СТРУЙНО-ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОЛУПОСТОЯННО РАБОТАЮЩИЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ (ПИ) РЕГУЛЯТОР Российский патент 2022 года по МПК G05B11/36 G05B1/11 G05B6/05 G05B11/44 

Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.

Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегральный регулятор, состоящий из мембранных пропорционального регулятора и интегрального звена, соединенных с помощью сумматора [1]. Пропорциональный регулятор включает в себя элемент сравнения, в обратной связи которого расположен делитель, состоящий из переменного и постоянного сопротивлений, изменение соотношения проводимостей которых приводит к изменению коэффициента усиления разности входных давлений. Интегральное звено выполнено на базе апериодического звена, состоящего из переменного сопротивления и постоянного объема, включенных в цепь положительной обратной связи. Все комплектующие прототипа выполнены из мембранных элементов универсальной системы УСЭППА.

Недостатком такого регулятора являются низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам, и применяемая схема, основанная на непрерывном слежении разности между переменным параметром и заданием.

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия за счет применения регенеративной обратной связи в компенсационной схеме, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду и полупостоянно работающего пропорционально-интегрального регулятора.

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, основанной на использовании 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 по пропорционально-интегральному закону регулирования и обеспечивает работу регулятора в полупостоянном режиме.

Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-пневматический полупостоянно работающий пропорционально-интегральный регулятор, состоящий из струйно-пневматического пропорционально-интегрального регулятора и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, характеризующийся тем, что стабильное исходное положение подвижной части регулятора обеспечивается за счет регенеративной обратной связи, в которую входит чувствительный элемент пластина, угол поворота которой регистрируется узлом типа «сопло-заслонка», двумя компенсационными соплами, расположенными до и после усилителя мощности, обладающего коэффициентом усиления по давлению, большим единицы, причем струйно-пневматический пропорционально-интегральный регулятор соединен с отключающим реле, работающим по функции «Запрет» и с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими пороговыми элементами, причем первый пороговый элемент содержит встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым сигналом знака ошибки, а второй элемент содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым сигналом знака скорости.

На фиг. 1 представлена схема струйно-пневматического полупостоянно работающего пропорционально-интегрального регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального регулятора 1, узла 2 формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины от задания и узла 3 формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой скорости от задания. В пропорционально-интегральный регулятор входит чувствительный элемент - пластина 4, подвешенная на газовой опоре 5, дифференциальная схема, включающая сопла 6 и 7, из которых вытекают струи воздуха под давлением переменного сигнала и постоянного давления задания . Для регистрации угла поворота пластины 4 под действием силовых воздействий 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.

Аналогичную конструкцию имеют все элементы струйно-пневматической системы в рассматриваемом регуляторе и имеющие одну и ту же нумерацию.

Выходной канал усилителя 12, находящийся под давлением , соединен с соплом обратной связи 13 и интегрирующим звеном, в который входит:

- переменное сопротивление 14;

- постоянная емкость 15 объемом ;

- точный повторитель 16, изменяющий давление замкнутой камеры на расходный сигнал.

Питание точного повторителя осуществляется через постоянный дроссель 17. Выходной канал регулятора связан с логическим элементом 18, реализующим функцию «Запрет» и управляемый командой от узлов 2 и 3. Выход интегрирующего звена соединен с соплом 19 смещения нулевой точки.

Выход пропорционально-интегрального регулятора равен:

где - коэффициент усиления, - постоянная времени интегрирующего звена, равная , где - проводимость переменного сопротивления 14, - газовая постоянная, - абсолютная температура.

Для компенсации силового действия струи, исходящей из сопла 8, предусмотрено компенсационное сопло 20, соединенное с междроссельной камерой 11. Изменение коэффициента усиления регулятора 1 достигается путем вращения винта 21 и последующим изменением соотношения плеч и , определяющих расстояния от осей симметрии газовой опоры 5 до входных сопел 6, 7 и от газовой опоры 5 до оси заслонки 9, соответственно. Сопло 8 совместно с усилителем 12 и соплом обратной связи 13 образует регенеративную обратную связь, которая придает стабильное исходное положение подвижной системе.

Узлы 2 и 3 формируют управляющую команду на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания и состоят из двух пороговых элементов 22, 23 и блока предварения 24. Пороговый элемент 22 определяет знак ошибки между опорным давлением , формируемым задатчиком давления 25, силовым действием струи из сопла 26 и выходным давлением регулятора , подаваемого к соплу 27. При положительном знаке ошибки выходной сигнал порогового элемента 22 выдает сигнал . При отрицательном - - выдается сигнал .

Узел 3 состоит из порогового элемента 23 и блока предварения 24. Блок предварения 24 включает в обратную связь интегрирующее звено, состоящее из переменного сопротивления 28, устанавливающее постоянную времени предварения, емкости постоянного объема 29, точного расходного повторителя 30 и выходного сопла 31, расположенного нормально к пластине 4. Питание точного повторителя осуществляется через постоянный дроссель 32. Входное сопло 33 блока предварения 24 связано с выходом регулятора , а выход блока 24 равен:

,

где - постоянная времени блока предварения 24; - объем емкости 29; - проводимость переменного сопротивления 28.

Выходной канал блока предварения 24 связан с соплом 34 порогового элемента 23. Сопло 35 связано с задатчиком 36, а выходной сигнал регулятора поступает к соплу 37. Положительному знаку скорости соответствует выходной сигнал порогового элемента 23 , отрицательному - .

Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов и поступают на вход элемента 38, реализующего функцию равнозначности:

Сигнал служит командой, определяющей условия переключения регулятора. 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.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Берендс Т.К., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Юдицкий С.А. Элементы и схемы пневмоавтоматики. М., Машиностроение, 1976. С.109-44-110 С.

[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 автоматике. Струйно-пневматический полупостоянно работающий пропорционально-интегральный регулятор, состоящий из струйно-пневматического пропорционально-интегрального регулятора и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания. При этом стабильное исходное положение подвижной части регулятора обеспечивается за счет регенеративной обратной связи, в которую входит чувствительный элемент - пластина, угол поворота которой регистрируется узлом типа «сопло-заслонка», двумя соплами, расположенными до и после усилителя мощности, при этом до усилителя мощности расположено компенсационное сопло, а после усилителя мощности расположено сопло смещения нулевой точки, причем струйно-пневматический пропорционально-интегральный регулятор соединен с отключающим реле, работающим по функции «Запрет» и с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими пороговыми элементами, причем первый пороговый элемент содержит встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым сигналом знака ошибки, а второй элемент содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым сигналом определения знака скорости. Технический результат - повышение быстродействия. 1 ил.

Струйно-пневматический полупостоянно работающий пропорционально-интегральный регулятор, состоящий из струйно-пневматического пропорционально-интегрального регулятора и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, характеризующийся тем, что стабильное исходное положение подвижной части регулятора обеспечивается за счет регенеративной обратной связи, в которую входит чувствительный элемент - пластина, угол поворота которой регистрируется узлом типа «сопло-заслонка», двумя соплами, расположенными до и после усилителя мощности, при этом до усилителя мощности расположено компенсационное сопло, а после усилителя мощности расположено сопло смещения нулевой точки, причем струйно-пневматический пропорционально-интегральный регулятор соединен с отключающим реле, работающим по функции «Запрет», и с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими пороговыми элементами, причем первый пороговый элемент содержит встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым сигналом знака ошибки, а второй элемент содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым сигналом определения знака скорости.