Формирователь вункции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой

/ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сефз Советских Социалистических Республик(51)М. Кл.2С 05 В 13/00 С 05 В 11/58 с присоединением заявки Нов Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй23) Приоритет Опубликовано 05,10.79 Бюллетень Мо 37 Дата опубликования описания 15.10.7 9(54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ФУНКЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ С ПЕРЕМЕННОЙСТРУКТУРОЙ Изобретение относится к области пневматического приборостроения, а именно к пневматическим регуляторам с переменной структурой. 5Известны пневматические регуляторы, содержащие регулирукщее устройство, узел переключения параметров настройки или закона регулирования и формирователь функции переключения, содержащий сигналиэатор знака отклонения регулируемой величины от задания и сигнализатор знака производной регулируемой величины, выходы которых Объединены логической схемой рав нозначность 1 1.Во многих случаях оказывается целесообразным переключать структуру регулятора с учетом отклонения регулируемой величины за пределы настраиваемой зоны чувствительности.Известен Формирователь наиболее близкий к данному, содержащий сигна" лизаторы отклонений (соответственно за верхнюю и нижнюю границы эоны нечувствительности) и сигналиэатор знака производной 2), Однако указанные формирователи сложны конструктивно и обладают ограниченньии функциональными возможностями. Целью изобретения является упрощение и расширение функциональныхвозможностей формирователя.В предлагаемом формирователе сигналиэатор знака производной выполнен в виде двухсоплового элемента сравнения и узла Формирования нелинейности типа фЛюфтфф, причем вход регулируемой величины непосредственно и через узел формирования нелинейности типа 1 Люфт соединен соответственно с первой и второй глухими камерами элемента сравнения, каждое сопло которого соединено с выходом соответствукщего сигнализатора отклонения, а обе проточные камеры - с выходным каналом формирователя.На чертеже представлена принципи-. альная схема формирователя функции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой.формирователь содержит сигнализаторы (элементы отклонения (за верхнюю) 1 и (нижнюю) 2 границы эоны нечувствительности, каждый из которых выполнен на одномембранном элементе с пружиной в глухой камере, двухсопловой элемент сравнения 3 иузел формирования нелинейности типа нах элементов 1 и 2 имеют место не- "Люфт 4, образующие сигнализатор равенства Р + Ь) Р, и Р 1 + ЬР соэнака производной, причем первое и ответственно, в соответствии с чем, второе сопла элемента 3 соединены контакты К и К этих элементов сказы- соответственно с соплами элементов ваются разомкнутыми (К = О, К = О). 1 и 2, а обе проточные камеры с 5 Если регулируемая величина Р вышатмосферой через дроссель 5, и вы- ла за верхнюю границу эоны нечувствиходным каналом Р вых, который мо- тельности, то есть если Р ) Р + Ьжет быть подключен, например, к нор- то на мембранах элементов 1 и 2 имемирующему усилителю б, содержащему ют место неравенства Р 1Р + и и одномембранный элемент 7, дроссель 1 О Р + Д)Р в соответствии с чем кон и реле 9, причем глухая камера такт К 1 элемента 1 замкнется(К= 1), эпемента 7 соединена с входом усилите- а контакт К элемента 2 останется ля б, соединенным с проточными каме- разомкнутым (К = О); если в дальней- рами элемента 3, проточная камера шем величина Р вновь уменьшится так, элемента 7 соединена с атмосферой, (е что Р, С Р +Д,то контакт К вновь а сопло - через дроссель 8 с источ" разомкнется. ником питания и через реле 9 с выхо- Если реГулируемая величина Р 1 вышдом усилителя Рб . Входы формирова- ла за нижнюю границу зоны нечувствителя соединены: вход регулируемой тельности, то есть если Р С Р - Ь, величины Р - с проточной камерой о то на мембранах элементов 1 и 2 элемента 1, с глухой камерой злемен- имеют место неравенства Р 1 С Р + Л та 2 и с глухими камерами элемента и РР, + Ь соответственно; контакт 3, причем с первой из них