Программный регулятор

, 1247840 СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСН УБЛИК(19) еСГ13 13 Вййдй Еь,. САНИЕ ИЗОБРЕТЕРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ВТО торско-техого произ"10 велирпром 10 ССР 198 ОСУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7 Т) Специальное конструнологическое бюро Львовсводственного объединения(57) Изобретение относится к технике,автоматического управления и предназ-йачено для использования в системахпрограммного регулирования параметров технологических процессов, например температуры, расхода, давления и др. Цель изобретения - повышение точности регулятора за счетустранения зависимости абсолютнойошибки регулирования от диапазонарегулирования. Диаграммная лента спрограммой приводится в движение.даи1247840 гатепем, разме 1 цецць 1 м в измерительном приборе 1, Прц на.ождениц Фотоэлементов пад сгетлой частью диаграммной лепты ьыходной спгцап измерительного моста 9 ранен цупю, Б этомслучае сигнал глаксималы 1 ой. велич 1 гпыс цеобходимой полярностью обеспечивается с помощью задатчцка напряжения 17, 1 зыходпой сигцал кото 1 оогокоммутцруется одцим из переключателей 12 ини 13 в зависимости от знакарассогласоваиця при срабатывации пороговых элементов 14 и 15. 1 ля обеспечения автоматического выхода регулируемого параметра ца заданное значение, цапрпмер, прц цахожценцц 1 с 1 огоэпемецтов 5 ц 6 слева от программной поносы, необходимо подать управпячощцй сигнал ца трехпозиццонный,ре:1 е 11 п 1 гй 1 эз 1 е 11 ецт 6 по шине 34, црц 11 зобретец 11 е отцосцтся к автоматическому управлециЮ ц предцазцачецо для цспользова 11 ця 1 з системах программцого регулировацц параметров тех- цологцческцх процессов, цапример температуры расхода давлеп 11 л ц дрвЦель изобретения - повышение точпостц регулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулировапця от диапазона регузп 1 ровацп 11, 10Па Фцг. 1 изображена структурная схема пр(згразьмного регулятора; на Фпг. 2 - Фрагмент температурного ретта процесса по заданной во времени программе, когда датчиком является, цапри 1 лер, термоэлектрический преобразователь; на Фиг.,3 - пример цацесения программы, приведенной на фиг. 2, на диаграммную лепту лентопротяжного механизма измерительного прибора, когда, цацример, диаг 1 азон его цзмерепия составляет 0-1 мБ; на Фиг, 4 - ждущий мультивибратор; ца фцг, 5 - диаграммы напряжеций я;цущего мультивцбратора. 25Па Фиг, 2 и 3 обозцачено; Я - перемещение диаграммной ленты, мм; время, и; Т 1 - длительность сигнала мупьтцвцбратора.Програ 11 мцый регулятор содержит ц.11 ле 11 цтепьнь 1 й прибор 1, программный этом включается перекл 1 очатез 1 ь 13, который соедицяет один из выхоцов задатчцка напряжения 17 с входом Формирователя закона регулирования 21 через дифференциальныц усилитель 18, ключ 19 и элемент памяти 20, Прц нахождеции Фотоэлементов справа от программной полосы, например, если и момент включения устройства в работу температура в объекте регулирования зцачцтельпо выше программпого значения. необходимо подать упзравля 1 ощий сигнал по шине 35 при1этом включается т 1 ереключатель 12 и ца Формирователь 21 подается максимальпый входпой сигнал такой полярпостц, которая обеспечивает умецьшецце выходцого сигцала Формирователя 21 до нулевого значения, 5 ил. 2задатчик 2, выполненный в виде лентопротяжного механизма измерительногоприбора 1, на диаграммной ленте которого пацесена программа 3 для регулируемого параметра в виде затемнен-ных полосок определенной ширины изатемненных полосок 4 по краям диаграммцой ленты - программа ца перекл)очецие ступеней компенсации, Перпендикулярно перемещецп 1 о диаграммнойле 1 гты перемещаются фотоэлементы 5-8прикрепленные (жестко связанные) кподвижному узлу регистрации измерительцого прибора 1 и оптически связаццые с программным задатциком 2, Фотоэлементы 5 ц 6 1 зключецы 1 з смежныеплечи измерительного моста 9, а фотоэлементы 7 и 8 - во входные цепи пороговых элементов 10 и 11,Кроме того, регулятор содержитпереключатели 1 2 и 13, пороговые элементы 14 и 15,.