Позиционный регулятор для систем с запаздыванием

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН би 4 С 05 В 11 ИЗОБРЕТЕН ПИС СВИДЕТЕЛЬСТ АВТОРСК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) Авторское свидетельство СССР В 1283711, кл. С 05 В 11/26, 1985.Авторское свидетельство СССР В 1105859, кл. С 05 В 11/26, 1982..Авторское свидетельство СССР 9 1259208, кп. С 05 В 11/18, 1984. (54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ(57) Изобретение относится к области химической и теплоэнергетической техники и может бьггь использовано при регулировании температуры конечногопродукта в различного рода смесителях. Целью изобретенйя является повышение точности регулятора, котороедостигается за счет введения в регулятор двух реле времени, выполненныхна счетчиках импульсов, которые обеспечивают в регуляторе автоколебательный установившийся режим за счетформирования корректирующих воздействий, не зависящих от динамическиххарактеристик системы управления,формирование корректирующих воздействий начинается сразу после первойполуволны колебательного переходногопроцесса. 3 ил.Изобретение относится к химическойи теплоэнергетической технике и может быть использовано при регулировании температуры конечного продуктав различного рода системах.Целью изобретения является повышение точности регулятора.На фиг, 1 приведена принципиальная схема регулятора; на фиг, 2 и 3 - 10эпюры сигналов, иллюстрирующие работурегулятора.Устройство содержит эадатчик 1,блок 2 сравнения, релейный блок 3,первый и второй формирователи 4, 5 15импульсов, второй и первый КБ-триггеры 6, 7, первый и второй генераторы8, 9 импульсов, первый и второй счетчики 10, 11 импульсов, первый и второй элементы И 12, 13, первый - третий элементы ИЛИ 14 - 16, первый ивторой усилители 17, 18 мощности,исполнительный механизм 19, конденсатор 20, обмотки 21, 22 управления исполнительного механизма 19, якорь 23 25исполнительного механизма 19, датчик24, первый и второй входы ".Питание"25, 26 регулятора.На фиг. 2 и 3 обозначены: Б - напряжение питания; П;- выходной сигнал. 30д-гоблока регулятора, 1, и- вьдержки времени,В качестве формирователей импульсов могут быть использованы одновибраторы. Триггеры, элементы И, ИЛИ,а также одновибраторы, генераторыимпульсов и счетчики импульсов могутбыть реализованы на интегральных микросхемах, специально предназначенныхдля выполнения функций укаэанных элементов.Регулятор работает следующим образом.формирователи 4, 5 импульсов настроены на срабатывание соответственно 45 по заднему и переднему фронту. Подключение напряжения питания 9 к первой обмотке 21 управления механизма 19 обеспечивает увеличение регулируемого параметра (фиг. 2). На вход регулятора поступает сигнал П с выхода датчика 24. Этот сигнал поступает на первый вход блока 2 сравнения, на второй вход которого поступает выходной сигнал задатчика 1. Сигнал рас.55 согласования Б , равный разности меж" ду заданным Б, и текущим Н значениями регулируемого параметра, поступает на вход релейного блока 3. В зависимости от знака сигнала рассогласования Н на выходах позиционного блока 3 всегда присутствует сигнал 0 положительного уровня или П нуз левого уровня).Дальнейшую работу регулятора рас- смотрим на примере, когда объект управления можно характеризовать безы" нерционным усилительным звеном. Такой пример соответствует системам регулирования температуры на основе смещения двух теплоносителей с различной температурой, различным системам регулирования расхода и т,д. Предположим, что в начальный момент отработки управляющего или возмущающего воздействия значение регулируемого параметра ниже заданного значения. В этом случае на выходе позиционного блока 3 формируется кусочно-постоянный сигнал положительной полярности, В момент формирования сигнала Пз положительной полярности по переднему фронту запускается формирователь 5 импульсов и на его выходе появляется импульс, который обнуляет счетчики 10, 11 импульсов .и переводит КБ-триггер 6 в нулевое состояние а КБ-триггер 7 в едиЭ(яичное состояние. Сигнал 0 т с прямого выхода КБ-триггера 7 замыкает усилитель 17 мощности, а сигнал ц с инверсного выхода размыкает усилитель 18 мощности. В результате напряжение питания 0 поступает на первую обмотку 21 управления исполнительного механизма 19 и начинается его перемещение в противоположном направлении, обеспечивающее увеличение регулируе" мого параметра,на выходе объекта.