Программный регулятор Советский патент 1986 года по МПК G05B19/04 

гателем, размещенным, в измерительном приборе . При на ождешп фото- злементов над светлой частью диаграммной лвиты выходной сигнал измерительного моста 9 равен нулю. В этом случае Мсжсимальной. величины с необходимой полярностью обеспечивается с помощью задатч1н а напряжения 17, выходной сигнал которого 1соммут1 руется из переключателей 12 шш 13 в зависимости от знака рассогласования при срабатывании пороговых элементов 14 и 15. Для обес- нечегтил автоматического выхода регу- лируемого нараметра на заданное значение, например, при нахождетпп сро тозламентов 5 и G слева от программной полосы, необхо/димо подать уп- равля оп,пй снг11ал на трехпозиционный урелейги, элемент 16 по шине 34, при

i

1 зобретение относится к автоматическому управлений и предназначено для использования в системах нрограм много регулирования параметров тех- пологи шстсих процессов, например температуры, расхода, давления и др.

Цель изобретения - повьшение точности регулятора за счет устранения зависимости: абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулнрования.

Па фиг. 1 изобралсена структурная cxet. a программного регулятора; на фи1 , 2 - фрагмент температурного режима процесса но заданной во времени программе, когда датчиком является, например, термо.электрический преобразователь; на фиг. ,3 пример нанесения программы, приведенной на фиг. 2, на диаграммную ленту лентопротяжного механизма измерительного прибора, когда, например, диапазон его измеретшя составляет мБ; на фиг, 4 - ждущий мультивибратор , на фнг. 5-диаграммы напряжений эдуще- I o мульти.вибратора.

На фиг. 2 и 3 обозначено: S -- нер мещепие диаграммной ленты, мм; t - время, ч; Т, - длительность сигнала мультивибратора.

Программньш регу:1ятор содержит измерительный ирнбор 1, программный

этом включается переключатель 13, который соединяет один из выходов задатчнка нанряжения 17 с входом формирователя закона регулирования 21 через дифференциальный усилитель 18, ключ 19 и элемент памяти 20. При нахолщемии фотоэлементов справа от программной полосы, например, если в момент включения устройства в. работу температура в объекте регулирования значительно выше программного значения, необходимо подать уп равляющий сигнал но шине 35, при этом включается переключатель J 2 и на формирователь 21 подается максимальный входной сигнал такой полярности, которая обеспечивает уменьшепне выходного сигнала формирователя 21 до нулевого значения. 5 ил.

задатчик 2, выполненный в виде лентопротяжного механизма измерительного прибора 1, на диаграммной ленте которого нанесена программа 3 для регулируемого параметра в/ виде затемнен- ных полосок определенной шнрины и затемненных полосок 4 по -краям, диаграммной ленты - программа на пере- ключепие ступеней компенсации. Перпепдикулярно перемещению диаграммной ленты перемещаются фотоэлементы 5-8, прикрепленные (жестко связанные) к нодвижному узлу регистрации измерительного прибора 1 и оптически связанные с программным задатчиком 2, фотоэлементы 5 и 6 включены в смежные плечи измерительного м0ста 9, а фотоэлементы 7 и 8 - во входные цепи пороговых элементов Ю и П..

Кроме того, регулятор содержит переключатели 12 и 13, нороговые элементы 14 и 15,-трехпозиционный релейный элемент J6, задатчик напряжения 17, дифференциальный усилитель 18,

ключ 19, элегчент памяти 20, формирователь закона регулирования 21, элементы И 22 и 23, элемент I-ffiH-HE 24, жду- 1ЩЗЙ мультивибратор 25, реверсивный счетчик 26 импульсов, формирователь

уравновешивающего напряжения 27, элемент НЕ 28, исполнительный орган 29,

объект регулирования 30, датчик 31, подключенный к входу измерительного прибора 1, дешифратор 32 и блок индикации 33. По шинам 34 и 35 подаются управляющие сигналы Программа спра- на и Программа слева на трехпо- зиционньй релейный элемент 16 для первоначального включения регулятора ,в работу.

Программа регулирования задается путем нанесения отрезков темных полос 3 на диаграммную ленту лентопротяжного механизма измерительного прибора 1. Ширина затемненных полосок программной кривой определяется рас- стояниями между центрами светочувствительных слоев фотоэлементов 5 и 6, ширина вспомогательных полосок 4 по краям ленты значения не имеет, а имеет значение точность нанесения первого края для правой полоски и правого края для левой полоски. Расстояние от этих краев до центра программной кривой в точке переключения должно быть равно длине отрезка, соединяющего центр фотоэлемента 7 или 8 с серединой отрезка, соединяющего центры фотоэлементов 5 и 6.

На фиг. 2 и 3 S - перемещение диаграммной ленты, мм;

S V-t, . . :

где V - скорость перемещения диаграммной ленты, мм/ч; t - время, ч.

