Регулятор Советский патент 1984 года по МПК G05B11/01 G05B11/16 

Изобрстение отнЬсится к устройст вам двухпочиционного регулирования и может найти применение в нефтяной газовой и химической промышленности при регулировании амплитуды выходного сигнала вибрационно-мастотных пре образователей плотности и расхода. Известен регулятор, содержащий датчик, усилитель, фильтр, синхронный детектор, фильтр нижних частот, сумматор, усилитель и двигатель, вал которого соединен с управляющим входом задатчика амплитуды вибраций, вход которого подключен к выходу генератора рабочей частоты, а выход к входу второго усилителя, генератор несущей частоты, выходом подключенный к входу датчика перемещений и входу выпрямителя, выход которого непосредственно и через задающий потенциометр подключен к второму и третьему входам сумматора 1j . Известен также регулятор, содержащий первый компаратор, последовательно соединенные задатчик, первый резистор, операционный усилитель и интегратор, неинвертирующим выходом через второй резистор подключенный к входу операционного усилителя, и второй компаратор, выходом подключенный к управляющему входу первого ключа, выходом подключенного к управ ляющему входу регулируемого ограничителя, первым выходом соединенного с выходом операционного усилителя, датчик амплитуды вибраций, второй ключ и усилитель, первым входом подключенный к выходу датчика амплитуды вибраций и к первым входам первого и второго компараторов, а выходом к сигнальному входу первого ключа, второй, третий и четвертый выходы задатчика соединены с вторыми входами соответственно усилителя, первовторого компараторов, выход nep вого компаратора соединен с управляю щим входом второго ключа, соединенного первым выводом с вторым выводом регулируемого ограничителя, а вторым выводом с входом операционного уси лителя zl. Недостатком данных регуляторов является ни;1кая точность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является регулятор, содержащий первый компаратор, последовательно соединенные задатчик, третий ключ, первый резистор операционный усилитель и интегратор, неинвертирующим выходом через второй резистор подключенный к входу операционного усилителя, и второй компаратор, выходом подключенный к управляющему входу первого ключа, выходом подключенного к управляющему входу регулируемого ограничителя, первым выводом соединенного с выходом операционного усилителя, датчик амплитуды вибраций, второй ключ и усилитель, первым входом подключенный к выходу датчика амплитуды вибраций и к первым входам первого и второго компараторов, а выходом - к сигнальному входу первого ключа, второй, третий и четвертый выходы задатчика соединены с вторыми входами соответственно усилителя, первого и-второго компараторов, выход первого компаратора соединен с управляющим входом второго ключа, соединенного первым выводом с вторым выводом регулируемого ограничителя, а вторым выводом - с входом операционного усилителя, и последовательно соединенные фильтр, блок ограршчения, выпрямитель и элемент И-НЕ. соединенный вторьпи входом первого ключа, а выходом - с первым входом триггера, соединенного вторым входом с четвертым выходом задатчика, а выходом - с управляющим входом третьего ключа, вход фильтра соединен с выходом операционного усилителя 31. Недостатком известного регулятора также является низкая точность. Целью изобретения является повьщ1ение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе, содержащем первый ключ, блок сравнения, последовательно соединенные первый задатчик и первый компаратор, последовательно соединенные второй задатчик и второй компаратор, последовательно соединенные RS-триггер, второй ключ и усилитель, последовательно соединенные датчик и согласующий преобразователь, подключенный выходом к вторым входам первого и второго компараторов, входы блока сравнения подключены к выходам соответственно первого и второго компараторов, а выход подключен к R-входу RS-триггера и управляющему входу первого ключа, соединенного сигнальным входом с сигнальным входом второго ключа и выходом датчика.

31

На фиг. 1 представлена структурная схема регулятора; на фиг. 2 диаграммы выходных напряжений основных блоков регулятора.