непосред- К 1 элемента 1 останется разомкнутым ственно, а с второй через узел 4, (К = 0), а контакт К элемента 2 вкод Р - с глухой камерой элемента ,замыкается (К = 1); если в дальней и с проточной камерой элемента 2. шем величина Р вновь возрастает так, Узел 4 состоит из параллельно соеди- что Р 1 ) Р - Д , то контакт К вновь ненных элементов запоминания макси- разомкнется. мума 10 и минимума 11, выполненных Состояние элемента 3 определяется каждый на одномембранном элементе разностью давлений в его глухих каспружиной в глухой камере и подклю мерах, которая, в свою очередь, задаченной к их выходам пневмоемкости 12 ется узлом 4, реализующим Функцию випричем входы и выходы элементов 10 да: и 11 соединены соответственно с вхо- Р - Р о 1 Р Опри дом и выходом узла 4, ф ЖФормирователь работает следующим М Р с О (1) образом, Р =Р + прис)1Сигнал датчика регулируемой величины подается на вход Р а сигнал с где Д - величина установленной зоны нелинейности в узле рая берется равной или больрбйство Формирует закон регулирования и выдает сигнал на исполнительный ния элемента 3У орган системы регулирования в зави"Р - значение давления на выходе симости от значений Р, и Р и своей 4узла структуры, определяемой состоянием узла переключения, которое, в свою / емого на выходе узлаемого на выходе з 4 при очередь, определяется сигналом Р поступающим на вход узла переключедавления Р на входе уз-а 4 ния с выхода формирователя. Функционирование Формирователя определяет О Если регулируемая величина воэрасся только значениями сигналов Р, ит то есть если ) О тоФормирователь функции переключения Р - Р =(в соответствии с первымФормирует на своем выходе Р сигна- управлением функции, реализуемой лы 0 и 1 фф в зависимости от узлом 4), и первый контакт К элеотключения регулируемой величины за. мента 3 замыкается, а второй К 4 разустановленные границы зоны нечувст- мыкается (К = 1, К = О). Если реавительности и от знака производной лизуемая величина уменьшается, то регулируемой величины следующим об- есть, если с(Р/Д с О, то Рл разом. (в соответствии с вторым уравнениемЕсли регулируемая величина Р от Функции, реализуемой узлом 4), и перклонилась от своего заданного значе- вый контакт К элемента 3 размыкаетнйя Р не более, чем на Ь - заданную ся, а второй контакт К эаьщкается пружинами элементов 1 и 2 величину ,(К = О, К = 1). Если же регулируэоны нечувствительности, то есть, емая величина; сменив направление если Р - Ь с Р с Р + б, то на мембра своего движения, начала изменяться ва/Р Рг /с аРт Р + ДР сР (Р 4 Р +ддРЖРР, - ддр СОд 1 КЗ= О Кц = 1 при новом направлении, то.на участке с движения в новом направлении от точки реверса разность давлений в глухих камерах элемента 3 будет сохранять свой знак н элемент 3 будет находиться в прежнем положении, а в момент, когда /Р 1 - Р / = О, давления э глухих камерах элемента 3 сравняются (в соответствии с третьим уравнением функции, реализуемой узлом 4), элемент 3 переключается и состояния контактов Ка и К меняются на обратные.Таким образом, величина допределяет зону нечувствительности регулятора к перемене направления движения.Далее, давление Р на дросселе 5 является результатом взаимодействия контактов всех трех сигнализаторов, это давление равно атмосферному или же равно Р или Р 1 в зависимости от комбинации состояния контактов К, К, К 3 и К, которая определяется логическим уравнениемР= КфК + К К.Это уравнение определяет закон функционирования формирователя и, однако сигнал Р.х не может быть подан непосредственно на выход формирователя, так как он не нормализо ван по уровню и не дискретен. 