При наличии в системе запаздывания информация,об этом на вход регулятора поступает с задержкой, равной времени запаздывания. На фиг. 2 пунктирной линией изображен процесс изменения параметра на выходе объекта, а сплошной - на входе регулятора в предположении, что запаздывание включено между выходом объекта и входом регулятора. В момент времени, когда значение сигнала П становится равным значению сигнала 01 (точка А, на фиг, 2), происходит изменение состояния позиционного блока 3. Значение сигнала П становится равным нулю, и по заднему фронту запускается Формирователь 4 импульсов. Сигнал с вы. хода формирователя 4 импульсов пере. водит КБ-триггер 6 в единичное сос 314169 тояние, а КБ-триггер 7 - в нулевое - состояние. Сигналы 1. и У с выходовгКБ-триггера 7 замыкают усилитель 18 мощности и размыкают усилитель 17 мощности, осуществляя переключение пита.5 ющего напряжения на вторую обмотку 22 управления исполнительного механизма 19. Одновременно сигналы с прямого выхода КБ-триггера 6 и с инверс ного выхода КБ-.триггераразрешают прохождение импульсов с выхода генератора 8 импульсов через третий вход элемента И 12 на информационный вход счетчика 10 импульсов. По истечении времени , происходит переполнение счетчика 10 импульсов и на его выходе вь 1 рабатывается импульс, который переводит КБ-триггер 7 в единичное состояние, осуществляя тем самым переключение питающего напряжения У иа первую обмотку 21 упоавления исполнительного механизма 19. Одновременно сигналы с прямых выходов КБ- триггеров 6 и 7 разрешают прохождение импульсов с выхода генератора 9 Импульсов через третий вход элемента И 13 на информационный вход счетчика 11 импульсов, а сигнал с инверсного выхода КБ-триггера 7 запрещает дрохождение импульсов с выхода генератора 8 импульсов на информационный вход счетчика 10 импульсов, По истечении времени , равного времени заполнения емкости счетчика импульсов 11 импульсами с выхода генератора 9 импульсов, на выходе счетчика 11 импульсов вырабатывается импульс, который через, вторые входы элементов ИЛИ 14 ,15 переводит КБ-триггеры 6 и 7 в40 нулевое состояние, тем самым запрещая дальнейший счет импульсов счетчиками 10, 11 импульсов и переключая напряжение питания вновь на вторую обмотку 22 управления исполнительного механизма 19, чем обеспечивает снижение45 регулируемого параметра. Снижение регулируемого параметра происходит до момента времени, когда вновь произойдет изменение состояния позиционного элемента 3 (точка А на фиг. 2), пос О ле чего в регуляторе устанавливается автоколебательный процесс,Обеспечение наибольшей точности регулирования в установившемся режиме 5 достигается настройкой регулятора следующим образом.Выдержки времени С, и , по истечении которых происходит переполнение 344счетчиков 10, 11 импульсов, выоираются такими, чтобы изменение регулиру". емого параметра в интервал времени между выработкой импульсов счетчиками 10, 11 импульсов (началом и концом корректирующего воздействия) и в интервал времени между выработкой импульса счетчиком 11 импульсов (конец корректирующего воздействия) и последующим срабатыванием позиционного блока 3 происходило симметрично относительно заданного значения и на .одинаковые значения амплитуд. Осуществление корректирующего воздействия при обеспечении указанных условий соответствует тому, что сигналы на входе регулятора с запаздыванием Г, повторяя изменение регулируемого параметра во время корректирующего воздействия, осуществляют выработку управляющих воздействий, которые, в свою очередь, изменяют регулируемый параметр, как и при корректирующем воздействии, на равные значения амплитуд и симметрично относительно заданного значения. В дальнейшем процесс повторяется и в регуляторе устанавливается автоколебательный процесс с параметрами корректирующего воздействия (точки А и А на фиг. 2), соответствующими пятикратному снижению амплитуды отклонения регулируемого параметра от заданного значения, т.е. пятикратному увеличению динамической точности при абсолютно статической точности. Следует отметить, что даль" нейшая работа регулятора происходит без корректирующих воздействий, т,е. без сигналов управления, вырабатываемых регулятором в интервалы времени между срабатываниями позиционного бло" ка 3. Это происходит потому, что при установившемся автоколебательном процессе интервал времени между срабатываниями позиционного блока 3 становится меньше времени Со, необходимого на заполнение счетчика 10 импульсов и выработки импульса на начало корректирующего воздействия.