СТРУЙНО-ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 2022 года по МПК G05B11/44 

Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.

Из уровня техники известен пневматический полупропорциональный регулятор, принцип действия которого основан на использовании управляющего воздействия в зависимости от знака ошибки, равной разности между значением контролируемого параметра и его заданием, а также от скорости изменения этой ошибки [1]. Полупропорциональный регулятор состоит из пропорционального регулятора, узла задержки на такт и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора. Пропорциональный регулятор включает в себя элемент сравнения, в обратной связи которого расположен делитель, состоящий из переменного и постоянного дросселей, изменение соотношения проводимостей которых приводит к изменению коэффициента усиления разности входных давлений. Узел формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и её скорости от задания состоит из элементов сравнения и узла предварения, реализующих регулирующее воздействие в зависимости от величины и знака сигнала ошибки и её производной. Все комплектующие прототипа выполнены из мембранных элементов универсальной системы УСЭППА.

Недостатком такого полупропорционального регулятора является низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам,

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия регулирования за счет использования в полупропорциональном регуляторе компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности прототипом является пропорциональный регулятор, состоящий из подвижной части, включающей в себя пластину, подвешенную на газовой опоре, входной дифференциальной пневматической схемы, считывающего элемента в виде узла типа «считывающее сопло-заслонка», пневматического мембранного усилителя мощности, при этом подвижная часть представляет собой пластину, жестко соединенную с двумя соплами газовой опоры, а считывающий элемент охвачен двумя соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности, образующего регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления, большим единицы. Обеспечивается повышение чувствительности и быстродействия за счет использования измерительной компенсационной схемы силового действия струи на подвижную преграду и регистрации этого воздействия с помощью пневматической компенсационной схемы [2].

Принципом работы указанного решения, как и настоящего изобретения, является применение измерительной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду, однако настоящее изобретение реализует работу регулятора в полупостоянном режиме.

Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-пневматический полупропорциональный регулятор состоит из пропорционального регулятора, узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и её скорости от задания, отличающийся тем, что выход струйно-пневматического пропорционального регулятора соединен через отключающее реле с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими элементами сравнения, причем первый элемент сравнения включает встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым элементом знака ошибки, а второй элемент сравнения содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым элементом определения знака скорости.

На фиг.1 представлена схема струйно-пневматического полупропорционального регулятора, состоящего из пропорционального регулятора 1 и узла 2 формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания. Все блоки регулятора представляют собой струйно-пневматические устройства одинаковой конструкции чувствительных элементов, мембранных усилителей и обратных связей. В пропорциональный регулятор 1 и в узел 2 входят: чувствительный элемент - пластина 3, подвешенная на газовой опоре 4. Входной узел регулятора 5 представлен соплами 6 и 7, находящихся под давлением переменного параметра и давлением задания соответственно. Для регистрации угла поворота пластины под действием струй предусмотрен считывающий узел, выполненный в виде сопла 8 и заслонки 9, жестко закрепленной на пластине 4. Между соплом 8 и питающим дросселем 10 расположена междроссельная камера 11, связанная с входом усилителя мощности 12. Выход усилителя 12 связан с входом элемента 13, реализующего функцию «Запрет» и управляемым командой от элемента 30, и с соплом обратной связи 14. Для смещения нулевой точки регулятора используется сопло 15, находящееся под давлением . Для компенсации силового действия струи, исходящей из сопла 8, предусмотрено компенсационное сопло 16, соединенное с междроссельной камерой 11. Сопло 8 совместно с усилителем 12 и соплом обратной связи 14 образует регенеративную обратную связь, которая придает стабильное исходное положение подвижной системе.

Изменение коэффициента усиления пропорционального регулятора 1 достигается путем вращения винта 17 и последующим изменением соотношения плеч и , определяющих расстояния от осей симметрии газовой опоры 4 до входных сопел 6 и 7, и от газовой опоры 4 до оси симметрии заслонки 9 соответственно.

Выход пропорционального регулятора равен:

Узел 2 формирует управляющую команду на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, и состоят из двух пороговых элементов 18, 19 и одного блока предварения 20.

Пороговый элемент 18 определяет знак ошибки между опорным давлением и выходным давлением регулятора . При положительном знаке ошибки выходной сигнал порогового элемента 18 выдает сигнал . При отрицательном - - выдается сигнал .

Блок предварения 20 включает интегральное звено, состоящее из переменного сопротивления 21, устанавливающего постоянную времени предварения, емкости постоянного объема 22, точного расходного повторителя 23 и выходного сопла 24, расположенное нормально к пластине 4. Питание расходного повторителя 23 осуществляется через постоянный дроссель 25. Входное сопло 26 блока предварения связано с выходом регулятора , а выход блока предварения 20 равен:

где - постоянная времени блока предварения 20; - объем емкости 22; - проводимость переменного сопротивления 21.

Выходной канал блока предварения 20 связан с соплом 27 порогового элемента 19, на который также поступают сигнал через сопло 28 и сигнал выхода регулятора для его сокращения через сопло 29.

Положительному знаку скорости соответствует выходной сигнал порогового элемента 19 , отрицательному - .

Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов и поступают на вход элемента 30, реализующего функцию равнозначности:

Сигнал служит командой, определяющей условия отключения регулятора с помощью элемента 26, работающему по функции «Запрет». При , когда знаки ошибки и ее скорости не совпадают, то есть , регулируемая величина приближается к заданному значению. При , когда знаки и совпадают (), регулируемая величина удаляется от заданного значения.

[1] Берендс Т.К., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Юдицкий С.А. Элементы и схемы пневмоавтоматики. М., Машиностроение, 1976. С.144-146.

[2] Патент РФ №2018116604, 04.05.2018. Струйно-пневматический пропорциональный регулятор // Патент России №2676362, 28.12.2018. Бюл. № 1. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Тютяев Р.Е., Макаров А.В.

Изобретение относится к области автоматических систем регулирования, в частности к пневматическим автоматическим регуляторам. Устройство состоит из пропорционального регулятора и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и её скорости от задания. Выход струйно-пневматического пропорционального регулятора соединен через отключающее реле с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими пороговыми элементами. При этом первый пороговый элемент включает встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу – пластине - сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым элементом знака ошибки, а второй пороговый элемент содержит сопла, соединенные с блоком предварения определения знака скорости. Технический результат заключается в повышении быстродействия регулирования за счет использования в полупропорциональном регуляторе компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду. 1 ил.

Струйно-пневматический полупропорциональный регулятор состоит из пропорционального регулятора и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, характеризующийся тем, что выход струйно-пневматического пропорционального регулятора соединен через отключающее реле с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими пороговыми элементами, причем первый пороговый элемент включает встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине - сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым элементом знака ошибки, а второй пороговый элемент содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым элементом определения знака скорости.