Регулятор содержит датчик 1, согласующий преобразователь 2, первый и второй компараторы 3 и 4, первый и второй задатчики 5 и 6, блок 7 сравнения, RS-триггер 8, первый и второй ключи 9 и 10, усилитель 11, исполнительный механизм 12, вторичный преобразователь 13, элемент 14 выделения модуля, низкочастотный фильтр 15, сумматор 16, двухпозиционный релейный блок 7, сумматор 18, двухпозиционный релейный блок 19.

Регулятор работает следующим образом.

Датчик 1 измеряет амплитуду вибраций и формирует на своем выходе частотно-модулируемый сигнал и , который поступает на сигнальные входы ключей 9 и 10, в качестве которых могут быть применены, например, управляемые вентили, на первый вход вторичного преобразователя 13, который предназначен для измерения частоты и коэффициента затухания выходного напряжения датчика 1, на первый вход согласующего преобразователя 2. Согласующий преобразователь 2 служит для согласования выхода датчика 1 и входов компараторов 3 и 4 и осуществляет преобразование частотно-модулированного напряжения на выходе датчика 1 в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде огибающей выходного напряжения U датчика 1. В качестве согласующего преобразователя могут быть применены, например, амплитудный детектор или последовательно соединенные блок 14 вьщеления модуля и низкочастотный фильтр 15. Выходное напряжение U согласующего преобразователя 2 поступает на вторые входы компараторов 3 и 4, на первые входы которых поступают напряжения Uc и U с выходов задатчиков 5 и 6. Задатчики 5 и 6 конструктивно могут быть выполнены, например, как в виде двух отд шьных конструктивных блоков, так и в ввде одного конструктивного блока , имеющего два выхода, на которых формируются два различных напряжения и с и и. Компараторы 3 и 4 сравнивают выходное напряжение U2 согласующего преобразователя 2 с выходными напряжениями Us и U задатчиков

164

5 и 6, где и 5 il, и формируют M;I своих пыходах напряжения U и которые являются логическими счиналами, принимающими значения О или 1 в зависимости от значений напряжений на их входах. Структурно компаратор 3 (или 4) может быть выполнен в виде последовательного соединения алгебраического сумматора 16 (или 18)

и двухпозиционного релейного блока 17 (или 19).

Если выходное напряжение 2 согласующего преобразователя 2 меньще выходного напряжения задатчика 5 ((),

то на выходах компараторов 3 и 4 формируются выходные напряжения и . Выходные напряжения и и 0 компараторов 3 и 4 поступают на входы блока 7 сравнения и на его

выходе формируется напряжение . Выходное напряжение блока сравнения поступает на управляющий вход первого ключа 9 и на R-вход RS-триггера 8.

Ключ 9 работает по закону у rUi при , I О при и 0. При поступлении на управляющий вход ключа 9 выходного напряжения

блока 7 сравнения ключ 9 остается в исходном (т.е. закрытом) состоянии, и на его выходе формируется напряжение ()п-0

При поступлении на К-вход RS-триггера 8 выходного напряжения блока 7 сравнения триггер 8 формирует на своем выходе напряжение , которое поступает на управляющий вход ключа 10.

Ключ 10 работает по закону

(I Г прии8 1, 0 LO при .

При поступлении на управляющий вход ключа 10 выходного напряжения

триггера 8 ключ 10 формирует на своем выходе напряжение U,(J,, которое поступает на вход усилителя 11. Выходное напряжение И, - о где К - коэффициент передачи усилителя 11, поступает на вход исполнительного механизма 12, в качестве которого используется чувствительный элемент датчика.

