ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ С КОРРЕКЦИЕЙ ПО УРОВНЮ В ЕМКОСТИ-СБОРНИКЕ Российский патент 2009 года по МПК G05D7/00 G05D9/12 

Изобретение относится к системам автоматического цифрового регулирования, функционирующим в условиях высокого уровня контролируемых и неконтролируемых возмущений, и может найти применение в нефтехимической, пищевой и других отраслях промышленности.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является система автоматического регулирования расхода флегмы с коррекцией по уровню в сборнике, содержащая блок расчета корректировочного коэффициента по текущему значению уровня, элемент сравнения, регулятор расхода и объект регулирования (Белоусов Г.Г., Лебедев В.В. Регулятор расхода с коррекцией по уровню. Сб. трудов 12-й Международ. науч. конф. "Математические методы в технике и технологиях" (ММТТ-12). Том 5. Секции 11, 12. Новгород, гос. ун-т. Великий Новгород, 1999. С.166-167).

В системе регулирования для изменения задания регулятору расхода жидкости рассчитывается корректировочный коэффициент по экспериментальной зависимости между коэффициентом и уровнем жидкости в сборнике.

Недостатком этой системы является неудовлетворительное качество стабилизации расхода жидкости в условиях значительных колебаний уровня в емкости-сборнике, так как нелинейность экспериментальной зависимости между коэффициентом и уровнем жидкости, связанная с ограниченным числом опытов, вызывает существенные скачки величины рассогласования, поступающего на вход регулятора расхода жидкости.

Техническая задача предлагаемого изобретения - повышение качества стабилизации расхода жидкости с коррекцией по уровню в емкости-сборнике в условиях значительных колебаний уровня, вызванных различными возмущениями.

Поставленная задача достигается тем, что в цифровой системе регулирования расхода жидкости с коррекцией по уровню в емкости-сборнике, содержащей последовательно соединенные элемент сравнения - сумматор, цифровой регулятор расхода жидкости, объект регулирования, охваченные обратной связью, новым является то, что в нее дополнительно введены цифровые корректирующие пропорциональный и интегральный регуляторы, элементы сравнения, блок включения корректирующего пропорционального регулятора и фильтр низких частот, при этом на вход фильтра низких частот поступают текущие значения уровня жидкости в емкости-сборнике с выхода объекта регулирования, а выход фильтра низких частот соединен через введенный элемент сравнения со входом корректирующего интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения - сумматора, кроме того, текущие значения уровня жидкости поступают на вход блока включения корректирующего пропорционального регулятора, а выход блока включения соединен через второй введенный элемент сравнения со входом корректирующего пропорционального регулятора, выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения - сумматора.

Технический результат изобретения выражается в том, что повышается качество стабилизации расхода жидкости из емкости-сборника за счет цифровой коррекции по интегральному закону задания регулятору расхода жидкости по отфильтрованным (сглаженным) значениям уровня в емкости-сборнике, кроме того, в алгоритм коррекции включается пропорциональный регулятор при значительных колебаниях уровня жидкости, что исключает возможность опорожнения или переполнения емкости-сборника.

Совокупность новых признаков в сочетании с известными сообщают предлагаемому изобретению новые свойства, обеспечивающие повышение качества регулирования в условиях действия на объект контролируемых и неконтролируемых возмущений, за счет цифровой коррекции задания регулятору расхода жидкости по интегральному и пропорциональному законам.

На чертеже показана функциональная структурная схема для реализации предлагаемой системы. Схема содержит цифровые корректирующие пропорциональный 1 и интегральный 2 регуляторы, цифровой регулятор 3 расхода жидкости, объект, включающий внутренний канал 4 ("процент хода регулирующего органа - расход жидкости из емкости-сборника") и внешний канал 5 ("расход жидкости из емкости-сборника - уровень жидкости в емкости-сборнике"), блок 6 включения корректирующего пропорционального регулятора, фильтр 7 низких частот, элементы сравнения 8, 9 и элемент сравнения - сумматор 10.

На схеме введены следующие обозначения: у³ - задающее воздействие по уровню жидкости; е_П, е_И, е¹ - сигналы рассогласования на регуляторы; u_П, u_И, u¹ - управляющие сигналы от регуляторов; у¹ - расход жидкости из емкости-сборника; у² - уровень жидкости в емкости-сборнике; - отфильтрованный сигнал уровня жидкости.

