Цифровой имитатор воздушных давлений Советский патент 1986 года по МПК G05D16/20 

ю

О) СП

ю

00

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано при метрологической аттестации измерителей давления.

Цель изобретения - повышение точности регулирования абсолютных воздушных давлений и упрощение конструкции цифрового имитатора воздушных давлений.

На фиг. 1-3 изображены функциональные схемы цифрового имитатора воздушных давлений, блока выделения разности и блока вычисления производной соответственно.

Цифровой имитатор воздушных давлений содержит блок 1 следящего пневмопитания, предназначенный для следящего регулирования двух давлений (вакуума): первого, выще, и второго, ниже величины текущего значения заданного давления (вакуума). Блок 1 следящего пневмопитания имеет источники 2 и 3 давления и вакуума, ресиверы 4 и 5 пониженного и повышенного давления, электропневмоклапаны 6, 7 и 8, 9, через которые ресиверы 4 и 5 пониженного и повышенного давлений подключаются к источнику 2 давления или источнику 3 вакуума, первый и второй пневмоэлектрические нуль-органы 10 и 11 перепада давления, имеющие две герметичные полости, разделенные мембраной, по обе стороны которой размещены электроды, электрически соединенные с входами управления соответствующих электропневмоклапанов 6, 7 и 8, 9. Выход ресивера 4 пониженного давления соединен пневматически с первой полостью нуль-органа 10 и является первым выходом 12 блока 1 следящего пневмопитания. Выход ресивера 5 повышенного давления соединен с первой полостью нуль-органа 11 и является вторым выходом 13 блока 1 следящего пневмопитания. Вторые полости нуль-органов 10 и 11 пневматически соединены с управляющим входом 14 блока 1 следящего пневмопитания.

Первый и второй блоки 15 и 16 электропневмоклапанов содержат м. параллельно соединенных электропневмоклапанов с массами пневмосопротивле.ний соответственно , ..., 4, 2, 1. К электропневмоклапанам блока 15 параллельно подключен электропневмоклапан 17 «О младщего разряда с массой 2 пневмосопротивления.

Блоки 15 и 17, а также блок 16 электропневмоклапанов пневматически подключают выходы 12 и 13 блока 1 следящего пневмопитания соответственно к ресиверу 18 заданного давления.

Цифровой имитатор воздущных давлений содержит также источник 19 задающего сигнала, например ЦВМ, в которой по известным программам вычисляют коды управления в соответствии с законами изменения барометрической высоты и скорости воздущного потока летательного аппарата для формирования соответствующих давлений в ресивере 18 заданного давления.

Управляющие входы блоков 15-17 соединены соответственно с выходами блока 20 управления и с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21.

Выходы ресивера 18 заданного давления пневматически соединены с управляющим входом 14 блока 1 следящего пневмопитания, с входом объекта 22 испытания и с входом преобразователя 23 давление-код.

Преобразователь 23 давление-код предназначен для преобразования давлений в ресивере 18 в соответствующие их величинам двоичные арифметические коды, имеет пневмоход и электрический выход в виде и-разрядного двоичного кода, шипы которого поразрядно подключены к первым входам 24 блока 25 выделения разности. Выход источника 19 задающего сигнала поразрядно соединен с вторым входом 26 блока 25 выделения разности и входом 27 блока 28 вычисления производной.

Блок 25 выделения разности между кодом управления, формирующимся в источнике 19 задающего сигнала, и кодом обратной связи, формирующимся преобразователем 23, имеет первый 24 и второй 26 входы в виде п-разрядного двоичного кода, первый прямой и второй инверсный выходы 29 и 30 знакового разряда и третий информационный выход 31 в виде и-разрядного двоичного кода. Выход 29 соединен с входом 32 блока 20 управления. Выход 30 соединен с входом РО младшего разряда сумматора 33 коррекции, первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21, а также с входом 34 блока 20 управления. Выход 31 соединен поразрядно с входами А, А, ..., An сумматора 33 коррекции. Входы Bi, 62, ..., Вп сумматора 33 коррекции соединены поразрядно с выходом 35 блока 28 вычисления производной. Выход Si младщего разряда сумматора 33 коррекции соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21. Выходы Sz, 5з, ..., 5ш+1 сумматора 33 коррекции соединены с входами блока 36 двухвходовых элементов ИЛИ. Выходы Sm+z, .--, Sn сумматора 33 коррекции соединены с входами многовходового элемента ИЛИ 37, выход которого подсоединен к вторым входам блока 36. Многовходовой элемент ИЛИ 37 и блок 36 двухвходовых элементов ИЛИ позволяют легко выбирать нужное количество электропневмоклапанов в соответствии с заданными точностью и наибольшим быстродействием т выходов двухвходовых элементов ИЛИ 36 поразрядно соединены с т информационными входами 38 блока 20 управления. Блок 25 выделения разности содержит сумматор 39, инвертор 40, блок 41 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Входы Л 1,2, ..,Ап сумматора 39 являются первым п-разрядным входом 24 блока 25 выделения разности. Входы Si,

Вг, ---, В„ сумматора 39 являются вторым п-разрядным входом 26 блока 25 выделения разности.

