УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ СРЕДЫ Российский патент 2001 года по МПК F24F11/00 

Изобретение относится к области регулирования параметров среды, например, в системах кондиционирования воздуха.

Известно устройство для регулирования параметров кондиционирования воздуха [1, 2], содержащее датчики и задатчики температуры и относительной влажности воздуха- соединенные с соответствующими регуляторами, состоящими из элементов сравнения и усилительно-преобразующих блоков, и исполнительные механизмы с регулирующими органами, расположенными на линии подачи теплоносителя и камеры орошения.

Недостатками известного устройства являются низкое качество регулирования (длительность переходного процесса и значительные колебания регулируемых величин) из-за большой инерционности объекта регулирования и необходимости частого изменения задания регулируемых параметров.

Задача изобретения - повышение быстродействия и снижения колебательности переходных процессов регулируемых величин. Результат достигается тем, что устройство для регулирования параметров среды в системах кондиционирования воздуха содержит датчики и задатчики температуры и относительной влажности воздуха, регуляторы, состоящие из элементов сравнения и усилителей-преобразователей, исполнительные механизмы с установленными соответственно на линии подачи теплоносителя и камеры орошения регулирующими органами, снабжено последовательно соединенными дискретными дифференциаторами с запоминанием, входы которых соединены с соответствующими элементами сравнения, и блоками обратной связи, содержащими логические элементы, быстродействующие реле и реле с замедлением на срабатывание, выходы которых соединены с соответствующими усилительно-преобразующими блоками регуляторов.

В существующих технических решениях для регулирования параметров среды не использовались дискретные дифференциаторы с запоминанием, соединенные с блоками обратной связи, содержащими логические элементы, быстродействующие реле с замедлением на срабатывание в предложенной совокупности с ранее известными блоками, что дает новый положительный эффект, а именно повышает качество регулирования (уменьшение длительности и снижение колебательности переходных процессов).

На чертеже представлена структурная схема предложенного устройства для регулирования параметров среды в системах кондиционирования воздуха.

Устройство содержит: объект регулирования - помещение 1; датчики: соответственно - температуры воздуха 2 и относительной влажности воздуха 3; задатчики: соответственно - температуры воздуха 4 и относительной влажности воздуха 5; регуляторы: соответственно - температуры воздуха 10 и относительной влажности воздуха 11, содержащие элементы сравнения 6, 7 и усилительно-преобразующие блоки 8, 9; дискретные дифференциаторы с запоминанием 12, 13; блоки обратной связи 20, 21, содержащие логические элементы 14, 15, быстродействующие реле 16, 17, реле с замедлением на срабатывание 18,19; исполнительные механизмы с регулирующими органами 22, 23, установленные на линии подачи теплоносителя и камеры орошения.

Работу устройства рассмотрим на примере стабилизации температуры воздуха в помещении. Стабилизация относительной влажности воздуха осуществляется аналогично.

Сигнал с датчика температуры 2, пропорциональный текущему значению температуры воздуха в помещении, и сигнал с задатчика 4, пропорциональный заданному в данный момент времени значению температуры воздуха, поступают на элемент сравнения 6 регулятора температуры воздуха 10, где эти два значения сравниваются и определяется их разность, т.е.

ε (t) = x(t) - x₀, (1)
где x(t) - текущее значение температуры, снимаемое с датчика 2;
x₀ - сигнал задающего воздействия, снимаемый с задатчика величины регулируемого параметра 4;
ε(t) - сигнал рассогласования.

Полученный на элементе сравнения 6 регулятора 10 сигнал рассогласования ε(t) поступает на вход усилительно-преобразующего блока 8 регулятора 10, где усиливается и в соответствии с выбранным алгоритмом регулирования (пропорциональным, пропорционально-интегральным или пропорционально-интегрально-дифференциальным) вырабатывается регулирующий сигнал z, поступающий на исполнительный механизм с регулирующим органом 22, расположенным на линии подачи теплоносителя, изменяя подачу теплоносителя так, чтобы уменьшить величину рассогласования ε(t). Так работает устройство для регулирования параметров среды, выбранное в качестве прототипа.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигнал рассогласования ε(t) с элемента сравнения 6 регулятора 10 поступает одновременно и на дискретный дифференциатор с запоминанием 12, в котором сравнивается с величиной рассогласования ε(t-T), запомненной дискретным дифференциатором в предыдущий момент срабатывания регулятора, где T - период повторения импульсного регулирующего сигнала z регулятора 10. Одновременно в ячейки памяти дискретного дифференциатора с запоминанием 12 вместо значения ε(t-T) запоминается новое значение рассогласования ε(t).

В дискретном дифференциаторе с запоминанием 12 формируется вспомогательный регулирующий сигнал
z₁(t) = [ε(t)-ε(t-T)]+ε(t), (2)
Рассмотрим подробнее выражение (2). Первые два члена правой части выражения (2) являются приближенным сигналом производной сигнала ε(t), а третий член - сигнал модуля рассогласования ε(t).

Выходной сигнал блока 12 состоит из суммы приближенного значения производной сигнала рассогласования ε(t) и модуля значения рассогласования ε(t).