Ордината графиков на фиг. 2 и фиг. 3 показана для случая, когда скорость перемещения диаграммной ленты измерительного прибора равна 20 мм/ч.

Графш и на фиг. 2 и 3 наглядно показывают,.как происходит преобразование непрерьшной программной кривой до вида программы предлагаемого регу- лятора .

Устройство работает, следующим образом.

Предварительно подготавливают программу, которую задают на диаграммной ленте. Диаграммная лента приводится в движение синхронным двигателем через редуктор, который конструктивно размещен в измерительном приборе 1. Скорость двшкения диаграммной ленты при задании программы является коор- динатой времени, а ширина диаграммной ленты - координатой величины регулируемого параметра.

При включении устройства для обработки заданной программы в зависимости от рассогласования мевду задаваемой и действительной величинами регулируемого параметра величина выходного сигнала измерительного моста 9 зависит от разницы освещенности фотоэлементов 5 и 6, которые могут находиться над затемненной полосой 3, слева от нее или справа. При нахождении фотоэлементов над светлой частью диaгpa мнoй ленты выходной сигнал измерительного моста равен ну лю, та к как оба фотоэлемента одинаково освещены. В этом случае сигнал максимальной величины с необходимой полярностью на входе формирователя закона регулирования 21 обеспечивается с помощью задатчика напряжения 17, выходной сигнал которого коммутируется одним из переключателей I2 ; или 13 в зависимости от знака рассогласования между действительной величиной регулируемого параметра и его заданным значением к при срабатывании пороговых элементов 14 и 15.

Трехпозиционный релейный элемент 16 обеспечивает на одном из своих вьшодов сигнал при срабатывании соответствующего порогового элемента 14 или 15, которые выставлены на уровен несколько выше напряжения, снимаемого с фотоэлементов 5 и 6 при их полном освещении, т.е. пороговые элементы 14 и 15 срабатывают при выходе соответствующих фотоэлементов 5 и 6 па светлую часть диаграммной ленты. При отключенных пороговых элементах 14 и 15 на выходах трехпозиционного релейного элемента 16 сигнал отсутствует, а при их одновременном сра- батьшании, что возможно только в момент включения устройства в работу и нахождении фотоэлементов 5 и 6 над светлой частью диаграммной ленты, состояние трехпозицнонного релейного элемента 16 неопределенное, т.е. на любом из его выходов может присутствовать сигнал.

Для обеспечения ,автоматического выхода регул1фуемого параметра на заданное значение, например при нахождении фотоэлементов 5 и б слева от программной полосы необходимо подать управляющий сигнал на трехпози- ционный релейный элемент I6 по шине 34, при этом сигнал с его выхода включает переключатель 13, который

соединяет одиц- из выходов задатчика напряжения М с входом формирователя закона 1 е гулирования 2J через диффе- ренциаЛьньш усилитель 18, ключ 19 и элемент памяти 20 задавая тем самым входной сигнал на формирователь закона 21 такой величины и нолярности, чтобы обеспечить его максимальньй выходной сигнал. При нахождении фотоэлементов справа от программной полосы, например, если в момент включения

15

20

25

30

устройства в работу температура в объекте регулирования значительно выше программного значения, необходимо подать управляющий сигнал на трехиозиднонный релейньш элемент 16 по шине 35, при этом сигнал с его выхода включит переключатель 12 и аналогично omicaiHioMy на формирователь закона регулирования 21 подается максимальный входной сигнал такой полярности, которая обеспечивает уменьшение выходного сигнала формирователя закона регулирования 21 до пулевого значения.

Рассмотрим работу остальной части схемы для случая программного регулирования, температуры,

В качества измерительного прибора могут, например, использоваться ав- тo aтичecкиe микровольтметры на ба- зе одноканальных приборов серии КС4 с пределами измерения , 0-500, 0-1000 мкВ. Как видно из фнг„ 2 и 3 цена стуненн комненсадии определяется пределом измерения измерительного прибора и в случае применения мик-- ровольтметров на приборах серии.КС4 может быть равна 250, 500 пли 1000 мкВ При включении программпого регулятора 1 Е работу начинается разогрев объекта, что вызьшает перемещение узла регистрадии измергггельного прибора 1, а значит и жестко связанных с ним фотоэлементов 5-8 по. программе первой ступени. Когда указатель измерительного прибора 1 доходит до конечной отметки шкалы, фотоэлемент 8 оказывается на половину затемненным и срабатывает пороговый элемент И, выходной сигнал которого через элемент И 23 поступает на вход лря- мого счета реверсивного счетчика импульсов 26, выходной код которого становится эквивалентным единице и формирователь уравновешивающего на-- пряжения выдает на своем выходе напряжение, равное одной ступени ком12Д7840 . 6

пенсации. Узел регистрации нереме- щается li начало шкалы и процесс разогрева объекта продоллсается. Когда узел доходит до конца шкапы, то фор- 5 мируется импульс нереклгочения на следующую ступень и т.д.