трехпозиционный релейный элемент 16, задатчик напряжения17, диФФеренциальный усилитель 18,ключ 19, эле 1:ецт памяти 20, формирователь закова регулирования 21, элемецты И 22 и 23, элемент ИЛИ=НЕ 24, ждущий мультивибратор 25, реверсивцыйсчетчик 26 импульсов, Формировательуравновешивающего нагряжения 27, элемецт ИЕ 28, исполнительцый оргац 29, 1247840объект регулирования 30, датчик 31,подключенный к входу измерительногоприбора 1, дешифратор 32 и блок индикации 33. По шинам 34 и 35 подаютсяуправляющие сигналы "Программа справа" и "Программа слева" на трехпозиционный релейный элемент 16 дляпервоначального включения регулятора.в работу.Программа регулирования задаетсяпутем нанесения отрезков темных полос 3 на диаграммную ленту лентопротяжного механизма измерительного прибора 1. Ширина затемненных полосокпрограммной кривой определяется расстояниями между центрами светочувствительных слоев фотоэлементов 5 и 6,ширина вспомогательных полосок 4 покраям ленты значения не имеет, а имеет значение точность нанесения перво го края для правой полоски и правогокрая для левой полоски, Расстояниеот этих краев до центра программнойкривой в точке переключения должнобыть равно длине отрезка, соедипяюще го центр Фотоэлемента 7 или 8 с серединой отрезка, соединяющего центрыфотоэлементов 5 и 6,На фиг. 2 и 3 Я - перемещение диаграммной ленты, мм; 30 где 7 - скорость перемещения диаграммной ленты, мм/ч;1 - время, ч. 5Ордината графиков на фиг. 2 ифиг. 3 показана для случая, когдаскорость перемещения диаграммной ленты измерительного прибора равна20 мм/ч. 0Графики на фиг. 2 и 3 нагляднопоказываюткак происходит преобразование непрерывной программной кривой .до вида программы предлагаемого регулятора, 5Устройство работает. следующим образом.Предварительно подготавливают программу, которую задают на диаграммнойленте. Диаграммная лента приводится 50в движение синхронным двигателем через редуктор, который конструктивноразмещен в измерительном приборе 1,Скорость движения диаграммной ленты,при задании программы является координатой времени, а ширина диаграммнойленты - координатой величины регулируемого параметра,При включении устройства для обработки заданной программы в зависимости от рассогласования между задаваемой и действительной величинамирегулируемого параметра величина выходного сигнала измерительного моста9 зависит от разницы освещенностифотоэлементов 5 и 6, которые могутнаходиться над затемненной полосой3, слева от нее или справа, При нахождении фотоэлементов над светлойчастью диаграммной ленты выходнойсигнал измерительного моста равен ну лю, так как оба фотоэлемента одинаково освещены. В этом случае сигнал максимальной величины с необходимой полярностью на входе формирователя закона регулирования 21 обеспечивается с помощью задатчика напряжения17, выходной сигнал которого коммутируется одним из переключателей 12 . или 13 в зависимости от знака рассогласования между действительной величиной регулируемого параметра и его заданным значением и при срабатывании пороговых элементов 14 и 15Трехпозиционный релейный элемент 16 обеспечивает на одном из своих выводов сигнал при срабатывании соответствующего порогового элемента 14 или 15, которые выставлены на уровень несколько выше напряжения, снимаемого с Фотоэлементов 5 и 6 при их полном освещении, т,е, пороговые элементы 14 и 15 срабатывают при выходе соответствующихфотоэлементов 5 и 6 на светлую часть диаграммной ленты. При отключенных пороговых элементах 14 и 15 на выходах трехпозиционного релейного элемента 16 сигнал отсутствует, а при их одновременном срабатывании, что возможно только в момент включения устройства в работу и нахождении фотоэлементов 5 и 6 над светлой частью диаграммной ленты, состояние трехпозиционного релейного элемента 16 неопределенное, т,е. на любом из его выходов может присутствовать сигнал.Для обеспечения,автоматического выхода регулируемого параметра на заданное значение, например при нахождении фотоэлементов 5 и 6 слева от программной полосы необходимо подать управляющий сигнал на трехпозиционный репейный элемент 16 по шине 34, при этом сигнал с его выхода включает переключатель 13, который25 соединяет одидд. 1 дз выходов зэдатчиканапряжения 17 с входом Формирователязакона регулирования 21 через дифференцддаг 1 ьный усилитель 18, клдоч 19 иэлементпамяти 20, задавая тем самымвходной сигнал на формирователь закона 21 такой величины и полярности,чтобы обеспечить его максимальныйвыходной сигнал, Прц нахождении Фотоэлементов справа от программной полосы, например, если в момент включенияустройства в работу температура вобъекте регулирования значительновыше программного значения, необходимо подать управляющий сигнал натрехпозиционный релейньддд элемент 16по шине 35, при этом сигнал с егоддыхода нклдодддт переключатель 12 цэналогцчно описанному ца Формнрона.