Устройство для моделирования вентилятора

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ 1 ННТ СССР 1(71) Донецкий политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР942060, кл. С 06 С 7/48, 1978.Ефремов С.С, Разработка и исследование математической модели регулируемого вентилятора как объекта управления, УкрНИИНТИ,61, Ук Д, 1983.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯВЕНТИЛЯТОРА(57) Изобретение относится к аналоИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может .быть использовано для построенияаналоговых электрических моделейвентиляторов, применяемых в системахавтоматизированного управления проветриванием (САУП) для подачи воздуха в шахту.Цель изобретения " повьппение точности,На фиг.1 показана структурная схема устройства; на фиг.2 - функциональная схема интегросумматоров;на фиг.3 семейство, напорных характеристикНЯ,сд) вентилятора, работающего нааэродинамическую нагрузку Н(Ц,ФО); на .фиг.4 - графики зависимостей А(сд),2говой вычислительной технике и может быть использовано для моделирования регулируемых на ходу вентиляторов как объектов автоматического управления. Целью изобретения является повышение точности. Для достижения заданнной цели в устройство введены первый интегросумматор, воспроизводящий напорную характеристику вентилятора в функции времени и коэффициентов, определяющих ее наклон, форму и положение в области рабочих характеристик вентилятора, второй интегросумматор и четвертый блок перемножения, реализующие нагрузку вентилятора - модель эквивалента шахтной вентиляционной сети, что позволяет смоделировать инерционные свойства вентилятора н влияние аэродинамических параметров его нагрузки. 4 ил. В(ц 3, С(со), реализуемых Функцяональнымн преобразователями коэффициентов аппроксимации напорной характеристики вентилятораУстроиство для моделироваьия вентилятора (фиг.1) содержит первый 1, ,второй 2, третий 3 функциональные преобразователи коэффициентов аппроксимации напорной характеристики вентилятора, первый 4, второй 5, третий 6 блоки перемножения, первый интегросумматор , четвертый блок 8 перемножения, ьторой интегросумматор 9.Первый интегросумматор 7 (фиг.2) включает операционный усилитель 10, резисторы 11-14, конденсатор 15. Второй интегросумматор 9 (фиг.2) включа 1596355ет операционный усилитель 1 б, резисторы 17-18, конденсатор 19.Переходные аэродинамические процессы вентилятора, возникающие при регулировании его производительности, с учетом аэродинамических характеристик проветриваемой шахтной вентиляционной сети (ШВС), описываются системой нелинейных дифференциальных уравнений 10 тан(С,со)йс - А( ) О+ Ва++ СЬ) - Н(Я,С 0) .15 КДЦ/аЕ = Нж,ы) - Кф,(К/КО,И/ас = Н(КО,) - - О,где К/КО= .ь - постоянная време где Т - постоянная времени, определяющая инерционные свойства 20вентилятора;К - коэффициент, характеризующийинерционные свойства эквивалента ШВС;К - эквивалентное аэродинамическое сопротивление ШВС, которое входит в уравнениестатистического воздухорас"пределения Н = РЦ 2, связыва-,ющего депрессию (напор) Н вентилятора с его подачей (расхо-дом) Я,Параметры Н и Я контролируютсяс помощью специальных датчиков навсех шахтах и регистрируются на самописцах в Функции времени, Поэтому35при расчете характеристик реальногообъекта моделирования можно воспользоваться среднестатистическими данными Н, , определив среднее значение К по Формуле К =НЯ . При ис-кследовании абстрактных объектов ти повые значения К выбираются из спра-.вочников по проектированию вентиляционных систем шахт, Типовые значения 45коэффициента К, характеризующегоинерционные свойства ШВС, также могут быть взяты в справочной литературе.При расчете параметров реального 50объекта значение коэффициента К определяется следующим образом. Линеаризуя уравнение аэродинамики ЮЗСКЙО/йс = Н - КЯприходим к уравнению апериодического звена 1-го порядка ни переходных процессов расходов воздуха в сети Я(С) при изменении депрессии Н вентилятора. Учитывая, что ДТ/3 (где Т - длительность переходных процессов), осуществляется измерение длительности переходных процессов 0(С) (по показаниям датчика ) при изменении вентиляционного режима в шахте путем регулирования производительности вентилятора. Для этого могут быть использованы плановые работы (периодически проводимые на любой шахте) по остановке вентиляторов и реверсировании воздушной струи с целью проверки системы вентиляции. Значение К при этом определяется по формулеК = КО Т/3где О - исходный (до изменения производительности вентилятора) расход воздуха всети,Устройство работает следующим образом.