Устройство для регулирования уровня воды на участке оросительного канала

)5 Е 02 В 13 ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИПРИ ГКНТ ССОР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯКЕ ОРОСИТЕЛЬНОГ) УСТРОЙСТВОВНЯ ВОДЫ НА УЧА я к автораспределеалах мелио- зобретениястродействоды на нала. Устя воды на затворы 1 в чик 2 выход начал уровн торог мента входом элельный К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Одесский политехнический институт(72) Рауль Ривас Перес (СЮ),П.И.Коваленко .Е.Л.Пичугин (ЯП)и Као Тиен Гуинь (7 И)(56) Авторское свидетельство СССРВ 1418407, кл. Е 02 В 13(00, 1982.(57) Изобретение относитсматизации управления водкием на оросительных кан.ративных систем., Цель иповышение надежности и бьвия регулирования уровняучастке оросительного каройство для регулированиучастке канала содержите и конце участка,я воды конца участко соединен с первымсравнения. Исполни блок 15 связан с затвором 1 в началеучастка. Устройство содержит такжепоследовательно соединенные пороговью элемент 4, блок задержки 5, первый Формирователь импульсов 6,ключ 7, запоминающее устройство 9,блок 11 деления, второй Формирователь импульсов 12, широтно-импульс ный регулятор 13. Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 14 синхронизации, а основныевычисления для поддержания постоянным коэффициента усиления Кс системы объект - ругулятор вычислительнымблоком 8. Последний вычисляет коэффициент усиления участка канала Кдлярасчета требуемого коэффициента ре- ф.гулятора К в блок 11 деления. Определение требуемого коэффициентаусилиния регулятора К осуществляется по Формуле К = К(К 0, где К -заданный блоком 1 О з;дания коэффициент усиления системы объект (учас"ток канала) - регулятор (устройствоуправления). Применение устройствапозволяет значительно уменьшить непроизводительные сбросы оросительнойводы и подмывание дамб каналов. 5 ил е рИзобретение относится к автоматическому управлению водораспределениемна сельскохозяйственных оросительных.каналах, в частности к автоматизацииводозабора и вододеления в мелиорации еЦель изобретения - повышение надежности и быстродействия регулирования, уровня воды на участке оросительного каналаНа Аиг.1 показана Функциональная, схема устройства регулирования уров"ня воды на участке оросительногоканала; на Аиг. 2 - схема вычисли:тельного. блока; на фиг, 3 - схемаширотно-импульсного регулятора; нафиг, 4 - схема блока синхронизации;на Аиг. 5 - графики входных и выходных сигналов отдельных блоков устройства,Устройство для регулирования уров"ня воды (фиг, 1) содержит затворы 1началаи конца участка канала, датчик 2 уровня конца участка, элемент 3сравнения, пороговый элемент 4, первый элемент 5 задержки, первый формирователь 6 импульсов, ключ 7, вычислительный блок 8, запоминающееустройство 9, эадатчик 10 коэффициентов, первый блок 11 деления, второйформирователь 12 импульсов,широгноимпульсный регулятор 13, блок 14 синхронизации, исполнительный блок 15,Вычислительный блок 8 (Фиг, 1)содержит импульсные элементы 1616 , Аиксаторы 1, 17 нулевого порядка, блок 18 умножения, элемент 19задержки, сумматор 20, второй блок 21деления и первый блок 22 выделениямодуля.Широтно-импульсный регулятор 13(Фиг. 3) содержит генератор 23 пилообразного напряжения второй блок 24выделения модуля, компаратор 25, релейный элемент 26 и третий Аормирователь 27 импульсов.Блок 14 синхронизации (Аиг. 4)содержит фазовый детектор 28, задающий генератор 29, блок 30 усреднениянапряжения и устройство 31 управленияУстройство для регулирования уровня воды на участке оросительногоканала работает следующим образом.При изменении режимов работы участка канала его коэффициент усиления(коэфАициент передачи) значительноизменяется, Для достижения оптималь,ных переходных процессов во всех ре 9383 4жимах работы участка канала коэффициент передачи системы (К), равныйпроизведению коэффициента усиленияобъекта (Ко) на.коэффициент усилениярегулятора (К), должен оставатьсяпостояннымК = КК = сопзЙ. " (1)Коэффициент усиления объекта представляет собой отношение выходнойвеличины объекта к входной в установившемся состоянии(3)- постоянная времени участка канала;П Ж - управляющее воздействие;ь - временное запаздываниев участке канала,Для управления уровнем воды вучастке канала применяется широтноимпульсный регулятор 7, Широтно-импульсный закон регулирования можетбыть представлен в виде 40 о И з 3.рп Е (О приКТ к Г. КТ+кю (4)приКТ+В,с КТ+ Т, - период повторения управляющих импульсов;- длительность управляющихимпульсов,в к-м периоде; - амплитуда управляющих импульсов (И = сопзс) . 50 Пмчгде Т ДНК в (2)Дафгде Д Н - приращение уровня воды вучастке канала;да - приращение величины открытия затвора.Для выполнения условия (1) необ-20 ходимо корректировать коэффициентрегулятора К (й) в зависимости отизменений коэАФициента усиления участка канала К о (С). Так как уровеньв начале и конце канала и расходчерез гидротехническое сооружениевзаимосвязаны, то коэффициент усиления Ко и уровень воды на участкеявляются Аункциями расхода Я водычерез с,ооружение К = Г(Я) 30 иН ГК),Учитывая 1 что при изменении режи тмов работы участка канала его коэффициент усиления изменяется в широкомдиапазоне Ко мчи с К о (")Ко ма кс35 представим дйнамику участкаканала ве 515693Длительность управляющих импульсов широтно-импульсного регулятора 7 зависит от сигнала рассогласования, ; (С) а период повторения управляют5 щих импульсов выбирается в виде Т = /г, где г - целое положительное число.При равенстве значений уровня и задания в конце у частка сигнал рассогласования ;(с) равен нулю, при этом на исполнительный блок 15 не поступает никакой сигнал затвор 1 начала участ ка не перемещается.При увеличении уровня воды в конце участка изменяется выходной сигнал датчика 2 уровня, который, пос" тупая в элемент 3 сравнения и срав-. ниваясь в нем с сигналом задания уровня в конце участка, приводит к появле нию на выходе элемента 3 сравнения сигнала рассогласования Е,(О, который поступает на второй вход широтно- импульсного регулятора 13. Последний по сигналу рассогласования 25 Е, , Аормирует последовательность управляющих импульсов У(с) с длительностью и знаком, пропорциональными сигналу ; (Г), При этом на выходе исполнительного блока 15 появляется. сигнал на опускание затвора начала участка для подачи уменьшенного расхода воды в участок канала. 6Н(КТ + Ъ ) - К Н(КТ)Йк 1 е - (Кт З 1-т,фгде К е Н(1 йч(огра сигнал рассогласования Я; (г) с некоторого момента времени г, превышает пороговый уговень Яп порогового элемента 4 т. е,Е(О)Е ичто может быть вызвано изменением коэффициента 1 силения Ко участка канала, устройство проводит идентификацию коэФАициента усиления объекта, при этом длительность ск управляющих импульсов широтно-импульсного регулятора 13 становится больше некото рой заранее заданной временной постоянной величины Ъ, т,е. 9 к ) 3 для чеговыбирают такой, что ( Т.1Для идентификации коэАФициента50 усиления К (с) участка канала с момента времени г = с, +в каждомл интервале дискретности имеются значения уровня воды в участке канала в момент вРемени г = КТ и г. = КТ +Л , 55 Следовательно, в каждом периоде вели" чины Н(КТ) и Н(КТ + 9) определены и из уравнения (3) получается коэффи. циент усиления участка канала: ктЭтот алгоритм может быть реализован или микроЭВМ, или описанным нижевычислительным блоком 8, настроеннымна дискретных или аналоговых элементах. При этом импульсные элементы 1616 работают синхронно с импульснымэлементом широтно-импульсного регулятора 13 Фиксаторы 17 17 нулевого порядкапреобразуют выходные сигналы импульсныхэлементов 16 16 в последовательность прямоугольных импульсов длительности Т, причем блок 5 задержки и элемент 19 задержки имеют одинаковое время задержки 9 ,Идентификация коэффициента усиления участка канала происходит следующим образом,При превьппении сигналом рассогласования .;(О заданного пороговогоуровняна выходе порогового элемента 4 появляется сигнал У пэ, которыйпоступает на вход гервого элемента 5задержки. Спустя время, равноеУ,+на выходе первого элемента 5задержки появляется сигнал. При этомФормирователь 6 импульсов вырабатывает сигнал, открывающий ключ 7,Выходной сигнал Ко;(е) вычислительного блока 8, полученный по алгоритму 5, проходит через открытый ключ 7,а затем поступает в запоминающееустройство 9. В результате выходноенапряжение запоминающего устройства 9становится равным новому значениюК (г) коэФАициента усиления участОка канала.Если сигнал рассогласования Е; (Оменьше заданного порогового уровнято выходной сигнал порогового-иэлемента 4 отсутствует, ключ 7 закрыт и выходное напряжение запоминающего устройства 9 остается постоянным,Синхронизация работы устройства осуществляется блоком 14, который работает следующим образом. Выходной сигнал импульсного элемента широтно-импульсного регулятора 13 поступает на первый вход Фазового детектора 28, на второй вход детектора поступают сигналы от заданного генератора 29. Если частота импульсов задающего генератора 29 отличается от частоты поступающихимпульсов импульсного элемента широтно-импульсного регулятора 13, то на выходе Фазового детектора 28 появляются импульсы рассогласования, которые указывают направление и величину рассогласованйя, Блок 30 усреднения напряжения усредняет выходные импульсы Фазового детектора 28 с целью получения управляющего напряжения и кратковременного запоминания , напряжения рассогласования. Устрой, ство 31 управления использует сиг-. налы блока 30 усреднения для воздействия на частоту задающего генера тора 29, при этом с выхода задануцего генератора 29 снимаются синхронные и синФазные импульсы с входными импульсами, которые поступают на первый вход вычислительного блока 8 и обеспечивают синхронную работу импульсных элементов 16 ц, 16 с импульсным элементом широтно-импульсного регулятора 13.Коррекция коэФФициента усиления 25 К,1(0 широтно-импульсного регуляторра 13 осуществляется блоком 11 согласно условию (1), Алгоритм функционирования первого блока 11 деленияследующийЗО0 ) - К- К,(6)Когде Б ,- 1.-й выходной сигналРО 1первого блока 11 делечния35К - выходной сигнал эадатсчика 10 коэФФициентов.После определения коэФФициента усилия К (О широтно-импульсногоДсрегулятора 13, соответствующего ново- О му режиму работы участка канала, второй Формирователь 12 импульсов Формирует последовательность прямоугольных импульсов 0 р, длительностью пропорциональной величине нового оэФАициента усиления широтно-импульсного регулятора 13, Указанные импульсы поступают на вход генератора 23 пилообразного напряжения широтно-импульсного регулятора 13, При этом длительность рабочего хода импульсов генератора 23 пилообразного напряжения определяется длительностью выходных прямоугольных импульсов второго Формирователя 12 импульсов.Таким образом на втором выходе широтно-импульсного регулятора 13 получают последовательность прямоугольных импульсов длительностью В; пропорциональной новому коэфФициенту усиления регулятора6; =- К(К , (О, Г;(с,(7)При одном и том же сигнале рассогласования на выходе широтно-импульсного регулятора 13 можно, получитьпоследовательности прямоугольныхимпульсов разной длительности, определяемой коэАФициентом усиленияК ,(С) широтно-импульсного регулятора, 13. Чем больше коэФФициент усиления регулятора, тем больше длительность его выходных испульсов,,На Аиг, 5 представлены диаграммы,поясняющие работу системы,В начальном периоде (от 0 до 8 Т)коэФФициент усиления участка каналаявляется постоянным и поэтому сигналрасСогласования Г(6 не превышаетпорогового уровня ; порогового блока 4, контур самонастройки регулятора 13 отключен. Сигнал рассогласования Е, (е) поступает на второй входрегулятора 13. В компараторе 25 регулятора 13 сравниваются выходнойсигнал ц д (с) генератора 23 пилообразного напряжения и сигнал рассогласования Я, . В результате навыходе регулятора 13 получают импульсы управления ПшИ) длительностью пропорциональной сигналу рассогласования Я (О . Так как в системе управления имеется временное запаздывание о, регулятор 13 выдаетимпульсы управления, спустя времялзапаздыванияВ интервале времени (9 Т, 10 Т) вмоментсигнал рассогласованияЯ 2 превышает пороговое значениеуровня Й , что может быть вызваноизменением коэФФициента усиления Коучастка канала. При этом включаетсяв работу контур самонастройки регулятора 13. На выходе пороговогоэлемента 4 в момент времени тд появляется сигнал Б р Ы, который поступает на вход первого элемента 5 задержки и спустя время, равное(+ 9), на его выходе возникаетсигнал Б,э (с), т.е. выходной сигналпервого элемента 5 задержки Б, (Опрявляется в момент времени++где- заранее за 5Эданная времен;ая постоянная величина. При этом первый Формирователь 6импульсов вырабатывает сигнал У,ткоторый открывает ключ 7, Вычислительный блок 8 по алгоритму (5)Эопределяет новое значение коэффициента усиления К (В участка канала,при этом через открытый ключ 7 проходит выходнои сигнал П (О вычислительного блока 8, пропорциональныйновому значению коэффициента усиления участка канала, а затем поступает в запоминающее устройство 9. Врезультате выходное напряжение запоминающего устройства 9 становитсяравным новому значению коэффициентаусиления канала К (ОДля выполнения условия Кс(ОККнеобходимо корректировать значение коэффициента Кр(О усиления регулятора 13. Первый блок 1деления, работающий по алгоритму .