Сигнал z₁(t) с дискретного дифференциатора с запоминанием 12 поступает на логический элемент 14 блока обратной связи 20. В зависимости от знака z₁(t), логический элемент 14 блока обратной связи 20 переключает параметры блока 20 в состояние форсированного или умеренного регулирования, в соответствии с которым последний выдает сигнал обратной связи z_об(t) той или иной интенсивности на усилительно-преобразующий блок 8 регулятора 10.

Рассмотрим более подробно работу блока обратной связи 20. Перепишем выражение (2) в следующем виде

где - приближенное значение производной сигнала ε(t). На логический элемент 14 величина z₁(t) может поступать с дискретного дифференциатора с запоминанием 12 в четырех видах:
- производная возрастает, модуль возрастает;
- производная убывает, модуль возрастает;
- производная убывает, модуль убывает;
- производная возрастает, модуль убывает.

Логический элемент 14 блока обратной связи 20 в первых двух случаях направит сигнал z₁(t) на быстродействующее реле 16, в третьем и четвертом случаях - на реле с замедлением на срабатывание 18. Таким образом, с блока обратной связи 20 дополнительный регулирующий сигнал z_об(t) поступи на усилительно-преобразующий блок 8 регулятора 10, где окажет свое корректирующее воздействие на величину ε(t), поступившую с элемента сравнения 6 на усилительно-преобразующий блок 8, в зависимости от величины и знака производной (t) и модуля величины ε(t).

Если задание x₀ регулирующего параметра в интервале времени между импульсами T не изменяется, или очень мало изменяется, то величина разности ε(t) и ε(t-T) будет мала, и величина дополнительного сигнала, поступающего из блока обратной связи 20 на усилительно-преобразующий блок 8 регулятора 10, будет также мала, т.е. практически можно считать, что ε(t) = ε(t-T). Такое значение рассогласований появляется в момент установившегося значения регулируемой величины, равной заданному значению регулируемой величины.

Если во время переходного процесса в момент времени между импульсами T разность между ε(t) и ε(t-T) будет значительно отличаться от нуля, то в блоке обратной связи 20 с помощью быстродействующего реле 16, образуется форсирующий дополнительный сигнал z_об(t), поступающий на вход усилительно-преобразующего блока 8 регулятора 10, что компенсирует значительные инерционности объекта регулирования, уменьшает время переходного процесса и сглаживает колебания регулируемой величины.

Если же в момент времени между импульсами T произойдет изменение заданного значения регулируемой величины, то разность между ε(t) и ε(t) будет значительна и роль блока обратной связи еще больше возрастет для ускорения переходного процесса и выхода регулируемой величины на новое заданное значение.

Умеренное регулирование, т. е. включение логическим элементом 14 блока обратной связи 20 реле с замедлением на срабатывание 18 будет в том случае, если производная возрастает или убывает, а модуль рассогласования убывает, и реле с замедлением на срабатывание позволяет избежать колебательности переходного процесса за счет дополнительного сигнала обратной связи z_об(t) на усилительно-преобразующий блок регулятора. Такой режим работы устройства наблюдается ближе к концу переходного процесса.

Введение в устройство регулирования параметров среды кондиционирования воздуха дискретного дифференциатора с запоминанием и блока обратной связи, содержащего логический элемент, быстродействующее реле и реле с замедлением на срабатывание, позволяет следить за изменением задания, уменьшить колебательность переходных процессов в режиме слежения за изменением задания, сократить длительность переходных режимов, частично компенсируя значительные инерционные свойства объекта регулирования, и тем самым обеспечить высокое качество регулирования.

Источники информации
1. Халамейзер М.Б. Автоматические установки искусственного климата. М.: Машиностроение, 1969, с. 139.

2. Нефелов С. В., Давыдов Ю.С. Техника автоматического регулирования в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1984, с. 22 - 40.

Изобретение используется в системах кондиционирования воздуха. Устройство содержит датчики и задатчики температуры и относительной влажности, регуляторы, состоящие из элементов сравнения и усилителей преобразователей, и исполнительные механизмы с регулирующими органами, расположенными на линиях подачи теплоносителя и камеры орошения. Введение в устройство последовательно соединенных дискретных дифференциаторов с запоминанием, входы которых соединены с соответствующими элементами сравнения, и блоков обратной связи, содержащих логические элементы, быстродействующие реле и реле с замедлением на срабатывание, выходы которых соединены с соответствующими блоками регуляторов, позволяет следить за изменением задания, уменьшить колебательность переходных процессов в режиме слежения за изменением задания, сократить длительность переходных процессов, частично компенсируя значительные инерционные свойства объекта регулирования. Техническим результатом является обеспечение высокого качества регулирования. 1 ил.

Устройство для регулирования параметров среды, содержащее датчики и задатчики температуры и относительной влажности, регуляторы, состоящие из элементов сравнения и усилителей-преобразователей, и исполнительные механизмы с регулирующими органами, расположенными на линиях подачи теплоносителя и камеры орошения, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными дискретными дифференциаторами с запоминанием, входы которых соединены с соответствующими элементами сравнения, и блоками обратной связи, содержащими логические элементы, быстродействующие реле и реле с замедлением на срабатывание, выходы которых соединены с соответствующими усилительно-преобразующими блоками регуляторов.