30Следовательно давлени е 1 т должно быть соответствукицим образом преобразовано. С этой целью э состав формирователя введен нормирующий усилитель б, состоящий из последова тельно соединенных усилителя давления с большим коэффициентом усиле" ния, образованного элементом 7 и дросселем 8, и преобразователя непрерывного сигнала в релейный, выпол ненного на реле 9, которое включено по логической схеме Да. Работа усилителя б очевидна и специальных пояснений не требуется. Следует отметить при этом, что, когда давление Рравно атмосферному, то давление 1 т на выходе усилителя б тоже равно атмосферному, а когда Рлых = Р или Р = Рд, то давление Рф, равно давлейию питания, то есть, в логическом отношении усилитель б является повторителем, так что Рб, -- РСледовательноРбь= К КЭ + Кф КПодставляя сюда вьааеопределенные 55 значения;К = О, К = 0 приК, = 1., Кл - О приК = О, К = 1 приК= 1, Кч= 0 при и Д получим закон функционирования формирователя в видепри /Р 1 - Р 1 /С Ьпрн РР + Ь и 1 Р /6 Ф 0 Р ф при Р 1 с Р - Ь и с(Р /С(ЙО при Р -сГ Р,Р +Ь и дР /МсО при Р, +д Р,сР, -а и дР/д О, что мэжно интерпретировать следующим образом, если регулируемая величина удаляется от заданного значения, то на выходе формирователя сигнал равен нулю, пока регулируемая величина отклонилась от задания менее, чем на Д , и становится равным фединице в дальнейшем своем движении в том же направлении; если регулируемая величина приближается к заданному значению, то на выходе формирователя сигнал равен единице, пока регулируемая величина отклонилась от своего значения в точке реверса менее, чем на сГ, и становится равным нулю э дальнейшем своем движении в том же направлении.Узел 4 работает следующяя образом,Пусть в исходном состоянии давление Р на входе узла 4 равно давлению Рл на его выходе. Тогда на мембране элементов 10 и 11 имеют место неравенства Р ( Рл +3 и Р + о Р соответственно 1 при этом контакт .в каждом из этих элементов разомкнут, и давление на выходе л оказывается замкнутым в глухом объеме, то естьР = Рф при Р Рл,Если в дальнейшем давлие Р будет произвольным образом меняться в пределах О от своего значения в исходном состоянии, то неравенства Р 1 С Р+с и Р +К Рна мембранах элементов 10 й 11 сохраняются и контакт в обоих элементах останется разомкнутым, так чтоР, - Д с Рл с Р+д при Р= Рр, (2)Если давление Р, возрастая отклонится от своего значения в исходном состоянии более, чем на Г, то на мембранах элементов 10 и 11 будУт выполняться неравенства Р,Р + д и Р + дРл, при этом контакт элемента 10 переходит в проводящее состояние, а контакт элемента 11 остается разомкнутьэу давление Рл начинает возрастать; как только скорость его изменения сравняется со скоростью изменения давления Р, переходный процесс закончится при некотором определенном значении сопротивления контакта в элементе 10 и при разности давлений на выходе и входе практически равной величине д, так что Р Р - Длпри АР,/д О. (3)Это равенство в дальнейшем будет сохраняться при любых значениях ско"грости изменения давления Р н диапазОне от нуля до некоторого максимальнОго значения, соответствующего такому положению мембраны относительно сопла в элементе 10, при котором кОнтакт элемента имеет минимально возможное сопротивление, то есть кснтакт полностью открыт.Если давление Р 1 уменьшаясь, от" клонится от своего значения в исхОдном состоянии более чем на Д, то на мембране элемента 11 возникает небаланс давления Р + д с Р а на мембране элемента 10 сохранится неравенство Р 1 ( Р 4 + Д при этом контакт элемента 11 переходит н проводящее состояние, а контакт элемента 10 остается разомкнутым; давление Р начинает уменьшаться, как толькоМскорость эго изменения сравняется со скоростью изменения давления Р 4, переходный процесс заканчивается при некотором определенном значении сопротивления контакта в элементе 11 и при разности давлений на выходе и входе практически равной величине Х, так что25Р = Р +упри " 0, (4) Это равенство н дальнейшем будет сохраняться при любых значениях ско О рости изменения давления Р в диапазоне от нуля до некоторого максимального значения, соответствующего такому положению мембраны относительно сопла в элементе 11, при котором конта.кт 35 элемента имеет минимально нозможное сопротивление.