Вход РО сумматора 39 соединен с выходом Р„ знакового разряда, с входом инвертора 40 и является прямым выходом 29 блока 25 выделения разности. Выходы Si, S2, ..., Sn информационных разрядов сумматора 39 соединены с первыми входами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 41, вторые входы которых соединены с выходом инвертора 40 и являются инверсным выходом 30 блока 25 выделения разности. Выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ блока 41 являются информационным выходом 31 блока 25 выделения разности.

Блок 28 вычисления производной содержит регистр 42, блок 43 вычитания, регистр 44, генератор 45, делитель 46, элемент 47 задержки.

Вход 27 блока 28 вычисления производной поразрядно соединен с входами D, Di, ..., Dn регистра 42 и с инверсными входами А, AZ, ..., Лл блока 43 вычитания, вторые входы Вь В2, ..., Вп которого соединены с выходами регистра 42 перезаписи. Выходы блока 43 вычитания соединены с входами DI, DZ, ..., Dn регистра 44 перезаписи, выход которого является п-разрядным выходом 35 блока 28 вычисления производной. Последовательно соединены генератор 45 импульсов, делитель 46 частоты и элемент 47 задержки, выход которого подключен к входу синхронизации регистра 42, а выход делителя 46 - к входу синхронизации регистра 44.

Цифровой имитатор воздушных давлений работает следующим образом.

Коды управления с источником 19 задающего сигнала, например ЦВМ, вычисленные в соответствии с законами изменения барометрических высоты и С1 орости летательного аппарата, в виде двоичных арифметических кодов поступают на входы блоков выделения разности 25 и вычисления производной 28.

Преобразователь 23 давление-код производит измерение текущего значения давления в ресивере 18 заданного давления. Информация с преобразователя 23 в виде празрядного двоичного кода поступает на инверсные входы 24 сумматора 39 блока 25 выделения разности, на выходах которого формируется величина рассогласования в виде двоичного арифметического кода и знак рассогласования. При этом, если в знаковом разряде (выход Р„) сумматора 39 сформирован сигнал логической единицы, работает блок 15 электропневмоклапанов и электропневмоклапан 17, а если логический ноль, то работает блок 16 электропневмоклапанов. В первом случае давление в ресивере 18 понижается, во втором случае повышается, т. е. знак ошибки рассогласования указывает направление изменения давления в ресивере 18. При равенстве кодов, формируемых преобразователем 23, и кодов управления в ресивере 18 устанавливается давление, пропорциональное управляющему сигналу источника 19 задающего сигнала.

Величина скорости изменения давления в ресивере 18 является величиной, обратной величине суммарного веса пневмосопротивлений электропневмоклапанов, включенных в данный момент времени, и определяется, как код результата суммирования кода рассогласования с кодом производной от управляющего сигнала. При этом несмотря на то, что в блоке 16 электропневмоклапан младшего разряда отсутствует, величина скорости изменения давления в ресивере 18 может принять любое из значений, как в сторону понижения, так и в сторону повышения пневмодавлений, от нулевого значения - когда все электропневмоклапаны закрыты, - до максимального значения, когда все электропневмоклапаны открыты. Электропневмоклапан 17 младшего разряда при уменьшении давления в ресивере 18 работает на суммирование скоростей, а при увеличении давления - на вычитание скоростей. Например, если необходимо обеспечить наименьшую скорость увеличения давления, в ресивере 18 открываются клапан с наибольшим пневмосопротивлением () блока 16, соединяющий ресивер 18 с ресивером 5 повышенного давления, и электропневмоклапан 17 младшего разряда, соединяющий ресивер 18 с ресивером 4 пониженного давления. Через первый клапан воздух с ресивера 5 поступает в ресивер 18, повышая давление в последнем,а одновременно с этим через второй клапан 17 младшего разряда с ресивера 18 перетекает в ресивер 4 пониженного давления, уменьшая давление в ресивере 18 заданного давления. В результате в ресивере 18 давление повышается со скоростью, вдвое меньшей скорости натекания через клапан с пневмосопротивлением блока 16, т. е. количество значений скоростей натекания, так же как и количество значений скоростей сброса, равно .

