Регулятор

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) (и) а) 4 С 05 В 11/26ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Харьковский ордена ТрудовогоКрасного Знамени институт радиоэлектроники им, акад. М.К,Янгеля(57) Изобретение относится к автоматизированным системам управлениятехнологическими процессами, Цельизобретения - повышение точности ре-.жима регулирования и уменьшение энергопотребления, Регулятор содержитпредварительный усилитель, блок .формирования управляющего сигнала и блокцепей исполнительных механизмов. Цельизобретения достигается тем, что вблок формирования управляющего сигнала введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепиразвязки, 5 з.п. ф-лы, 3 ил.094 11269Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электроннымтехническим средствам автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), и можетбыть использовано в качестве аналогового регулирующего блока в управляющих системах,.Цель изобретения - повьппение точности режима регулирования и уменьшение энергопотребления,На Фиг,1 приведена функциональнаясхема регулятора, на Фиг.2 и 3 - диаграммы режимов работы регулягора,Регулятор содержит предварительный 15усилитель 1, элемент 2 корректировкисигнала уставки Норма", элемент 3формирования режима "Верхний пределнормы", элемент 4 формирования режима"Нижний предел нормы , блок 5 цепей 20исполнительных механизмов, цепь 6корректировки транспортного запаздывания и первую и вторую цепи 7 и 8развязки,Элемент 2 корректировки сигнала 25уставки,"Норма" содержит резистор 9защиты и перестраиваемый потенциометр10,Первая (вторая) цепь 7 (8) развязки содержит первый 11 (12) и второй З 013 (14) раэвязывающие резисторы, операционный усилитель 15 (16), диод 17(18) и оптрон 19 (20).Цепь 6 корректировки транспортногозапаздывания содержит нормально зам-кнутый контакт 21, нормально разомк 35нутый контакт 22, резистор 23 и перестраиваемый потенциометр 24,Элемент 4 Формирования режимаНижний предел нормы" содержит нор 40малько замкнутый контакт 25, резис-.тор 26 и перестраиваемый потенциометр27. Элемент 3 формирования режима"Верхний предел нормы" содержит нормально замкнутый контакт 28, резис 45тор 29 и перестраиваемый потенциометр 30,Блок 5 цепей исполнительных механизмов содержит первый 31 и второй 32триоды, первое 33 и второе 34 реле,третий 35 и четвертый 36 диоды.Устройство работает следующим образом,С помощью цепи 2 при перестройке потенциометра 10 на инвертирующие входы операционных усилителей 15 и 16 через развязывающие резисторы 11 и 12 подается измеряемый уровень напряжения П (фиг,2), соответствующий уставке Норма. Однако фактический потенциал каждого из сигналов, присутствующих на инвертирующих входах усилителей 15 и 16 (в отсутствии сигнала на входе предварительного усилителя 1), определяется как алгебраическая сумма двух сигналов - сигнала Пч уставки "Норма" и сигналов, сформиро" ванных цепями 3 и 4 Формирования режимов 1 Верхний предел нормы и Нижний предел нормы" (П) и П соЭпответственно.Фактический уровень сигнала Пш на инвертирующем входе первого усилителя 15 выше уровня "Норма" П, так как, изменяя перестраиваемый потенциометр 30 цепи 3, добавляется некоторый уровень напряжения положительного знака П 8 к уже имеющемуся потенциалу П, при этом получается фактический сигнал на инвертирующем входе первого усилителя 15:+ П 8 н По 1 юрегулируемый потейциометром 30.Фактический уровень сигнала По на инвертирующем входе второго усилителя 16 ниже уровня "Норма" П 1, так как при изменении перестраиваемого потенциометра 27 элемента 4 на этот вход добавляется некоторый уровень напряжения отрицательного знака Пн, к уже имеющемуся потенциалу Пц, при этом получается Фактический сигнал на инвертирующем входе второго усилителя 16: Пй н"оя фрегулируемый потенциометром 27,ФИз-за наличия на входе устройства (входе предварительного усилителя 1, выполненного на базе инвертирующего включения операционного усилителя) входного сигнала, соответствующего идеальному состоянию контролируемого процесса П на выходе предварительного усилителя 1, появляется усиленный и инвертированный по фазе выход- ной сигнал -П . Пройдя через цепь 6ьх(в данном .случае масштабирующий резистор 23), этот сигнал -П" на выходе цепи 6 должен быть компенсирован по величине равным ему, но противоположным по знаку сигналом уставки "Норма", сформированным в цепи 2, так как из этого условия и выбирается уровень сигнала Норма (положение3 1269движка потенциометра 10), т,е.ю -ЦВходной сигнал 11на входе предварительного усилителя 1, компенсируяна выходе цепи 6 сигнал уставки "Норма", приводит к смещению уровней входных сигналов на инвертирующих входахпервого 15 и второго 16 операционныхусилителей на величину П в областьотрицательных значений (Фиг.3). В 10этом случае потенциал инвертирующеговхода первого усилителя 15 поло:кителен и равен Пв, а потенциал инвертирующего входа второго усилителя16 отрицателен и равен -11 д, Эти потенциалы приводят к тому, что диоды17 и 18 оказываются открытыми и имеющими малую величину внутреннего сопротивления, Указанные диоды образуютцепи отрицательных обратных связей, 20которыми охвачены первый 15 и второй16 усилители, которые включены попринципам инвертирующих усилителей,что обеспечивает малый коэффициентпередачи таких усилителей. В выходных 25цепях первого 15 и второго 16 усилителей протекают малые величины выходного тока, не вызывающие срабатываниеоптронов 19 и 20. Таким образом регулятор отключен от блока 5 цепей исполнительных механизмов,Описанное положение сохранится иво всехдругих случаях, пока входнойсигнал Б , приведенный к инвертирующим входам первого 15 и второго 16усилителей, не превысит по абсолютнойвеличине уровней Бя верхнего иОнижнего пределов нормы, т.