На входы первого, второго и третьего функциональных преобразователей 1, 2, 3 одновременно поступает положительное напряжение, пропорциональное величине управляющего пара- метра со, определяющего режим работы вентилятора. В результате на выходе первого и третьего функциональных преобразователей 1,3 сформируются отрицательные (с инверсией знака) напряжения, пропорциональные значениям положительных коэффициентов В, С.,аппроксимации напорной характеристики вентилятора, а на выходе второго функционального преобразователя 2 положительное напряжение, пропорциональное значению отрицательного ("перевернутая" парабола) коэффициента А аппроксимации. Таким образом первый функциональный преобразователь,1 воспроизводит зависимость - В(ы), второй функциональный преобразователь 2 - зависимость +А(о), а третий функциональный преобразователь 3 - зависимость -С(сд). Укаэанные коэффициенты определяют крутизну, наклон, форму и положение напорной характеристики Н(Я) в системе координат Н, Я (Фиг.3),. Каждой напорной характеристике Н,(О,ю,.) соответствует определенныйнаГьор коэффициентов А 1(И.), В (И,)С;(Ю;), входящих в уравнение аппро 5 159ксимации характеристики вентилятора, НЯ,со) = А(со)+ В(ж)О + С(ы), (1)Аппроксимация напорной характери стики вентилятора квадратичным поли- номом позволяет обеспечить высокую точность ее воспроизведения. Непрерывность области рабочих характеристик Н(,Ф) вентилятора достигается непрерывностью функциональных зависимостей А(оз), В(со), С(си), представляющих собой кусочно-линейные функции (фиг.4), узлы интерполяции которых А,. (О), В;(ж,), С; (сО;), М;= 1,12 получаются путем аппроксимации напорных характеристик НЯ) вентилятора (фиг.3), приведенных в справочной литературе в графическом виде, полиномом вида (1) . Для расчета узлов интерполяции А, В;, С;, Ч = 1,12 по графикам напорных характеристик Н используется любой метод аппроксимации, например, метод наименьших квадратовС выходов первого и второго функциональных преобразователей 1, 2 напряжения, пропорциональные значениям коэффициентов аппроксимации ВМ), АЬ, поступают на первые входы первого и второго. блоков 4, 5 перемножения соответственно. На вторые входы указанных блоков перемножения поступает отрицательное напряжение, пропорциональное расходу воздухавентилятора с выхода второго интегросумматора 9. На выходе первого блока перемножения 4 формируется отрицательное напряжение, пропорциональное слагаемому -В(сд)0 уравнения (1),. а на выходе второго блока перемножения 5 - положительное напряжение, пропорцио" нальное величине +А(со)Я, которое .с выхода второго блока перемножения 5 поступает на первый вход третьего блока перемножения 6. На второй вход третьего блока перемножения 6 поступает отрицательное напряжение, пропорциональное расходу воздуха вентилятора с выхода интегросумматора 9. На выходе третьего блока перемножения 6 формируется положительное напряжение, пропорциональное слагаемому +А(со)Я , которое поступает на втоарой вход первого интегросумматора 7. ,На первый вход первого интегросумматора 7 поступает отрицательное на- . пряжение с выхода первого блока пере-.-Тс 1 Н(О,со) /дС = А(и) 0 - В(Оу) С20- С(в) + Н(О,Ш), (2) позволяющем воспроизводить переходные аэродинамические процессы, возникающие при изменении режима рабо ты вентилятора.Для реализации уравнения (2) начетвертый вход первого интегросумматора 7 подается положительное напряжение с его же выхода (обратная связь апериодического звена), пропорциональное депрессии Н вентилятора, На выходе первого интегросумма-тора 7 формируется положительное (с учетом инверсии знака сигнала на операционном усилителе, отраженной в уравнении (2) знаком "минус" ) напряжение, пропорциональное депрессии Н вентилятора. Функциональная схема первого интегросумматора 7 по-.казана на фиг.2, где значения резисторов 11-14 и конденсатора 15 выбираются из соотношения К = К = К = К = Т(М,С11 . 12 13 И с в 45где М л- масштаб времени, устанавлливающий взаимосвязь Мл = С/реальногои модального времен,Масштабирование модельных переменных выполняется в соответствии с известной в теории аналогового моделирования методикой и в данном случае подробно не рассматривается.Нагрузкой вентилятора являетсяшахтная вентиляционная сеть, аэродинамические процессы которой описываются нслинейным уравнением вида Кйо/ас = Н(О , о) - КО .