Если из состояния, определяемогс уравнением (3), давление Р, изменит направление своего изменения и начнет уменьшаться, то на мембране элемента 10 возникнет небаланс давлений Р 1 с Рд + с, а на мембране элемента 11 сохранится неравенство Р + Д ) Р 1при этом контакт элемента 10 размыкается, а контакт элемента 11 остается разомкнутым; давление Р перестает изменяться и становится на уровне, которого оно достигло в момент раз - мыкания контакта элемента 10; так как размыкание контакта элемента 10АР. происходит н момент, когда= О, то последующее уменьшение давления Р происходит уже при разомкнутом контакте элемента 10, так как данле ние Ри при своем изменении повторяет (со сдвигом) изменение данления Р , то, следовательно, в момент размыКания контакта элемента 10 давление Р также имело нулевую ско- О рость, а до этого момента также монотонно возрастало; поэтому н момент раэмыкания контакта элемента 10 давление Р остановилось на уровне, равном максимальному значению, достигнутому при движении вверх до моментаостановки, итак Р = Ро = Рнаксдальнейшем, когда давление Р будетуменьшаться, схема переходит в состояние, описываемое уравнением (2) ..Лналогично, из состояния, определяемого уравнением (4), при перемененаправления изменения давления Р,схема переходит в состояние, описываемое уравнением (2), где под Р,подразумевается значение минимумадавления Р, достигнутого при движении вниз.Таким образом, при циклическом изменении давления Р 1 на входе узла 4давление Р на его выходе изменяетсяциклически, реализуя уравнения (2),(3), (4) и их взаимные переходы. Какизвестно, система этих уравнений(то есть система (1 является аналитическим выражением нелинейноститипа Люфт,Точность работы предлагаемойсхемы выше, так как сигнализаторзнака производной в ней может работать в широком диапазоне измененияскоростей регулируемой величины, апогрешность определения знака производной фиксирована и определяетсячувствительностью трехмембранногоэлемента сравнения, входящего в состав сигнализатора, Б предлагаемойсхеме точность поддерживания заданнойзоны чувствительности зависит отдавления и стабильности задаваемогопружиной смещения, в то время какн регуляторе - прототипе кроме этихфакторов на стабильность установленнойзоны оказынает влияние состояниедросселей, входящих и состав задатчиков, и колебания давления питания,так что "табильность задания зонынечувствительности в предлагаемойсхеме выше. Более высокая точностьформирования функции переключенияулучшает технико-зкономические показатели системы регулирования, в которую входит предлагаемый регулятор,и расширяет область применения таких регуляторов.В формирователе функции переключения предлагаемого регулятора имеется возможность создавать зону нечувствительности при смене направления изменения регулируемой величины(путем соответствующих настроек вустройстве для реализации нелинейности типа Люфт), что позволяет, вопервых, избежать переключений регулятора при флуктуации регулируемойнеличины и тем самым повысить срокслужбы его, и, во-вторых, может служить дополнительной составляющейзакона регулирования и тем самымулучшить качество регулирования всоответствующих случаях и расширитьобласть применения предлагаемогоФормирователя,690441 10 Формула изобретения тель О, ГуЛ.Алферо СостаТехред Редактор Э.Губницкая орректор Г.1 ешетнн Тираж 1015 ИИПИ Государственного по делам изобретенийМосква, Ж, Раушск Заказ 5964/44 Подпнснета СССРрытийб.,д.4/5 омн о я13035 иал ППП фПатентфф, г.ужгород, ул.Проектная формирователь Функции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой, содержащий сигнализаторы отключений и сигнализатор знака производной, о т л и " ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных воэможностей формирователя, в нем сигналиэатор знака производной выполнен в виде двухсоплового элемента сравнения и узла формирования нелинейности типа .фЛюфт, причем вход регулируемой величины непосредственно и через узел формирования нелинейности типа Люфтф соединен соответственно с первой н второй глухими камерами элемента сравнений, каждое сопло которого соединено с выходом соответствующего сигналнза тора отклонения, а обе проточные камеры - с выходным каналом Формирователя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, Сб.Пневмоавтоматика, М., ффЯаука, 1972, с, 122, рис. 1.2. Авторское свидетельство СССР Р 364924, кл. а 06 а, 5/00, 1974.