Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор Российский патент 2022 года по МПК G05B11/00 

Изобретение относится к области пневмоэлектрических автоматических регуляторов.

Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из мембранного пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, объединенный с помощью сумматора [1]. ПИ-регулятор включает в себя пропорциональное звено, содержащее 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 и дифференциальное звенья выполнены на базе апериодических звеньев, состоящих из постоянного объема и переменного сопротивления для изменения постоянной времени.

Недостатком такого ПИД-регулятора является низкая точность, обусловленная нелинейной характеристикой мембранных элементов сравнения, используемых в конструкции.

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности регулирования за счет использования в ПИ-регуляторе и в дифференцирующем звене линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную пластину, закрепленную на петле фотоэлектрического гальванометра, оптически связанного с мостовой электрической схемой.

Более конкретно струйно-фотокомпенсационный ПИД-регулятор состоит из струйно-фотокомпенсационных ПИ-регулятора и дифференцирующего звена, соединенные сумматором, отличающийся тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент - пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические емкость постоянного объема и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования.

Принцип работы ПИД-регулятора был частично использован в пропорциональном регуляторе [2], также основанным на использовании эффекта силового действия струи на пластину, жестко закрепленную на петле магнитоэлектрического гальванометра, в обратной связи которого располагается мостовая электрическая схема и вторичный прибор для регистрации процесса управления.

На фиг.1 представлена схема струйно-фотокомпенсационного пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора 1 и дифференцирующего звена 2. Для регистрации угла поворота чувствительного элемента - пластины 3, закрепленной на петле 4 фотоэлектрического гальванометра 5 предусмотрена оптическая схема, состоящая из зеркала 6, на которое падает луч света от источника 7, конденсора 8 и диафрагмы 9. Отраженный от зеркала луч света освещает обе половины сдвоенного фотосопротивления 10, включенного в равновесный мост 11, образованный сопротивлениями . Рамка 12 гальванометра 5 помещена в поле постоянного магнита 13, образуя при протекании тока обратной связи I магнитоэлектрический момент направленный встречно механическому моменту от силового действия струй на поверхность пластины 3.

В обратной связи ПИ-регулятора последовательно расположены делитель 14 для изменения коэффициента усиления пропорционального звена, выходной вторичный прибор миллиамперметр 15, выходное сопротивление 16 и интегральное звено, состоящее из конденсатора 17 и переменного сопротивления 18. Изменением проводимости α переменного сопротивления 18 можно менять постоянную времени интегрирования:

где - емкость конденсатора 17, - универсальная газовая постоянная, - абсолютная температура.

Входной канал ПИ-регулятора представлен двумя соплами 19 и 20, из которых вытекают струи под давлением, пропорциональным давлению переменной и давлению задания .

Звено дифференциального преобразователя (использована одна и та же нумерация однотипных компонентов схем) состоит из пневматических емкости 21 и переменного сопротивления 22 для изменения постоянной времени дифференцирования. Для получения расходного сигнала, пропорционального производной входного давления переменной используется точный повторитель 23, питание которого осуществляется через постоянный дроссель 24. Изменением проводимости β переменного сопротивления 22 можно менять постоянную времени дифференцирования:

где - объем емкости 21.

Выходной сигнал через сопло 25 воздействует на пластину 3 струей под давлением, пропорциональным выражению .

Оба выходных канала ПИ-регулятора и дифференцирующего звена поступают на сумматор 26, выходной сигнал которого равен:

где - разность давлений на входе ПИ-регулятора.

Формула (3) отражает закон ПИД-регулирования, реализованный в данном изобретении.

Библиографические данные

[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1973. С. 197-199.

[2] Патент РФ №2680614 04.05.2018. Струйно-фотокомпенсационный пропорциональный регулятор // Заявка № 2018116605, 04.05.2018. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Макаров А.В, Тютяев Р.Е.

Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор состоит из струйно-фотокомпенсационных пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, соединенных сумматором, характеризуемый тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент – пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические ёмкость постоянного объёма и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования. Технический результат - повышение точности регулирования за счет использования в ПИ-регуляторе и в дифференцирующем звене линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную пластину, закрепленную на петле фотоэлектрического гальванометра, оптически связанного с мостовой электрической схемой. 1 ил.

Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из струйно-фотокомпенсационных пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, соединенных сумматором, характеризуемый тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент – пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические ёмкость постоянного объёма и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования.