Регулятор

др. Промышлегуляторы, - Ирис.3-1,б,и я к облас ыть приме чи топлив ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Уральский филиал Всесоюзноготеплотехнического научно-исследовательского института им. Ф.Э.Дзержикого(57) Изобретение относитстеплоэнергетики и может бно при регулировании пода в многотопочные котельные агрегаты;Целью изобретения является улучшениединамических характеристик регулято"ра. Поставленная цель достигается засчет того, что сигнал задания сравнивается с сигналом обратной связи ипоступает на вход усилителя, в ка"честве которого применяется трехпозиционный релейный блок, охваченныйинерционной обратной связью. Инерци"онная обратная связь реализована спомощью КЯ-цепи, цепи заряда и разряда конденсатора, которые коммутируются контактами выходных реле трехпозиционного релейного блока, причемцепь разряда коммутируется замыкающими контактами с регулируемым временем срабатывания на замыкание. 6 ил.Изобретение относи 1 ся к областитеплоэнергетики и может быть применено при регулировании подачи топливав многотопочные котельные агрегаты,Цель изобретения - улучшение дина"мических характеристик регулятора,На Фиг,1 изображена принципиальная схема регулятора; на фиг.2функциональная схема замкнутой системы автоматического регулированияс данным регулятором; на фиг.З - переходные процессы в регуляторах прискачкообразных возмущениях на входах;на Фиг.4 - то же, при линейно нарастающих возмущениях на Фиг,5 " амплитудно-частотные характеристикизамкнутых систем регулирования; нафиг.б - переходные процессы в замкнутых системах регулирования при скач"кообразном изменении задающего сигнала,Регулятор (Фиг.1) содержит устройство 1 сравнения, усилитель 2, обмотки 3 и 4 управления первого и второго фазочувствительных реле, первый5 и второй 6 разделительные диоды,устройство 7 обратной связи, конденсатор 8, резистор 9 заряда, замыкаю"щие с задержкой на замыкание контакты10 промежуточного реле, резистор 1130разряда, размыкающие контакты 12 промежуточного реле, потенциометр 13,замыкающие контакты 14 и 15 первогои второго Фаэочувствительных реле,обмотка 16 управления промежуточного 35реле, раэмыкающие контакты 17 и 18первого и второго фазочувствительныхреле, источник 19 напряжения питания,первые 20 и вторые 21 сигнальные лам"пы, первая 21, вторая 23 и третья 24 0выходные клеммы регулятора.Система (фиг.2) содержит устройство 1 сравнения, устройствЬ 7 обратнойсвязи, релейный усилитель 25, испол-,нительный механизм 26 постоянной ско-,45рости, объект 27 регулирования, устройство 28 обратной связи известногорегулятора.4На Фиг 2-6 приняты следу щ е обозначения сигналов: у - регулируемый параметр (выходная величина объекта 27регулирования); х - выходная величинаустройства 7 обратной связи (направление, снимаемое с конденсатора уст 55ройства 7 обратной связи); Я - задающая величина; 5 - входная величинарелейного усилителя 25, где б 3-у-х,"г - выходная величина релейного усилителя 25, имеющая два значениямиединица, когда релейный усилитель 25сработал, и нуль, когда отпущен;выходная величина регулирующего воздействия регулятора (перемещениеисполнительного механизма 26 постоянной скорости) .В квадрате релейного усилителя 25условно показана графическая связьвыходной величины г от входной вели"чины 5.Срабатывание релейного усилителя25 происходит, когда Я - й , где 6порог срабатывания релейного усилителя 25. Отпускание происходит при(3 с 6 ь, где Ь- величина возврата.В дальнейшем будем считать, что величина 6 мала по сравнению с другимивеличинами и что отпускание релейно"го усилителя 25 происходитпри б =О.Регулятор работает следующим образом.