Струйно-пневматическая система регулирования соотношения двух параметров Российский патент 2024 года по МПК G05B11/50 

Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.

Из уровня техники известен пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор соотношения двух параметров, состоящий из вычислительной и регулирующей частей [1]. Регулирующая часть состоит из ПИ-регулятора, пропорциональное звено которого 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 ПИ-регулятора выполнено на базе апериодического звена, состоящего из переменного сопротивления и постоянного объема, включенных в цепь положительной обратной связи для изменения постоянной времени интегрирования. Вычислительная часть состоит из двух дроссельных сумматоров, которые формируют заданный коэффициент усиления.

Недостатком такого регулятора является низкая точность, обусловленная нелинейной характеристикой мембранных чувствительных элементов.

Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности регулирования за счет использования в пропорциональном регуляторе линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду, и за счет выполнения операции интегрирования с помощью расходного интегрального звена.

Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-пневматическая система регулирования соотношения двух параметров включает в себя вычислительную и регулирующую части, состоящие из задатчика давления, дроссельных сумматоров, пропорционально-интегрального регулятора [2], который представляет собой пропорциональный регулятор, в положительной обратной связи которого расположено интегральное звено, характеризующаяся тем, что пропорциональный регулятор состоит из чувствительного элемента - пластины, подвешенной на газовой опоре, входной дифференциальной струйной схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», охваченного двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности с коэффициентом усиления большим единицы, образующего регенеративную обратную связь, а интегральное звено состоит из переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, постоянного объёма и точного мембранного повторителя, связанного с соплом смещения нулевой точки, нормально расположенного к пластине.

На фиг. 1 представлена схема струйно-пневматической системы регулирования соотношения двух параметров. Контур регулятора соотношения представляет собой автоматическую управляющую систему, которая следит за определенным параметром объекта управления и пытается удерживать его на заданном уровне. Он состоит из нескольких элементов: объекта управления (ОУ), регулирующей переменной ведомого параметра (), мембранного исполнительного механизма (МИМ) с пропорциональным управлением, датчиков (), регулятора соотношения (РС), ведущего () и ведомого () параметров. Регулятор соотношения РС создает регулирующее воздействие, которое в условиях статического равновесия обеспечивает равенство , где представляет собой коэффициент соотношения, настраиваемый параметр. Вычислительный узел включает в себя задатчик давления и дроссельные сумматоры и , каждый из которых имеет регулируемый коэффициент усиления. Выходные давления вычислительного узла направляются на входы регулирующего узла.

Работа вычислительного узла описывается следующими статическими уравнениями:

(1)

где ; ; ; .

Так как и , систему (1) можно записать в следующем виде:

В условиях статического равновесия регулирующий узел стремится свести разности к нулю. Следовательно,

,

или

. (2)

Путём вычитания из и достигается пропорциональная зависимость между параметрами и , начальные уровни которых считаются нулевыми. Произведя подстановку выражений для и в уравнение (2), мы получим:

(3)

Из уравнения (3) следует, что установка нужного значения осуществляется с помощью регулируемых дросселей и в двух поддиапазонах: при закрытом дросселе (при ) и при закрытом дросселе (при ). Настроечные органы позволяют изменять величину в пределах от 0,1 до 10.

Регистрирующим узлом является ПИ-регулятор. В пропорциональный регулятор входит чувствительный элемент - пластина 1, подвешенная на газовой опоре 2. Входная дифференциальная схема, включающая сопла 3(1) и 3(2), из которых вытекают струи воздуха под давлением и . Для регистрации угла поворота пластины 1 под действием силовых действий струй предусмотрен считывающий узел, выполненный в виде сопла 4 и заслонки 5, жестко закрепленной на пластине 1. Между соплом 4 и питающим дросселем 6 расположена камера 7, связанная с входом усилителя мощности 8. Выходной канал усилителя 8 соединен с вторичным прибором 9 и соплом обратной связи 10. Для компенсации силового действия струи, исходящей из сопла 4, предусмотрено компенсационное сопло 11, соединенное с междроссельшой камерой 7. Изменение коэффициента усиления П-регулятора достигается путем вращения винта 12 и последующим изменением соотношения плеч и , определяющих соответственно расстояния от осей симметрии газовой опоры 2 до входных сопел 3(1), 3(2) и от газовой опоры 2 до оси сопла 4. Сопло 4 совместно с усилителем 8 и соплом обратной связи 10 образует регенеративную обратную связь, которая обуславливает равновесие подвижной системы.

Интегральное звено, расположенное в положительной обратной связи пропорционального регулятора, включает в себя переменное сопротивление 13, ёмкость 14 постоянного объёма , точный повторитель 15, на который подано давление питания через постоянный дроссель 16. Выходной канал повторителя 15 соединен с соплом 17 смещения нулевой точки. Изменением проводимости переменного сопротивления 13 можно менять постоянную времени интегрирования:

где α - проводимость переменного сопротивления 11, - универсальная газовая постоянная, - абсолютная температура.

Выходной сигнал ПИ-регулятора равен:

Библиографические данные

[1] Берендс Т.К., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Юдицкий С.А. Элементы и схемы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1976. С. 109-112.

[2] Патент РФ №2021122114, 26.07.2021. Струйно-пневматический пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор // Патент России №2773623, 06.06.2021. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Макаров А.В., Тютяев Р.Е.

Струйно-пневматическая система регулирования соотношения двух параметров включает в себя вычислительную и регулирующую части, состоящие из задатчика давления, дроссельных сумматоров, пропорционально-интегрального регулятора, который представляет собой пропорциональный регулятор, в положительной обратной связи которого расположено интегральное звено, характеризующаяся тем, что пропорциональный регулятор состоит из чувствительного элемента - пластины, подвешенной на газовой опоре, входной дифференциальной струйной схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», охваченного двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности с коэффициентом усиления, большим единицы, образующего регенеративную обратную связь, а интегральное звено состоит из переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, постоянного объёма и точного мембранного повторителя, связанного с соплом смещения нулевой точки, нормально расположенного к пластине. Принцип действия струйно-пневматической системы регулирования соотношения двух параметров основан на использовании эффекта силового действия струи. Технический результат – обеспечение высокой точности за счет линейности статической характеристики и обеспечение приемлемой динамики процесса регулирования. 1 ил.

Струйно-пневматическая система регулирования соотношения двух параметров, включающая в себя вычислительную и регулирующую части, состоящие из задатчика давления, дроссельных сумматоров, пропорционально-интегрального регулятора, который представляет собой пропорциональный регулятор, в положительной обратной связи которого расположено интегральное звено, характеризующаяся тем, что пропорциональный регулятор состоит из чувствительного элемента – пластины, подвешенной на газовой опоре, входной дифференциальной струйной схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», охваченного двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности с коэффициентом усиления, большим единицы, образующего регенеративную обратную связь, а интегральное звено состоит из переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, постоянного объёма и точного мембранного повторителя, связанного с соплом смещения нулевой точки, нормально расположенного к пластине.