Иа участках снада температуры при перемещении узла регистрации от кон- . ца шкалы к началу, когда указатель 10 находится на начальной отметке шкалы, фотоэлемент 7 оказывается на половину, затемненным, срабатывает пороговый элемент -10 и сигнал с его выхода через Ьлемент И 22 поступает на вход обратного с чета реверсивного счетчика импульсов на выходе фор- формирователя уравновешивающего напряжения сигнал уменьшается на вели- чипу одной ступени компенсации,. Таким образом, каж,цый импульс по входу прямого счета реверсивного счетчика импульсов 26 увеличивает выходной сиг- . нал формирователя уравновешивающего напряжения 27 на величину ступени

35

45

50

55

компенсации, а казкдыи пмнульс по входу обратного счета уменьшает выходной сигнал на величину ступепи компенсации. Для исключения ударов в работе регулятора при переключении ступеней компенсации во время перемещения узла регистрации измерительного прибора 1, сигиал С выхода элемента И 22 или элемента И 23 через элемент I-UM- ИЕ 24 поступает на вход вдущего мультивибратора 26, Ждущий мультивибратор 25 формирует сигнал (фиг. 5) длительностью Tj . Длительность сигнала Т должна быть болыпе времени неремеще- ния узла регистрации измерительного прибора через всю шкалу. Сигнал поступает на управляющий вход ключа 19, который отключает выход дифференциального усилителя 18 от входа элемента намяти 20, исключая тем самым удар в работе регулятора.

Одновременно сигнал через элемент ИЕ 28 закрывает элементы И 22 и 23, которые не пропускают сигналы с пороговых элементов 10 или 1 1 .на входы реверсивного счетчика импульсов 26 на время Т,.

Оценим погрешность регулятора. Основной составляющей погрешности регулятора является абсолютная погрешность измерительного прибора 1, которая равна

/

Л-А iVj-Joo

компенсации, а казкдыи пмнульс по входу обратного счета уменьшает выходной сигнал на величину ступепи компенсации. Для исключения ударов в работе регулятора при переключении ступеней компенсации во время перемещения узла регистрации измерительного прибора 1, сигиал С выхода элемента И 22 или элемента И 23 через элемент I-UM- ИЕ 24 поступает на вход вдущего мультивибратора 26, Ждущий мультивибратор 25 формирует сигнал (фиг. 5) длительностью Tj . Длительность сигнала Т должна быть болыпе времени неремеще- ния узла регистрации измерительного прибора через всю шкалу. Сигнал поступает на управляющий вход ключа 19, который отключает выход дифференциального усилителя 18 от входа элемента намяти 20, исключая тем самым удар в работе регулятора.

Одновременно сигнал через элемент ИЕ 28 закрывает элементы И 22 и 23, которые не пропускают сигналы с пороговых элементов 10 или 1 1 .на входы реверсивного счетчика импульсов 26 на время Т,.

Оценим погрешность регулятора. Основной составляющей погрешности регулятора является абсолютная погрешность измерительного прибора 1, которая равна

/

Л-А iVj-Joo

12А7840.

где - абсолютная погрешность нзме-ста 9, так как в регуляторе может

рительного нрибора;быть иснользован измерительный при-

дЛ - диапазон измерения (шкала)бор с минимальным диапазоном измереизмерительного прибора; ння вне зависимости от пределов реК( - класс точности измерительно- 5гулирования регулятора,

го-прибора. Трехпоз иционньш релейный элемент Учитывая, что К является величи-16 может быть выполнен на двух RS- ной, постоянной,для приборов однойтриггерах, двух элементах И и двух серии (например,.приборов серии КС 2,элементах И-НЕ, как в известном уст- КС А и т.д.) и не зависит от диапазо-0ройстве.

на измерения, то абсолютная погреш- ность Д зависит только от диапазона измерения л А. Чем больше дА, тем . больше абсолютная погрешность прибора.

Проведем сравнительный анализ основной составляющей погрешности регулятора (погрешности измерительного прибора 1) прототипа и предложенного регулятора для случая регулирования температуры в диапазоне 0-1600 с при использовании в качестве измерительного прибора, например, потенциометра КСП 4.

Класс точности КСП 4: К 0,5 (ТУ25-05.1290-78).

Так как в известном устройстве мы должны использовать потенциометр с диапазоном измерения 0,,.1600 С,

15

20

25

Формирователь уравновешивающего напряжения 27 может быть выполнен на цифроаиалоговом преобразователе.