Цифровая система регулирования работает следующим образом.

По сигналам рассогласования е_П и е_И цифровые корректирующие пропорциональный 1 и интегральный 2 регуляторы вырабатывают сигналы, поступающие на элемент сравнения - сумматор 10:

где i - индекс такта квантования сигналов (квантование осуществляется по времени с длительностью такта Т₀); q_П, q_И - настроечные параметры цифровых регуляторов.

На элементе сравнения - сумматоре 10 вычисляется рассогласование е¹:

Цифровой регулятор 3 расхода жидкости по сигналу рассогласования е¹ вырабатывает управляющее воздействие u¹ на вход объекта (внутренний канал регулирования 4) в соответствии с алгоритмом цифрового регулирования:

где m - порядок цифрового регулятора; q¹(l) - настроечные параметры регулятора

С выхода объекта (внешний канал регулирования 5) сигнал у² поступает на входы блока 6 включения корректирующего пропорционального регулятора и фильтра 7 низких частот.

Блок 6 обеспечивает включение цифрового корректирующего пропорционального регулятора 1 только при выходе уровня жидкости у² в емкости-сборнике из области "плавного" регулирования (область задается минимальным и максимальным значениями уровня - и Если выполняется условие то корректирующий пропорциональный регулятор 1 отключен. Если уровень жидкости у² выходит за установленные границы то корректирующий пропорциональный регулятор 1 включается в работу (сигналы у² и у³ поступают на элемент сравнения 8 для формирования рассогласования е_П (1)). Регулятор 1 исключает возможность опорожнения или переполнения емкости-сборника.

Фильтр 7 низких частот обеспечивает расчет отфильтрованного сигнала уровня жидкости по следующему алгоритму:

где а - фактор сглаживания

Т - постоянная времени фильтра; Т₀ - длительность такта квантования сигналов.

Отфильтрованный сигнал уровня жидкости поступает на элемент сравнения 9 для формирования величины рассогласования е_И (2) и обеспечивает плавную корректировку задающего воздействия цифрового регулятора 3 расхода жидкости.

Предложенная система позволяет повысить динамическую точность регулирования расхода жидкости по уровню в емкости-сборнике в условиях действия различных возмущений за счет цифровой коррекции по интегральному закону задания регулятору расхода жидкости по отфильтрованным (сглаженным) значениям уровня и включения пропорциональной составляющей в алгоритм коррекции при выходе уровня из области "плавного" регулирования.

Система содержит последовательно соединенные элемент сравнения - сумматор, цифровой регулятор расхода жидкости, объект регулирования, охваченные обратной связью, цифровые корректирующие пропорциональный и интегральный регуляторы, элементы сравнения, блок включения корректирующего пропорционального регулятора и фильтр низких частот. Текущие значения уровня жидкости в емкости-сборнике с выхода объекта регулирования поступают на вход фильтра низких частот и на вход блока включения корректирующего пропорционального регулятора. Изобретение позволяет повысить динамическую точность регулирования расхода жидкости по уровню в емкости-сборнике в условиях действия различных возмущений за счет цифровой коррекции по интегральному закону задания регулятору расхода жидкости по отфильтрованным (сглаженным) значениям уровня и включения пропорциональной составляющей в алгоритм коррекции при выходе уровня из области "плавного" регулирования. 1 ил.

Цифровая система регулирования расхода жидкости с коррекцией по уровню в емкости-сборнике, содержащая последовательно соединенные элемент сравнения - сумматор, цифровой регулятор расхода жидкости, объект регулирования, охваченные обратной связью, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены цифровые корректирующие пропорциональный и интегральный регуляторы, элементы сравнения, блок включения корректирующего пропорционального регулятора и фильтр низких частот, при этом на вход фильтра низких частот поступают текущие значения уровня жидкости в емкости-сборнике с выхода объекта регулирования, а выход фильтра низких частот соединен через введенный элемент сравнения со входом корректирующего интегрального регулятора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения - сумматора, кроме того, текущие значения уровня жидкости поступают на вход блока включения корректирующего пропорционального регулятора, а выход блока включения соединен через введенный второй элемент сравнения со входом корректирующего пропорционального регулятора, выход которого соединен со вторым входом элемента сравнения - сумматора.