Если в результате возмущающего воздействия или при изменении заданного значения (уставки) процесс выйдет иэ установившегося состояния (на фиг.2 пунктиром показан перенос осей координат при изменении заданного значения Пв момент времени, соответствующий точке Аэ), то новое корректирующее воздействие установит в регу34 5 14169 ляторе аналогичный установившийся автоколебательный процесс.Работа регулятора в другом режиме происходит аналогичным образом. Однако настройка схемы произведена таким образом, что срабатывание формирователей 4, 5 импульсов осуществляется соответственно по переднему и заднему фронту, а подключение питания П к первой обмотке 21 управления исполнительного механизма 19 обеспечивает снижение регулируемого параметра (фиг. 3), В связи с этим отсчет времени на начало корректирующего воздей 15 ствия происходит при смене знака сигнала рассогласования с отрицательного на положительный (точка А 7 на фиг.Э). Процесс регулирования при отработке задающего воздействия из положения, когда значение регулируемого параметра меньше заданного значения и при настройке регулятора в соответствии с фиг, 3 происходит аналогично, с тем отличием, что в начальный период 25 несколько увеличивается время регулирования из-за наличия других начальных условий. В этом случае переходный процесс имеет вид, представленный на фиг. Э, а установившийся автоколебательный процесс характеризуется теми же параметрами (точки А, и Аю). Наличие начальных условий, увеличивающих время регулирования в начальный период, характерно и для35 регулятора, настроенного в соответствии с фиг. 2, в случае отработки задающего воздействия из положения, при котором значение регулируемого параметра больше, чем заданное значе ние. Выбор вариантов настройки регулятора (в соответствии с фиг. 2 или 3) не имеет решающего значения, т,к. эффект от использования регулятора абсолютно идентичен для обоих вариан-, тов настройки.Указанные отличительные особенности позволяют в пять раз повысить ди" намическую точность и практически обеспечить абсолютную статическую точ"50 ность по сравнению с известными техническими решениями. Формула изобретения Позиционный регулятор для систем сзапаздыванием, содержащий первый,второй и третий элементы ИЛИ, первыйформирователь импульсов, первый КЮтриггер, соединенный инверсным и прямым выходами с первыми входами соответственно первого и второго элементов И, первый и второй ключевые усилители мощности, подключенные информационными входами к первому входу"Питание" регулятора, а выходами -соответственно к первому и второмувходам исполнительного механизма, подключенного третьим входом к второмувходу "Питание" регулятора, датчики задатчик, соединенные выходами ссоответствующими входами блока сравнения, подключенного выходом к входурелейного блока, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительноустановлены первый и второй генераторы импульсов, второй КБ-триггер, первый и второй счетчики импульсов и второй формирователь импульсов, соединенный входом с выходом релейного блокаи с входом второго формирователя импульсов, а выходом - с первым входомтретьего элемента ИЛИ, с обнуляющимивходами первого и второго счетчиковимпульсов и с первым входом первогоэлемента ИЛИ, подключенного вторымвходом к выходу второго счетчика импульсов и к первому входу второгоэлемента ИЛИ, а выходом - к К-входувторого КБ-триггера, соединенногоБ-входом с выходом первого формирователя импульсов и с вторым входом второго элемента ИЛИ, а прямым выходомс вторым выходом второго элемента Ии с вторым входом первого элемента И,подключенного третьим входом к выходупервого генератора импульсов, а выходом - к информационному входу первого счетчика импульсов, соединенноговыходом с вторым входом третьего элемента ИЛИ, подключенного выходом кБ-входу второго КБ-триггера, соединенного К-входом с выходом второго элемента ИЛИ, а прямым и инверсным выходами с управляющими входами соответственно первого и второго ключевыхусилителей мощности, третий вход второго элемента И подключен к выходувторого генератора импульсов, а выход -к информационному входу второго счетчика импульсов, 14169341416934 и Составитель Г. НефедовТехред А.Кравчук . орректор Л. Гяско Редактор М. Цитки 866венного комитета С ретений и открытиК 5, Раушская наб.,одписно каз 4063/44 Тираж Государс елам изо сква, Женно-нолиграфическо зво ВНИИПИ по д 113035, Мо