-В(у)0, на третий вход первого инте-гросумматора 7 - отрицательное напряжение с выхода третьего функционального преобразователя 3, пропорциональное величине -С(м). В результатена первом, втором и третьем входахпервого интегросумматора 7 будут сформированы напряжения, пропорциональные слагаемым аппроксимирующего уравнения (1). Для учета инерционнахсвойств вентилятора, представляющего собой апериодическое звено первого порядка, аппроксимирующее уравнение(1) реализуется в видеДля реализации модели (3) эквива-, лента ШВС (нагрузки вентилятора) в устройство введены дополнительные элементы - двухвхоцовой интегросумматор 9, реализующий уравнение (3),5 и четвертый блок 8 перемножения, используемый в качестве квадратора для Формирования переменной ОС выхода первого интегросумматора 7 положительное напряжение, пропорциональное величине Н, поступает на второй вход второго интегросумматора 9, на первый вход которого поступает отрицательное напряжение,про ,порциональное зчачению О , с выхода четвертого блока 8 перемножения. На оба входа четвертого блока 8 перемножения поступает отрицательное напряжение пропорциональное расходу воздуха вентилятора О. Функциональная схема второго интегросумматора 9 показана на Фиг,2, где значения резисторов 17, 18, и конденсатора 19 выбираются из соотношений 25С Е=. К/Н.,С Р. = К/М.Все аналоговые блоки устройства инвертируют знак результирующего напряжения.Устройство может находиться в одном из двух режимов работы - Исходфтное состояние" илиИнтегрирование.В режиме Исходное состояние" цепи35управления обоих пнтегросумматоров7, 9 закоммутированы таким образом,что операционные усилители интегросумматоров нахоцятся в состоянии, масштабных преобразователей, В этомрежиме осуществляется настройка коэффициентов передач и начальных условий. Но О с интегросумматоров 7,9, а также узлов интерполяции (опорных точек) Функциональных преобраэователей 1, 2, 3. В режиме "интегрирования" происходит собственно работа устройства - моделирование вентилятора, работающего на ШВС. Достигается указанный режим переводом ин 50тегросумматоров 7, 9 в режим интегрирования,При изменении значения параметраСд происходит изменение значенийкоэффициентов аппроксимации А,В, Сна выходах первого, второго и тре 55тьего Функциональных преобразователей2, 3, что приводит к изменению выходных напряжений первого, второго и третьего блоков 4, 5, 6 перемножения, а следовательно, и напряжений на входах первого интегросумматора 7. Изменение напряжения на выходе первого интегросумматора 7 эквивалентно смещению в пространстве напорной характеристики НК,ю) вентилятора (кривая.1 на Фиг.3) относитель- но нагрузочной характеристики Н(О,В) ШВС (кривая 2 на Фиг.3). Изменение выходного напряжения первого интегросумматора 7 (депрессии Н вентилятора), поступающего на вход второгоинтегросумматора 9, приводит к изменению напряжения на его выходе, поступающего по обратной связи на входы первого, второго и третьего блоков 4, 5, 6 перемножения. Наличие указанной обратной связи обеспечивает реализацию принципа совместного решения уравнений, описывающих модели вентилятора и ШВС, т.е. в геометрической интерпретации - поиск точки пересечения напорной Н(О,ю) и нагрузочной Н(О,В) характеристик, координаты (Н , .О ) которой являются показателями режима работы вентилято-. ра на сеть с заданным аэродинамическим сопротивлением К при рассматриваемом значении управляющего параметра ы.Формула изобретения Устройство для моделирования вентилятора, содержащее первый интегросумматор, три блока перемножения,три функциональных преобразователя коэфФициентов аппроксимации напорной характеристики вентилятора, входы которых объединены и являются входом задания частоты вращения ротора устройства, первые входы первого и второго блоков перемножения соединены соответственно с выходами первого и второго Функциональных преобразоватеглей коэффициентов аппроксимации напорной характеристики вентилятора, первый вход третьего блока перемножения соединен с выходом второго блока перемножения, выходы первого и третьего блоков перемножения соединены с первым и вторым входами перво го интегросумматора, выход третьего Функционального преобразователя коэфФициентов аппроксимации напорной характеристики вентилятора подключен к третьему входу первого интегросумматора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности, устройство содержит второй.интегросумматор и четвертый блок перемножения, первый и второй входы которого со 5 единены с вторыми входами первого, второго и третьего блоков перемножения, выход четвертого блока перемно-ения подключен к первому входу второго интегросумматора, выход которого является выходом формирования рас-,хода воздуха устройства, выход пер,вого интегросумматора соединен сосвоим четвертым входом и вторым входом второго интегросумматора и является выходом формирования депрессииустройства. Товтин Редакт Заказ 2911 Тираж 561 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10