Регулятор с релейной характеристикой

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИХ ПУБЛИК 143245 2(51) 4 В 11 ЗОБРЕТЕНИЯ ОП ИДЕТЕЛЬСТВУ ВТОРСКО кий 97 б,АКТЕРИ тепло Целью управле е до моментарегулируемойьного значени емени прременной3 ил. ие точнодержить-орган хожде экстр Фей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(57) Изобретение относитсяэнергетической и химическойке и может найти применениегулировании диаметра кабеляизобретения является повышести регулятора. Регулятор синдикатор 1 экстремумов, ну 2, релейный блок 3, сумматор 4, блоки 5 и 6 выделения модуля, компаратор 7, ключи 8-10, усилители 11 и 12,элементы запоминания максимума 13и минимума 14, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость18, элеменгы сравнения 19,27,22,23,25 и дроссели 20,21,26,24, Регуляторработает как дискретно-непрерывный.При этом процесс регулирования разбивается на два этапа: на первом,когда ХФ ХХ М 1 7 О, осуществляется релейное управление и величинауправляющего воздействия пропорциональна (Х - Х ), на втором этапе, когдаМ 1 60, осуществляется непрерывноеХЭ К, К 1) К 2,- постоянные коэффициенты,Известный регулятор является релейным регулятором с отрицательным гистерезисом, т.е. его переключения происходят с опережением по отноше" нию к сигналу задания или с "недо- ходом" регулируемой переменной до Изобретение относится к теплоэнергетической и химической технике, может найти широкое применение при регулировании диаметра кабеля и является усовершенствованием регуляторапо авт, св. 9 631864.Цель изобретения - повышение точности регулятора.На фиг. 1 показана структурнаясхема регулятора; на фиг. 2 - эпюрысигналов, поясняющих работу регулятора; на фиг. 3 - принципиальнаясхема регулятора.Регулятор содержит индикатор5экстремумов, нуль-орган 2, релейныйблок 3, сумматор 4, первый 5 и второй 6 блоки выделения модуля, компаратор 7, первый 8, второй 9 и третий10 ключи, первый 11 и второй 12 усилители, элемент 13 запоминания максимума, элемент 14 запоминания минимума, усилители-повторители 15 и 16,реле 7, пневиоемкость 18, элемент19 сравнения, дроссели 20 и 21, элементы 22 и 23 сравнения, дроссель 24,элемент 25 сравнения, дроссель 26,элемент 27 сравнения, первый 28 ивторой 29 входы и выход 30 регулято.ра, точки 31 - 41 на эпюрах сигналов.На фиг. 2 приняты обозначения:Х, - сигнал задания; Х - текущеезначение регулируемой переменной;У - выходной сигнал регулятора; Р - 35сигналы смещения,В регуляторе реализуется алгоритм задания Поэтому, хотя в нем и отсутствуют датчики производных, в.системе регулирования, содержащей такой регулятор, достигается эффект,подобный тому, как если бы такиедатчики в системе были,В предлагаемом регуляторе этосвойство сохраняется, Но дополнительно в нем обеспечивается автоматическое изменение величины "полки" реле,т.е, величина его выходного сигналаменяется пропорционально разностисигнала задания и экстремальногозначения регулируемой переменной,Релейное управление позволяет реализовать предельно возможные по показателям качества характеристики процесса регулирования, естественно, сучетом ограничений на допустимыеотклонения регулируемой переменнойи амплитуды управляющего воздействия, В результате в системе с данным регулятором уменьшается величинадинаиической ошибки по сравнению ссистемами, содержащими линейный регулятор. В связи с тем, что величинарелейного управляющего воздействияесть величина переменная (уменьшается с уменьшением максимального помодулю отклонения регулируемой координаты от задания), то это приводитк устранению автоколебаний в системе,Кроме того, введение в релейныйрегулятор корректирующего блока спропорциональной (или ГИ, ПИД и т.д.)характеристикой обеспечивает необходимую точность регулятора в статическом режиме работы, а также работоспособность регулятора в условияхдействия возмущений.Сущность работы алгоритма поясняется фиг, 2, на которой показанывозможные изменения сигнала заданияХ, и регулируемой переменной Х и со -ответствующие им изменения выходного сигнала У регулятора. Тогда научастке до точки 31 выходной сигнал Уравен У = К(Х, - Х ) = КХ так какХ,= Х(О) = О. Положение точки 31 определяется настройкой коэффициента1 в точке 31 М = (1 - Г)Х- Х - "О.