При отклонении регулируемой вели"чины от заданного значения сигналрассогласования с устройства 1 сравнения поступает на усилитель 2. Усиленный сигнал подается на обмотки 3и 4 управления первого и второго фазочувствительных реле, и при достижении порога срабатывания одно изреле включается. Контакты 14 или15 включают исполнительный механизм26 на открытие или прикрытие регулирующего органа. Одновременно с этимразмыкается один из контактов 17 или18, снимая напряжение обмотки 16управления промежуточного реле, которое отпускается, замыкая контактом12 цепь заряда конденсатора 8, который через резистор 9 заряда заряжается по экспоненте от напряжения, снимаемого с потенциометра 13,Напряжение, снимаемое с конденсатора 8, подается на вход устройства1 сравнения, компенсируя возникшеедо этого рассогласование, Сигнал навыходе усилителя 2 снижается и придостижении порога отпускания подтянутое до этого Фаэочувствительное релеотпускается, снимая напряжение питания с исполнительного механизма 26 иподавая напряжение через размыкающиеконтакты 17 и 18 на обмотку 16 управления промежуточного реле, Это релесрабатывает и с выдержкой времени,определяемой регулируемым замедлителем контактов 10, замыкает цепь раэ"ряда конденсатора 8 через резистор 11разряда.По мере разряда напряжение на конденсаторе 8 уменьшается. Подбором выдержки времени регулируемого эамедлителя контактов 10 моделируется "чистое" запаздывание в объекте 27 регулирования при воздействии исполнительного механизма 26, а подбором величины сопротивления резистора 11 разряда моделируется скорость возвращения регулируемой величины к заданному значению. Эти параметры подбираются таким образом, чтобы изменение сигналов регулируемой величиныи об, ратной связи изменялись во времени одинаково. Чем ближе будут они совпадать, тем лучше будет качество регу" лирования.Коэффициент усиления регулятора (длительность включения фаэочувстви О тельных реле) регулируется потенцио.метром 13 и резистором 9 заряда.Таким образом, по сравнению с известным.регулятором, который не имеет задержки при разряде конденсатора 8, 25 предлагаемый регулятор точнее моделч" рует в обратной связи объекты 27 регулирования с запаздываниями, что улучшает качество переходных процессов в замкнутом контуре и имеет ряд достоинств,Сравнение устройств обратной связи предлагаемого регулятора и известного позволяет условно считать последний частным случаем предлагаефмого решения при установке выдержки времени, равным нулю (Г =О).,Характер работы предлагаемого регулятора и известного при скачкообразном изменении входного сигнала пока Озан на фиг,З, Изменение при этом величин х р и г в известном регуляторепоказано на фиг.За и в предлагаемомна фиг.Зб,Рассмотрим эти процессы более подробно для предлагаемого регулятора.Пусть на вход устройства 1 сравнения (фиг.2) подан скачкообразный сигнал 1, На выходе устройства 1 сравнения появится сигналб -"Ъ, так каксигнал с устройства 7 обратной связипока равен нулю, Пусть также % будетбольше порога срабатывания Д релейного усилителя 25 и, следовательно,б) ь, Тогда релейный усилитель 25сработает и включит исполнительныймеханизм 26 постоянной скорости (г"1), который будет линейно увеличивать величину р. В это время (в момент времени т на фиг.Зб) включитсяцепь заряда конденсатора 8, и по мере заряда конденсатора 8 напряжениена выходе устройства 7 обратной связибудет по экспоненте увеличиваться ивычитаться из входного сигнала Ъ,Сигнал-х на входе релейногоусилителя 25 будет уменьшаться, ипри,достижении напряжения возвратаЬэ = 0 релейный усилитель 25 разомкнется (момент времени С на фиг.Зб),свеличина г станет равной нулю, исполнительный механизм 26 остановится ир прекратит свой рост, разорветсяцепь заряда конденсатора 8, но ещене включится цепь разряда конденсатора 8, так как замыкающий контакт1 О замкнется с выдержкой времени сВ это время напряжение обратной связи не изменяется (процесс 1, "1 нафиг.Зб). По истечении времени(момент времени) замыкается контакт 10 и идет разряд конденсатора 8через резистор 11 разряда по экспоненте. Цругие величины при этом неизменяются, В момент времени С величина=9-х на входе релейного усилителя 25 становится равной его порогу срабатывания, и он срабатывает.Вновь перемещается исполнительныймеханизм 26 и заряжается конденсатор 8 через контакт 12 и резистор 9(процесс С Г 4) и т.д.На рис,За показана работа известного регулятора, в котором-О, ипроцесс разряда конденсатора 8 идетсразу после отключения релейного "усилителя 25. Сравнение этих процессов показывает, что в обоих случаяхпри скачкообразном изменении входного сигнала зависимость ю =2(1) принципиально не изменяется. Как в том,так и в другом случае реализуетсяПИ-закон регулирования, так какр =С, +С где С, и С = ц с 6- параметры настройки регуляторов. Однакоположение изменяется, когда на входрегуляторов подается непрерывно изменяющийся сигнал, что и имеет местов реальных условиях.