Для, удобства эксплуатации програм много регулятора можно обеспечить индикацию порядкового номера ступени компенсации формирователем урав-- новешивающего напряжения 27 путем введения дешифратора 32 и блока инди кации 33. В частном случае порядковы номер ступени может совпадать с цено ступени компенсации, например .при це не ступени 1 мВ на блоке индикации высвечивается выходной сигнал формирователя 27 уравновешивающего напряжения в мБ. Нетрудно перейти от кода порядкового номера на выходе реверсивного счетчика импульсов до ин- дикацни величины выходного сигнала

то его абсолютная погрешность состав- формирователя уравновешивающего на-

ляет

,5- 8 С

В предлагаемом регуляторе может быть использован прибор КСП 4 с диапазоном измерения 0-1 мВ, абсолютная погрешность которого

перевести абсолютную погрешность, Д из мВ в с согласно граду- ировочным таблицам пр ГОСТ 3044-77, то, например, для термоэлектрическо го преобразователя ТПП она составля ет не более 7°С.

Таким образом, в пре длагаемом регуляторе значительно повышается точность за счет уменьшения основной составляющей погрешности регуля тора. Кроме того, точность регулято ра повьш1ается за счет увеличения чувствительности измерительного мп-

-

Формирователь уравновешивающего напряжения 27 может быть выполнен на цифроаиалоговом преобразователе.

Для, удобства эксплуатации программного регулятора можно обеспечить индикацию порядкового номера ступени компенсации формирователем урав-- новешивающего напряжения 27 путем введения дешифратора 32 и блока индикации 33. В частном случае порядковый номер ступени может совпадать с ценой ступени компенсации, например .при цене ступени 1 мВ на блоке индикации высвечивается выходной сигнал формирователя 27 уравновешивающего напря. жения в мБ. Нетрудно перейти от кода порядкового номера на выходе реверсивного счетчика импульсов до ин- дикацни величины выходного сигнала

формирователя уравновешивающего на-

пряжения 27 при любой цене ступени квантования.

Использование данного регулятора для программного регулирования ратуры электропечей позволяет резко повысить качество регулирования температуры за счет постоянно работы регулятора вблизи рабочей точки программы. .

Формулаизобретения

Программный регулятор, содержащий датчик параметра объекта регулирова- ния, подключенный к измерительному прибору, к подвижному узлу регистрации которого прикреплены два фотоэлемента, оптически связанных с программным задатчиком и включенных в

50 смежные плечи измерительного моста, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих переключателей и с входами соответствующих пороговых элементов, выходы которых подJ5 ключены к входам релейного трехпо- зиционного элемента, выходы которого соединены с управляющими входами соответствующих переключателей, вторые

входы которых соединены с соответст вующими выходами задатчика напряжения, формирователь закона регулирования, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности ре- гулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулирования, в него введены третий и четвертьй фотоэлементы, оптически связанные с програм- мным задатчиком, два элемента И, третий и четвертый пороговые элементы, элемент ИЛИ-ИЕ, элемент НЕ, реверсив- ньц 1 счетчик, формирователь уравновешивающего напряжения, ключ, ждущий мультивибратор, элемент памяти, диф ференциальный усилитель, выходы третьего и четвертого фотоэлементов со- ответственно через третий и четвертый

поррговые элементы подключены к пер- 20 чика параметра объекта регулировым входам соответствующих элементов

И, с вторыми входами которых -соединен выход эл емента НЕ, а выходы эле- ментов И подключены к входам элемента ИЛИ-НЕ и входам реверсивного счетчика, соединенного своими выходами с входами фо1)мирователя уравновешивающего напряжения, выход элемента ИЛИ- НЕ подключен к входу яадущего мультивибратора, вькод которого соединен с входом элемента НЕ и с управляющим входом 1слюча, выход которого через элемент памяти подключен к входу формирователя закона регулирования, а вход ключа соединен с выходом дифференциального усилителя, входы которого подключены к выходам соответст- вующих переключателей, а выходы формирователя уравновешивающего напряжения подключены в цепь датвания.

nooipOMfiHaa кридоя

...х -Р;;; -- ; -

Стцтна компенсации (герно -з.З.с.1 Рие.г

-sj

Поограппа на переклю е - те cmynfHeif компенсоц

(fneoffo-з..с.1 Фиг.З

Н8

Изобретение относится к технике: , автоматического управления к предназ- 1йачено для использования в системах програмЬшого регулирования параметров технологических процессов например температуры, расхода, давления и др. Цель изобретения - повышение точности регулятора за счет устранения зависимости абсолютной ошибки регулирования от диапазона регулирования. Диаграммная лента с программой приводится в движение дви- J«J5 (Л ю 4ib sj 00 J Ipai.r

&

Фиг Л

Фиг. 5

Составитель А. Исправникова Редактор И. Сегляник Техред В.Кадар Корректор;В. Бутяга

4124/47

Тираж 836 . Подписное ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4