е. неизменится знак фактического сигналана входе одного из усилителей 15 или 4016.Предположим, что на входе устройства сигнал 08 настолько возрос,что будучи приведенным к инвертирующему входу первого ОУ (при приведении 45знак этого сигнала меняется за счетпредварительного усилителя 1), он изменит знак фактического сигнала нартом входе на отрицательный (второйОУ при таком изменении входного сигнала только еще сильней подзапрется).50 В этом случае закрывается диод 17, резко возрастает коэффициент передачи первого усилителя 15 и его выходной ток обеспечивает срабатывание оптро на 19, который открывает триод 31, включив, тем самым, цепи первого реле 33, При этом нормально замкнутые 094контакты 28 этого реле размыкаются, отключая от инвертирующего входа первого усилителя 15 цепь 3 формирования режима "Верхний предел нормы" контролируемого параметра, нормально замкнутые контакты 2,размыкаются, увеличивая резистивность цепи 6, уменьшая тем самым коэффициент передачи цепи б для входного сигнала, группы нормально разомкнутых контактов первого реле 33 могут быть использованы для включения силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов, причем исполнительные механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, Ътобы добиться вновь запирания первого усилителя 15. Этот усилитель закрывается в том случае, когда открывается диод 17, т,е. когдасигнал на инвертирующем входе первого усилителя 15 станет чуть полокительным. В процессе регулирования уменьшается уровень сигнала 11,причем этот сигнал будучи приведенным к инвертирующему входу первого усилителя 15 сравнивается только с напряжением уровня уставки "Норма" элемента 2, так как элемент 3 формирования режима "Верхний предел нормы" контролируемого параметра в этом режиме отключен от инвертирующего входа первого усилителя 15 разомкнутой парой контактов 28 первого реле 33.Этим о 5 еспечивается высокая точность регулирования, так как управляющий сигнал выводит контролируемый параметр на уровень, соответствующий идеальному состоянию системы Норма", а не просто в зону нормы, как таковую. Учитывая то, что регулирование осуществляется в реальном масштабе времени, причем на формирование управляющего сигнала требуется определенный отрезок времени, а также учитывая определенную инерционность исполнительных механизмов в системе, получается, что управляющее воздействие несколько отстает по времени от того состояния, анализируя которое и вырабатывается этот управляющий сигнал. Это запаздывание называют транспортным, Поэтому для избежания перерегулирования в системе целесообразно прекратить выработку управляю- щего сигнала регулятором несколько раньше того времени, когда сравняются сигналы уставкиНорма" и сигнал на5 1269выходе цепи 6 корректировки транспортного запаздывания. Это небольшоеопережение и достигается тем, чтоуменьшая коэффициечт передачи .цепи 6путем размыкания контактов 21 пары,принадлежащей группе нормально замкнутых контактов первого 33 реле блокаФ5 .исполнительных механизмов, как быуменьшают абсолютное значение выходного сигнала цепи 6, приближая его к 1 Озйачению П напряжения уставки "Норма", уменьшая время достижения выход"ным сигналом цепи б уровня напряженияУ. уставки Норма" и вызывая тем самым некоторое опережение в отключении 15силовых цепей блока 5 исполнительныхмеханизмов.В момент пересечения выходным сигналом цепи 6 уровня напряжения Ууставки "Норма" происходит отпирание 20диода 1.7, фактическое запирание первого усилителя 15, размыкание цепипервого оптрона 19, запирание триода31 и приведение первого реле 33 внормальное состояние, характеризуемое 25замыканием пар контактов 21 и 28 иобесточиванием, силовых цепей блока 5исполнительных механизмов,Предположим, что регулируемый процесс характеризуется таким уровнемсигнала Уна входе предварительного усилителя, что будучи приведеннымк инвертирующему входу второго усилителя 16 (при приведении знак этогосигнала меняется за счет предвари 35тельного усилителя 1), он изменяетзнак фактического сигнала на этомвходе на положительный (первый усилитель 15 при этом только еще сильнейподзапрется). В этом случае. запирает 40ся второй диод 18, резко возрастаеткоэффициент передачи второго усилителя 16 и его выходной ток обеспечивает срабатывание второго оптрона 20,фототранзистор этого оптрона открыва 45ет триод 32, включив цепи второгореле 34,При этом нормально замкнутые контакты 25 этого реле размыкаются, отключая от инвертирующего входа второго усилителя 16 и цепь элемента 4 формирования режима "Нижний предел нормы" контролируемого параметра, нормально разомкнутые контакты 22 замыкаются, увеличивая тем самым коэффициент передачи (за счет уменьшения его сопротивления) звена 6 для вход 094ного сигнала.: другие группы нормально разомкнутых контактов второго реле 34 могут быть использованы для включения силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов, причем исполнительные. механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, чтобы добиться вновь запирания второго усилителя 16. Этот усилитель закрывается, когда открывается диод 18, т.