тель закона регулирования 21 подается максимальный входной сигцагд тэдсойдполярности, которая обеспечиваетумеддьшенце выходного сигнала Формирователя закона регулцроваддия .1 допулевого значения,1 ассмотрддм работу остэльцой частисхемы для случая программного регу.ддирои адддд. температуры.В качестве измерительного приборамогуд, например, использонаться автоматические микродзольтметрдд ца базе оддддокаддальддддх приборов серии КС 4с пределами ддзддерецддя 0-2 ЖО, О-ЖОО,0-1000 мкБ. Как дздддддо из фцг. 2 и 3цена ступени компенсации определяется пределом измерения измерительного црпбора и в случае применения мик-ронольтметрон ца приборах серии КС 4может быть равна 2 ЖО, ЖОО цли 1000 мкВПрн дзклдочедддддд программного регулятора 4 цн работу цачицаетсн разогрев объекта, что вызывает перемещение узларегистрации измерительного прибора1, а значит и жестко связанных сним Фотоэлементов Жпо программе 45первой ступени, Когда указатель измерительддого прибора 1 доходит доконечной отметки шкалы, Фотоэлемент8 оказывается на полонину затемненным и срабатывает пороговый элемент 5 О11, выходной сигнал которого черезэлемент И 23 ддоступает ца вход лрямого счета реверсивного счетчикацмпульсои 26, выходной код которогостановится эквивалентным единице и 55Формирователь уранцонешиваюдцего напряжения выдаат на своем выходе напряжение, равное одной ступени компенсации, Узел регистрации перемещается н начало шкалы и процесс разогрева объекта продолжается. Когдаузел доходит до конца шкалы, то Формируется импульс переключения наследующую ступень и т.д,На участках спада температуры приперемещении узла регистрации от кон- .ца шкалы к ддачалу, когда указательнаходится па начальной отметке шкалы, Фотоэлемент 7 оказывается на половицу затемненным, срабатывает пороговый элемент 10 и сигнал с его выхода через 1 злемент И 22 поступает навход обратного счета реверсивногосчетчика импульсов 26 и на выходе ФорФормиронателя уравновешивающего напряжения сидндл улде дывается на вели-чипу одной ступени компенсации, Такимобразом, каждый импульс по входу прямого счета реверсинного счетчика импульсов 26 увеличивает выходной сигнал формирователя уравцовешивадощегонапряжения 27 на величину ступеникомпенсации, а каждый импульс по входу обратного счета уменьшает выходнойсигнал ца величину ступени компенсаци. Для исклдоченця ударов и работерегулятора цри переключении ступенейкомпенсации но время перемещения узла регистрации измерительного прибора 1, сигнал с выхода элемента И 22цли элемента И 23 через элемент ИЛИНЕ 24 поступает на вход ждущего мультцвибратора 26. Ждущий мультивибратор2 Ж Формирует сигнал (Фиг. Ж) длительностью Т, Длительность сигнала Тдолжна быть больше времени перемещения узла регистрации измерительногоприбора через всю шкалу. Сигнал поступает на управляющий вход клдоча 19,который отключает выход дифференциального усилителя 18 от входа элементапамяти 20, исключая тем самьи ударн работе регулятора.Одновременно сигнал через элементПЕ 28 закрывает элементы И 22 и 23,которые не пропускают сигналы с пороговых элементов 10 или 11 на входыреверсивного счетчика импульсов 26ц 1 время ТОценим погрешность регулятора. Основной составляющей погрешности регулятора является абсолютная погрешность измерительного прибора 1, которая равнал АКдд" ф )10035 40 247где - абсолютная погрешность измерительного прибора;ДА - диапазон измерения (шкала)измерительного прибора;К - класс точности измерительного.прибора,Учитывая, что К является величиной, постоянной.для приборов однойсерии (напримерприборов серии КС 2,КС 4 и т.д.) и не зависит от диапазо на измерения, то абсолютная погрешность Д зависит только от диапазонаизмерения А А. Чем больше л А, тембольше абсолютная погрешность прибора.15Проведем сравнительный анализ основной составляющей погрешности регулятора (погрешности измерительногоприбора 1) прототипа и предложенногорегулятора для случая регулированиятемпературы в диапазоне 0-1600 С прииспользовании в качестве измерительного прибора, например, потенциометра КСП 4,Класс точности КСП 4; К = 0,525(ТУ 25-05,1290-78).