На фиг.4 даны переходные процессы в регуляторах при линейно изменяющихся во времени сигналах на их входах,Легко убедиться, что в известномрегуляторе не происходит принципиаль"ных изменений в переходных процессахпри разных значениях скорости измене 1425599На фиг.5 даны расчетные АЧХ приследующих значениях параметров объекта регулирования:И = 20 с, ь., = 20 с,Оптимальные настройки ПИ-регулятора для этого объекта регулирования:С=0932 Со=0034 с .Путем подстановки значений и от 0до 0,16 с получены следующие АЧХ:А(Ы), - замкнутой системы автоматического регулирования с ПИ-регулятором при С 1=0,932, С,=0,034 с; А(а)замкнутой системы автоматическогорегулирования с П-регулятором приС 1=0,932 (прежнее значение), С =0(интегральная составляющая отсутствует); А(ы) - разомкнутой системыавтоматического регулирования приС,=О и С, =О, Это АЧХ объекта регулирования без регулятора.При других объектах регулированияхарактер относительного расположенияперечисленных АЧХ принципиально неизменяется.25Из фиг.5 видно, что в области низших частот от 0 дои, А(Я,)А(ы),т,е. в этой области частот ПИ-регулятор лучше подавляет возмущения, чемП-регулятор. В области частот, больших а наоборот,А (Я),А(и), т.е.ЗОП-регулятор лучше подавляет возмущения, чем ПИ-регулятор. В областичастот от 0 до Я. А(я),А(Я), апри ц =О, А(я,)=0.Это говорит о том, что в этой области частот ПИ-регулятор снижаетамплитуду колебаний на выходе объек"ота регулирования и при частотах,близких к нулю, подавляет их полностью (отсутствует статическая ошиб ка регулирования). В области частот, больших Я, ПИрегулятор не подавляет, а усиливаетвозмущения. Таким образом, для ПИрегулятора диапазон частот от 0 доЯ является диапазоном эффективнойработы регулятора.Этот диапазон для П-регулятора,5 при том же значении С, расширяется до Ч и всегда больше, чем для ПИ-регулятора. Предлагаемый регулятор, работая в области низких частот как ПИ-регулятор, а в области высоких частот как П-регулятор, обладает, таким образом, достоинствами обоих типов регуляторов и не имеет их не достатков. Область частот, при ".оторых происходит переход от одного закона регулирования к другому, может регулироваться временем регулируемого замедлителя замыкающего контакта 10 н цепи разряда конденсатора 8, В данном случае, чтобы обеспечитьтакой переход в точке Ю, = 0,021 "с при уровне возмущений, равном 5, зонам нечувствительности (А=5) нужно, согласно зависимости (4), установить1 Ь ГТ =( - +) = 20 с.О, 2 А 12 АПри этом переход от ПИ к П-законурегулирования начнется, согласно зависимости (1), при частотеЪЮн= - =- --О 01 сА 56 20 ф фа закончится, согласно зависимости(фиг,5),При этом АЧХ замкнутой системырегулирования с предлагаемым регулятором будет иметь вид кривой А (И)з,показанной на фиг.5 пунктирной линией.Может показаться, что частоты,большие Я когда ПИ-регулятор теряетсвои преимущества, являются несущест"венными в спектре частот реальныхвозмущении, т.е, реальные возмущения,в основном, являются низкочастотнымии преимущества предлагаемого регуля;тора практически не могут быть использованы, Однако это далеко не так.На современном технологическом оборудовании (например, мощных энергоблоках) устанавливается несколько системавтоматического регулирования, влияющих друг на друга и близких по динамическим свойствам. Такие системыавтоматического регулирования, дажеустраняя низкочастотные колебания,генерируют друг на друга возмущенияс частотой, близкой к резонанснойУрезкогда АЧХ имеет максимальноезйачение, В этих случаях очень важным является уменьшение АЧХ и в области резонансных частот. Таким образом, использование предлагаемого регулятора особенно эффективно в многосвязных системах автоматического регулирования,При скачкообразных возмущениях нарегулятор, существенный спектр кото 1425599рых является низкочастотным, предлагаемый регулятор имеет преимущестнаперед. известным,На фиг,ба показаны переходные процессы в замкнутой системе регулирования с данным регулятором, а нафиг.бб - с изнестным регулятором.