На участке от точки 3 до точки 32У = - КХа, так как МО. На участке отточки 32 до точки 33 У. = -К Х - Х ,а на участке от точки 33 до точки 341" = +К Ха- Хси т,д, Л на участках от точки 39 до точки 40 и от точки 40 до точки 4 У = К (Х, - Х), таккак на этих участках М = (Х- Х 1 -Х, - Х 1),4 О,Таким образом, регулятор работаеткак дискретно-непрерывный, При этомпроцесс регулирования разбивается на5,два этапа: на первом, когда Х Х Хи М 1О, осуществляется релейное управление, и величина управляющеговоздействия пропорциональна Х - Х 1; 10на втором этапе, когда М 1О, осуществляется непрерывное управление домомента времени прохождения регулируемой переменной Х экстремальногозначения. 5На фиг. 1 и 3 приведен примерконкретного выполнения регулятора напневматических элементах УСЭППА.Нуль-орган 2 (фиг. 1) осуществляетсравнение двух сигналов. На его прямой вход поступает сигнал (1 - у)ХО++ т Х , а на инверсный - регулируемая переменная Х, Первый сигнал формирует сумматор 4, на первый входкоторого подается сигнал Х, а на 25второй - экстремальное значение регулируемой переменной Х. Релейныйблок 3 осуществляет комяутацию двухсигналов Х , и Хна свой выходмас мцнпо сигналу с выхода индикатора 1 экстремумов, Первый 8 и второй 9 ключиосуществляют коммутацию своего входного сигнала на свой выход таким образом, что при наличии единичногоуправляющего сигнала с выхода нульоргана 2 первый ключ 8 открыт, второй. 35ключ 9 закрыт, а при его отсутствиипервый ключ 8 закрыт, второй ключ 9открыт, Третий ключ 10 работает поаналогии с релейным блоком 3, пропуская на свой выход либо сигнал с выхода усилителя 11, либо. с выхода корректирующего блока 12 по сигналу свыхода компаратора 7, Последнийосуществляет сравнение двух сигналов и формирует на своем выходе сигнал 1 или 0 в зависимости от реп и 11 изультата сравнения. Индикатор 1 экстремумов осуществляет запоминание напервом и втором выходах либо сигнала Х, , либо сигнала Хи формирование на своем третьем выходе дискретного сигнала "0" или , Приэтом, если появляется сигнал Х ,он запоминается. При этом дискретныйсигнал равен "1", а на втором релейном выходе действует текущее значениерегулируемой переменной Х, Если сигнал Х = Х , то этот сигнал запоминается на втором выходе индикатора 1экстремумов, при этом дискретныйсигнал равен 0", а на первом выходесигнал становится равным текущемузначению регулируемой переменной Х,На фиг. 3 в развернутом виде показан индикатор 1 экстремумов, блоки5 и б выделения модулей, Индикатор 1экстремумов содержит элемент 3 запоминания максимума, элемент 14 запоминания минимума, усилители-повторители 15 и 16, реле 17, пневмоемкость 18 и элемент 19 сравнения, Придостижении регулируемой переменнойХ значения Х,сс (или Х,нн) элемент19 сравнения срабатывает, переключаяреле 17. Это приводит одновременнок запоминанию сигнала Хв элементе 13 запоминания максимума (еслидо этого сигнал Х = Х ) и коммутации сигнала Хнв отрицательную камеру элемента 19 сравнения, или, наоборот, запоминанию сигнала Х, вэлементе 14 запоминания минимума (если до этого сигнал Х =. Х , ) и коммутации сигнала Х , в отрицательнуюкамеру элемента 1 9 сравнения, Блоки5 и 6 выделения модуля разностидвух сигналов содержат дроссели 24 и26 и элементы 25 и 27 сравнения,В качестве корректирующего блока2 используется усилитель разностидвух сигналов, образованный дросселем 21 и элементом 23 сравнения.В усилитель 11 и в корректирующийблок 2 введены сигналы смещения Р,поскольку в,пневмоавтоматике нетотрицательных сигналов,Работу регулятора рассмотрим впредположении, что регулируемая переменная Х меняется так, как пока-зано на фиг. 2.При включении регулятора в работуна выходе элемента 19 сравнения формируется сигнал "1", так как регулируемая переменная Х, заведенная в1положительную камеру элемента 19сравнения, больще сигнала в отрицательной камере этого элемента, Выходной сигнал элемента 19 сравнениязакрывает нижний контакт реле 17 иоткрывает его верхний контакт, чтоприводит к запоминанию сигнала навыходе усилителя-повторителя 16,Этот сигнал через открытый нижнийконтакт релейного блока 3 проходитна вход сумматора 4, на выходе которого устанавливается сигнал (1-т)Х, 5Этот сигнал поступает на инверсныйвход нуль-органа 2, на выходе которого формируется сигнал "1",Выходной сигнал нуль-органа 2 пе 5реключает первый 8 и второй 9 ключитак, что на прямой вход усилителя11 проходит сигналХ - Х, с выхода элемента 6 выделения модуля. Выходной сигнал усилителя 11 через тре- Отий ключ 10 проходит на выход регулятора 30, Второй информационныйвход ключа 10 коммутируется с еговыходом, так как выходной сигналкомпаратора 7 равен "0", посколькувыходной сигнал второго блока 6 выделения модуля, равный Х- Х;,больше выходного сигнала первогоблока 5 выделения модуля, Если этоне так, выходной сигнал компаратора7 переключает третий ключ 10 и навыход регулятора 30 проходит сигналс выхода усилителя 12.