Так как в известном устройствемы должны использовать потенциометрг. диапазоном измерения 01600 С,то его абсолютная погрешность составляет В предлагаемом регуляторе может быть использован прибор КСП 4 с диапазоном измерения 0-1 мВ, абсолютная погрешность которого 8408ста 9, так как в регуляторе можетбыть использован измерительный прибор с минимальным диапазоном измерения вне зависимости от пределов регулирования регулятора.Трехпозиционный релейный элемент16 может быть выполнен на двух ББтриггерах, двух элементах И и двухэлементах И-НЕ, как в известном устройстве,формирователь уравновешивающегонапряжения 27 может быть выполненна цифроаналоговом преобразователе.Для. удобства эксплуатации программного регулятора можно обеспечитьиндикацию порядкового номера ступени компенсации формирователем уравновешивающего напряжения 27 путемвведения дешифратора 32 и блока индикации 33. В частном случае порядковыйномер ступени может совпадать с ценойступеи компенсации, например .при цене ступени 1 мВ на блоке индикациивысвечивается выходной сигнал формирователя 27 уравновешивающего напря-,жения в мВ. Нетрудно перейти от кода порядкового номера на выходе реверсивного счетчика импульсов до индикации величины выходного сигналаформирователя уравновешивающего напряжения 27 при любой цене ступениквантования.Использование данного регуляторадля программного регулирования температуры электропечей позволяет резкоповысить качество регулирования температуры за счет постоянной работырегулятора вблизи рабочей точки программы. Формула изобретенияЕсли перевести абсолютную погрешность д из мВ в С согласно градуировочным таблицам пр ГОСТ 3044-77,то, например, для термоэлектрического преобразователя ТПП она составляет не более 7"С,Таким образом, в предлагаемомрегуляторе значительно повышаетсяточность за счет уменьшения основной составпяющей погрешности регулятора. Кроме того, точность регулятора повышается за счет увеличениячувствительности измерительного миПрограммный регулятор, содержащийдатчик параметра объекта регулирова ния, подключенный к измерительномуприбору, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, оптически связанных с программным задатчиком и .включенных в 50 смежные плечи измерительного моста,выходы которого соединены с первыми входами соответствующих переключателей и с входами соответствующих пороговых элементов, выходы которых под ключены к входам релейного трехпозицианного элемента, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих переключателей, вторые1247840 9 1 О тю р БО 0) о 0 трамма но лелеклюце ие слулснец кемлснсоццц мЮленц ксмленсаицц РРдфчае,8 мРлксм- з,Рс)Фиг 7 Ввц Составитель А, ИсправниковаРедактор И. СегляникТехред В.Кадар Корректор В,га Заказ 4124/ Подписноеого комитета СССРний и открытийаушская наб д. Тираж 836 ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж, роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна входы которых соединены с соответствующими выходами задатчика напряжения, формирователь закона регулирования, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности регулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулированияот диапазона регулирования, в неговведены третий и четвертый Фотоэлементы, оптически связанные с программным задатчиком, два элемента И, третий и четвертый пороговые элементы,элемент ИЛИ-НЕ, элемент НЕ, реверсивный счетчик, Формирователь уравновешивающего напряжения, ключ, ждущиймультивибратор, элемент памяти, дифференциальный усилитель, выходы третьего и четвертого фотоэлементов соответственно через третий и четвертыйпороговые элементы подключены к первым входам соответствующих элементов И, с вторыми входами которых соединен выход элемента НЕ, а выходы элементов И подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ и входам реверсивного счетчика, соединенного своими выходами свходами формирователя уравновешивающего напряжения, выход элемента ИЛИНЕ подключен к входу ждущего мультивибратора, выход которого соединен О с входом элемента НЕ и с управляющимвходом ключа, выход которого черезэлемент памяти подключен к входу формирователя закона регулирования, авход ключа соединен с выходом диффе5 ренциального усилителя, входы которого подключены к выходам соответствующих переключателей, а выходы формирователя уравновешивающего напряжения подключены в цепь датчиха параметра объекта регулирования.