(6),определяет новое значение коэффициента Кррегулятора 13, Второй формирователь 12 импульсов формирует последовательность прямоугольных импульсовП (Т) длительностью пропорциональной веОличине нового коэффициента, усиления регулятора 13. При этом длительность ,25рабочего хода импульсов Пвн(О генератора 23 пилообразного напряженияопределяется длительностью выходныхпрямоугольных импульсов П(О второ. го Формирователя 12 импульсов. Вкомпараторе 25 регулятора 13 сравниваются сигнал рассогласования Г(1)и выходные импульсы Ц(д генера"тора 23 пилообразного напряжения,Таким образом, на втором выходе широт 35йо-импульсного регулятора 13 получаютпоследовательность прямоугольныхимпульсов Б ,длительностью, пропорциональной новому коэффициентуусиления Крегулятора 13.40функции импульсных элементов 16,16 д и Фиксаторов 1717,нулевого порядкаследующие и пульсные элементы16 преобразуют непрерывный но времени выходной сигнал Н(0 датчика 2 уровня конца участка канала в дискретный сигнал, при этом их выходной сигнал представляет собой последовательн сть импульсов. Фиксаторы 17 17 нулевого порядка преобразуют входные импульсные сигналы в последовательность прямоугольных импульсов длительностью Т.Фазовый детектор 28 сравнивает два выходных сигнала и на его выхо, 55 де Формирует сигнал ошибки, пропорциональный разности Фаз входных сигналов, В данном случае Фазовый детек.тор 28 сравнивает выходной сигнал импульсного элемента широтно-импульсного регулятора 13 и выходнойсигнал задаощего,генератора 29. Если частота импульсов задающего генератора 29 отличается от частоты поступающих импульсов импульсного. эле 4,мента широтно-импульсного регулятора 13, то на выходе фазового детектора 28 появляются импульсы рассогласования, которые указывают направление и величину рассогласования.Блок 30 усредияет выходные импульсыфазового детектора 28 с целью получения управляющего напряжения икратковременного запоминания напряжения рассогласования. Устройство 31управления использует сигналы блока .30 усреднения для воздействияна чатоту задающего генератора 29,при этом с выхода задающего генератора 29 снимаются синхронные и синфазные импульсы с входными импульсами, которые поступают на первыйвход вычислительного блока 8 иобеспечивают синхронную работу импульсных элементов 16, 16 с импульсным элементов широтно-импульсного регулятора 13. Для работы фазового детектора 28 не нужен блокпривязки с задающим генератором 29.Таким образом, предлагаемая система регулирования уровня воды научастке оросительного канала осуществляет идентификацию текущегозначения переменного коэФФициентаусиления К ,(й) участка,каналаина основании результата идентификации перестраивает коэффициент усиления К(О широтно-импульсного регулятора до оптимальных значений, соответствующих новому режиму работы участка канала. При этом идентиФикация производится в режиме нормальной работы системы без применения пробного сигнала.Применение предлагаемого устройства позволяет значительно повысить точность, надежность и быстродействие регулирования и при этом уменьшить непроизводительные сбросы оросительной воды и подмывание дамб каналов.Формула изобретенияУстройство для регулирования уровня воды на участке оросительного канала, содержащее затворы в начале и конце участка, элемент сравнения сигнала датчика уровня в конце участ1 . 15 ка с сигналом уставки, подключенный через широтно-импульсный регулятор к исполнительному блоку привода затвора в начале участка, к также пороговый элемент. и блок синхронизации, подключенные соответственно к выходам элемента сравнения и широтно-импульсного регулятора, о т л ич а ю щ е. е с я тем, что, с целью повышения надежности и быстродействия регулирования, устройство снабжено последовательно включенными между 69383пороговым элементом и широтно-импульсным регулятором блоком задержки, первым Формирователем импульсов, ключом, запоминающим блоком, блоком деления и вторым формирователем.импульсов, а также снабжено задатчиком коэффициентов, подключенным к второму входу блока деления, и выщ числительным блоком, входы которогоподключены к блоку синхронизации и к датчику уровня, а выход - к второму входу ключа.комитета по иэоб Москва, Ж"35, Ра ениям и открытиям при ГКНТ СС кая наб.; д. 4/5