулируемой величины и измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины;Т - постоянная времени сервозммотора 10;40К, Т , Т - соответственно кот ф, эффициент передачи, постоянная времени интегрирования, постояннаявремени дифференцирования регулятора в целом.45Из выражения (7 ) видно, что настроечные параметры регулятора к Т) Эи Т практически независимы. Настроечный параметр к изменяется иэмег50нением к, Т - изменением к а Тф 1 1 физменениями Т 0 и Тц . Таким образомФдостигаются широкие пределы настройки параметров настройки, Это позволяет реализовать практически любую рассчитанную оптимальную на-,55чстроику регулятора, что расширяетего функциональные возможности иобеспечивает высокое качество регулирования при автоматизации раэ21836 б личных технологических процессов ., Кроме того, предложенный регулятор не имеет балластного звена что повышает его точность и быстродействие.Использование ключей 6, 7 и 8 позволяет легко формировать алгоПИД ЗамкнутоеРазомкнутое Разомкнутое Разомкнутое Разомкнутое Замкнутое Замкнутое Разомкнутое Замкнутое Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной4 В1ОК 5 р 837 пуг, Узгород,ул.Проектная,ЗакаВНЮ Фили Пате Замкнутое Замкнутое Разомкнутое Замкнутое Разомкнутое Замкнутое ритм формирования регулятором различных регулирующих воздействий,Возможность формирования разных законов регулирования в зависимости от состояния ключей 6, 7 и 8 иллюстрирует следующая таблица. 1ЮВедомством по изобретательству Германской Демократической Республики.1