В точке 31 (фиг. 2) срабатываетнуль-орган 2, так как сигнал на выходе сумматора 4 становится равнымрегулируемой переменной Х, Это приводит к переключению первого 8 ивторого 9. ключей и подаче выходногосигнала второго блока 6 выделениямодуля на инверсный вход усилителя11. В точке 32 (фиг, 2) изменяетсявыходной сигнал второго блока 6 выделения модуля, что приводит к изменению уровня выходного сигнала регу 35,пятора. В точке 33 вновь срабатываетнуль-орган 2, и цикл работы регулятора повторяется. В точке 36 (фиг, 2)выходной сигнал первого блока 5 выделения модуля становится больше вы 40ходного сигнала второго блока 6 выделения модуля. На выходе компаратора 7появляется сигнал "1", переключающийтретий ключ 10, и к выходу регулятора 30 подключается выход ксрректиру 45ющего блока 12. Далее цикл повторяется, начиная с точки 37 (фиг. 2). дания экстремум переменной появлялся в сг(рестнссти заданияПредельные возможности предлагаемого регулятора по уменьшению динамической ошибки реализуются в системе с линейным объектом второго порядка при его переводе из заданного стабилизированного состояния в предписанное стабилизированное конечное состояние, В этом случае время регулирования С = Т, где Т - минимально возможное время регулирования при максимальном, из области допустимых, отклонении регулируемой ксординаты от сигнала задания Х с учетом ограничения на управление.Предлагаемый регулятор в системах с объектом высокого порядка является "грубым" как к параметрическим, так и сигнальным возмущениям. Это свойство обеспечивается о:,гтсматическим изменением эоны гистерезиса и величины управляющего воздействия,На протяжении всего управления регулятор работает как релейный. Выход корректиоующего блока 2 подключается к выходу регулятора 30 лишь в конце управления, когда Х = - Х = Х, либо когда движение начинается из точки Х = Хо= Х, Выбор типа корректирующего блока 12 (П-или ПИ- блокобусловлен типом объекта (если объект статический - корректирующий блок 12 имеет ПИ-характеристику, если астатический - корректирующий блок 12 - П-характеристику) и связан с ликвидацией статической ошибки при действии воэмушений как со стороны задания так и со стороны нагрузки.Использование предлагаемого регулятора взамен стандартных типовых пропорциональных и ПИ-регуляторов позволит получить экономический эффект в народном хозяйстве за счет увеличения точности регулирования, Коэффициент К усилителя 1 выбирают так, чтобы величина управляющего воздействия при максимальном из об 50 ласти допустимых отклоненийХ - -Х равнялась своему предельно допустимому значению (в реальной системе всегда имеет местс ограничение на величину управляющего воздействия), Ксэффггциент у выбирагот так, чтобыпри максимальном из области допустимых отклонений переменной от заФормула изобретения Регулятор с релейной характеристикой по авт. св, Р 631864, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в нем дополнительно установлены первый н в:горой блоки выделения модуля, усилитель, корректирующий блок и первый, второй, и третий ключи, причем вьгхсд нульсргана подключен к выходу регуляторачерез переход Управляющий входвыход первого ключа, инверсный входвыход первого усилителя и первый информационный вход - выход третьегоключа" и через переход "Управляющийвход - выход второго ключа, прямойвход - выход второго ключа, прямойвход - выход первого усилителя ипервый информационный вход - выходтретьего ключа", первый вход регулятора соединен с инверсными входамикорректирующе."о блока и первого блок выделения модуля, второй вход регулятора подключен к прямым входам 1 432456корректирующего блока и первого и второго блоков выцеления модуля, выход релейного блока соединен с ин 5версным входом второго блока выделения модуля, выходом подключенного к информационным входам первого и второго ключей и к опорному входу компаратора, информационным входом 10 подключенного к выходу первого блокавыделения модуля, а выходом - к управляющему входу третьего ключа, вторым информационным входом соединенного с выходом корректирующего бло ка.1432456 оставитель Г. Нефедоваехред Л.Сердюкова Корректор В, Романенко Козориз Редакт аз 543839 зводственно-полиграфическое предприя ВПИИПИ по д 13035, МоТираж 866 сударственногоам изобретенийва, Ж, Раушс Подписное омитета СССР открытий ая наб., д, 4