Для обьектов 27 регулирования сбольшим чистым (транспортным) запаздыванием можно так подобрать с, С,и С регулятора, чтобы при скачкообразном изменении задания регулятор сработал один раз и кривые разго"на У и Х объекта 27 регулирования иустройства, 7 обратной связи изменялись одинаково. В этом случае сигнал8 на входе релейного усилителя 25близок к нулю, и регулятор отработает это скачкообразное возмущение заодно включение.Известный регулятор при такомобъекте 27 регулирования принципиально не сможет отработать скачкообразное возмущение на входе регулятораза одно включение. Даже если он запервое нключение точно отработаетэто возмущение, то запаздывание реакции у объекта 27 регулирования и немедленное изменение сигнала обратнойсвязи Х неизбежно приведут к повторным включениям регулятора в ту жесторону, вследствие чего произойдетперерегулирование по У, и регуляторбудет вынужден потом отработать назадэти повторные включения (фиг.бб), 35что нереально.При любых других настройках такженевозможно добиться отработки скачкообразного возмущения за одно включение без лишних нерациональных движе Оний регулятора.Таким образом, предлагаемый регулятор лучше подавляет спектр возму"щений в области резонансных и околорезонансных частот ( я,М(ы,), 45имеет более широкий диапазон частотэффективной работы регулятора (О"Явместо О - Я), максимум АЧХ сдвигается в более высокочастотную область,где мощность реальных возмущений значительно слабее, более рациональноотрабатывает скачкообразные возмущения. Такое улучшение динамических характеристик регулятора улучшает каче 55 ство работы промышленных систем автоматического регулирования н дает экономический эффект, суммарный потенциал которого, безусловно, очень высокн связи с широким распространениемсистем автоматического регулированияв промышленности,Реализация предлагаемого регулятора не требует существенных затрат илегко может быть осуществлена дополнительной установкой в промьппленныхрегуляторах промежуточного реле, имеющего замыкающий контакт с регулируемым замедлителем.Затраты могут быть существенносокращены при серийном изготовлениипредлагаемых регуляторов,Формула изобретенияРегулятор, содержащий последовательно соединенные устройство сравнения и усилитель, выходом подключенный к первым выводам обмоток управления первого и второго фазочувстнительных реле, вторыми выводами соединенных соответственно с катодом первого разделительного диода и анодом второго разделительного диода, анод и катод которых подключены к первой обкладке накопительного конденсатора второй обкладкой соединенного с одним из входов устройства сравнении н с первым выводом резистора заряда, источ" ник напряжения питания, положительная шина которого подключена к первым выводам замыкающих контактов первого и второго фазочувствительных реле, а отрицательная - к первым выводам первой и второй сигнальных ламп н первой выходной клемме регулятора, второй вывод первой сигнальной лампы соеди" нен с второй выходной клеммой регулятора, с вторым выводом замыкающих контактов первого фаэочунствительного реле и первым вынодом потенциометра, вторым выводом подключенного. к второму выводу замыкающих контактов втррого фазочувстнительного реле,к третьей выходной клемме регулятора, к первому выводу резистора разряда и второй обкладке конденсатора, о т, л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью улучшения динамических характеристик регулятора, в нем дополнительно установлено промежуточное реле, первый вывод обмотки управления которого соединен с положительной шиной источника напряжения питания, а второй - через последовательно включенные размыкающие контакты первого и второгофазочувствительных реле с отрицательной шиной источника напряжения питания, первый и второй выводы размы"кающих контактов промежуточных релеподключены соответственно к второмувыводу резистора заряда и подвижному контакту потенциометра, первый и второй выводы замыкающих с задержкой на, замыкание контактов промежуточногО 5реле соединены соответственно с пер-.вым выводом резистора заряда и вторым выводом резистора разряда.1425599 Составитель Г.Нефедоваупица Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец дакто Подписи аказ 4766 енного етений Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 866 ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035, Москва, Жомитета СССР открытийая наб., д. 4/5