Если выходное напряжение Ug согласующего преобразователя 2 больше выходного напряжения U задатчика 5, но меньше выходного напряжения U задатчика 6 .(т.е. ), то на вы51ходе компаратора 3 формируется напря жение , а на выходе компаратора 4 - . Выходные напряжения и компараторов 3 и 4 поступают на вход блока 7 сравнения, на выходе которого формируется напряжение , ко торое поступает на управляющий вход ключа 9 и R-вход RS-триггера 8. При поступлении на управляющий вход ключа 9 выходного напряжения Ll,-1 блока 7 сравнения ключ 9 открывается и на его выходе формируетс напряжение которое поступает на второй вход вторичн,ого преобразователя 13. При поступлении на R-вход RS-триг гера 8 выходного напряжения блока 7 сравнения RS-триггер 8 не срабатывает (т.е. не меняет своего состояния). Выходное напряжение поступает на управляющий вход ключа 10, который остается в открытом состоянии, и его выходное напряжение U,,. Выходное напряжение ключа 10 поступает на вход ycш иteля 11, на выходе которого формируется напряжение и,-К,-Цр, которое поступает на вход исполнительного механизма 12 Если выходное напряжение 2 согла сующего преобразователя 2 больше выходного напряжения U задатчика 5 и больше выходного напряжения (Jg (т.е. (J2) то на вькоде компаратора 3 формируется напряжение , а на выходе компаратора 4 - . Выходные напряжения U 1 и U(| 1 компараторов 3 и 4 поступают на вход блока 7 сравнения, на выходе Ko-iopoго формируется напряжение , которое поступает на управляющий вход ключа 9 и R-вход RS-триггера 8. При поступлении на управляющий вход ключа 9 выходного напряжения (jy. блока 7 сравнения ключ 9 возвра щается в исходное состояние и на его выходе формируется напряжение Uq--() При поступлении на R-вход RS-триг гера b выходного напряжения бло ка 7 сравнения Р5-триггер 8 опрокидывается, т.е. на его выводе формиру 166 etcH напряжение (JQ 0, Выхс дмсте напряжение и о 0 поступает ня упр авляюци1н вход ключа 10, который эакрываетсй, и на его выходе формируется напряжение ( 0. Возбуждение колебаний чувствительного элемента датчика прекращается и он переходит в режим свободных затухающих колебаний до того момента времени, когда U станет меньше И (т .е , U2 :U9) . При цикл работы регулятора повторяется, так как на выходе блока 7 сравнения снова появляется выходное напряжение , и RS-триггер 8 опрокидывается (т.е. его выходное напряжение Ug становится равным 1). Выходное напряжение RS-триггера 8 поступает на управляющий вход ключа 10, открывая его. Указанные отличительные особенности позволяют увеличить точность регулятора примерно на 30%. Кроме того, преимуществом регулятора является то, что возбуждение колебаний осуществляется в автоколебательном режиме, когда усиленное выходное напряжение и датчика в фазе снова поступает на его вход, причем частота колебаний отслеживает собственную частоту чувствительного элемента датчика, которая несет информацию о плотности контролируемой среды. При указанном режиме возбуждения перерегулировка значительно уменьшается, что примерно на 8% повьщ1ает точность и оперативность измерений, а значительное уменьшение (примерно на 80%) мощности возбуждающего сигнала повышает надежность регулятора примерно на 20% и позволяет в два раза поднять верхнюю границу измерения плотности и расхода газожидкостной смеси. При близком выборе уровня уставок Ugj-U fUj регулятор осуществляет режим стабилизации амплитуды выходного сигнала датчика, и частота срабатывания блока управления ключом пропорциональна массовому расходу контролируемой газожидкостной смеси, что значительно упрощает схему вторичного преобразователя.

РЕГУЛЯТОР, содержащий первый ключ, блок сравнения, последовательно соединенные первый задатчик и первый компаратор, последовательно, соединенные второй задатчик и второй компаратор, последовательно соединен {ые RS-триггер, второй ключ и усилитель, последовательно соединенные датчик и согласующий преобразователь, подключенный вьгходом к вторым входам первого и второго компараторов, о тличающийся тем, что, с целью повьшения точности регулирования, в нем входы блока сравнения подключены к выходам соответственно первого и второго компараторов, а выход подключен к R-входу RS-триггера и управляющему входу первого ключа, соединенного сигнальным входом с сигнальным входом второго ключа и выходом датчика.