е. когда сигнал на инвертирующем входе второго усилителя 16 становится чуть отрицательным.В процессе регулирования сигнал Ц , будучи приведенным к инвертирующему входу второго усилителя 16, сравнивается только с напряжением уставки "Норма", так как элемент 4 формирования режима "Нижний предел нормы" контролируемого параметра в этом режиме отключен от инвертирующего входа второго усилителя 16 разомкнутой парой контактов 25 второго реле 34.Действие цепи 6 корректировки транспортного запаздывания в этом режиме направлено на то,.чтобы, как и в предыдущем режиме, несколько приблизить абсолютную величину выходного сигнала цепи б к уровню уставки "Норма". Так как в этом режиме входной сигнал цепи б находится в зоне более низкой, чем "Нижний предел нормы", то для приближения его по абсолютной величине к уровню уставки Норма эту абсолютную величину необходимо несколько увеличить, Это и достигается тем, что при срабатывании второго реле 34 одна из его пар 22 нормально разомкнутых контактов замыкаясь обеспечивает уменьшение сопротивления цепи 6 коррекции транспортного запаздывания за счет того, что часть резистивности корректирующего котенциометра 24 включается параллельно масштабирующему резистору 23, обеспечивая увеличение коэффициента передачи звена 6 корректировки транспортного запаздывания. Время, когда абсолютная величина выходного сигнала цепи 6 корректировки транспортного запаздывания достигнет уровня Б , уставки "Норма" несколько уменьшается, вызывая и некоторое опережение в отключении силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов,При запирании второго усилителя1.6 и разрыве цепи оптрона 20 реле 34приходит в состояние, когда нормаль 7 1269 но разомкнутые пары контактов выключают силовые цепи блока 5 исполнительных механизмов, пара нормально разомкнутых контактов 22 отключает корректирующий потенциометр 24 в цепи 6 корректировки транспортного запаздывания, а нормально замкнутые контакты 25 подключают к инвертирующему входу второго усилителя 16 цепь 4 формирования режима "Нижний предел нормы" контролируемого параметра.Формула из обретения1. Регулятор, содержащий предварительный усилитель, элемент корректи ровки сигналауставки Норма, элемент формирования режима "Верхний предел нормы", элемент формирования режима "Нижний предел нормы" и блок цепей исполнительных механизмов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения энергопотребления, в него введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепи развязки, пер выми входами соединенные с выходом .: цепи корректировки транспортного запаздывания и входом элемента корректировки сигнала уставки "Норма", вторые входы цепей развязки соединены ЗО соответственно с выходами элементов формирования режима "Верхний предел нормы" и "Нижний предел нормы", выходы - с соответствующими входами блока цепей исполнительных механизмов, авыход предварительного усилителя соединен с входом цепи корректировки транспортного запаздывания,2. Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что элемент корректировки сигнала уставки "Норма" содержит резистор защиты и перестраиваемый потенциометр, скользящий контакт которого соединен с выходом резистора 45 защиты, а другие два контакта, соединены соответственно с источником питания и общей шиной, .а вход резистора защиты подключен к входу элемента корректировки сигнала уставки "Норма",094З.Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что цепь развязкисодержит два развязывающих резистора,операционный усилитель, диод и оптрон, подключенный входом через первый развяэывающий резистор к выходуоперационного усилителя, ипвертирующий вход которого через второй развяэывающий резистор подключен к входуцепи развязки и через прямосмещенныйдиод - к выходу операционного усилителя, а выход оптрона подключен к выходу цепи развязки,4. Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что цепь корректировки транспортного запаздывания содержит нормально замкнутый контакт инормально разомкнутый контакт, резистор и перестраиваемый потенциометр,причем первая клемма нормально разомкнутого контакта соединена с входом цепи корректировки транспортногозапаздывания и через резистор соскользящим контактом перестраиваемогопотенциометра и первой клеммой нормально замкнутого контакта, втораяклемма которого подключена к выходуцепи корректировки транспортного за-паздывания и через потенциометр квторой клемме нормально размокнутогоконтакта.5, Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что элемент формирования режима "Нижний предел нормы"содержит последовательно соединенныенормально замкнутый контакт, резистори перестраиваемый потенциометр, причем вторая клемма нормально замкнутого контакта подключена к выходу элемента формирования режима "Нижнийпредел нормы",6. Регулятор по п,1, ол и ч аю щ и й с я тем,что блок цепей исполнительных механизмов содержит двецепи, каждая из которых содержит триод, в коллекторную цепь котороговключено реле, зашунтированное диодом, а база триода подключена к входублока цепей исполнительных механизмов.