Пусть необходимо с определенной постоянной скоростью уменьшать давление в ресивере 18. При высокодинамичном контуре регулирования ошибка рассогласования (величина кода на информационных выходах блока 25) должна быть равна нулю. Но для обеспечения необходимой скорости уменьшения давления в ресивере 18 нужен сигнал (двоичный арифметический код), в соответствии с которым должны быть открыты нужные электропневмоклапаны блоков 15 и 17. Этот сигнал (величина кода управления электропневмоклапанами) формируется блоком 28 вычисления производной и поступает на вторые В, Вч, ..., Вп входы сумматора 33 коррекции, на первые А, А-2, ..., А„ входы которого поступает текущее значение нулевого по величине кода рассогласования. Суммарныи код, т. е. код производной от сигнала управления, поступает через последовательно соединенные блок 36 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блок 20 управления на управляющие входы электропневмоклапанов блока 15 с одной стороны и через элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 21 на управляющий вход электропневмоклапана 17 младщего разряда с другой стороны, поддерживая нужную скорость уменьшения давления в ресивере 18, опорожняя последНИИ через открытые электропневмоклапаны. Электропневмоклапаны блока 16 при этом закрыты. При необходимости увеличить давление в ресивере 18 с определенной скоростью, клапаны блока 15 закрываются, а блока 16 и электроклапан 17 открываются в соответствии с величиной кода производной от управляющего воздействия, напуская воздух из ресивера 5 повышенного давления в ресивер 18 заданного давления. При этом в момент, когда клапан 17 открыт, через него воздух из ресивера 18 заданного давления переходит в ресивер 4 пониженного давдения уменьшая тем самым суммарную скорость увеличения давления в ресивере 18. При этом, если по какой-либо причине величина кода на выходе сумматора 33 коррекции становится большим , то на всех разрядах кода управления электропневмоклапанами блока 15 или 16 электропневмоклапанов появляются также «Лог. 1, открывая последние, и воздух с наибольшей скоростью опорожняет (в случае уменьшения) или наполняет (в случае увеличения) воздух в ресивере 18 заданного давления. Чувствительные элементы пневмоэлектрических нуль-органов 10 и 11 настраиваются на определенный перепад давления, при достижении которого чувствительный элемент занимает среднее положение (между электрическими контактами). Так как одни полости нуль-органов 10 и 11 пневматически соединены с ресивером заданного давления, а другие полости пневматически соединены с ресиверами 4 и 5 пониженного и повышенного давлений, то, например, при понижении давления в ресивере 18 заданного давления мембраны в нуль-органах 10 и 11 прогибаются навстречу одна другой, замыкая внутренние контакты, сигналы с которых открывают Электропневмоклапаны 7 и 8. Воздух с ресиверов 4 и 5 пониженного и повышенного давления вытекает в источник 3 вакуума. Давление в ресиверах 4 и 5 уменьшается, до тех пор, пока мембраны в соответствующих нуль-органах 10 и 11 снова не перемещаются в среднее положение, т. е. до моментов закрывания клапанов 7 и 8 с помощью размыкания внутренних контактов. И наоборот, если давление в ресивере 18 заданного давления увеличивается, мембраны нульорганов 10 и 11 прогибаются в противоположном направлении. Замыкаются внещние контакты, сигналы с которых открывают Электропневмоклапаны 6 и 9. Воздух из источника 2 давления натекает в ресиверы 4 и 5 пониженного и повышенного давлений. Давление в последних повышается. Мембраны нуль-органов 10 и 11 возвращаются в среднее положение. Размыкаются внешние контакты. Закрываются клапаны 6 и 9. Таким образом происходит слежение уровней давления в ресиверах 4 ниже, а в ресивере 5 выше, чем в ресивере 18 во всем диапазоне регулирования. Изменением начальных значений перепадов на нуль-органах 10 и 11 достигается выбор нужных скоростей на электропневмоклапанах блоков 15 и 16 и электропневмоклапана 17. Формула изобретения Цифровой имитатор воздушных давлений, содержащий блок следящего пневмопитания, состоящий из источников давления и вакуума, ресиверов пониженного и повышенного давления и двух пар электропневмоклапанов, через которые ресиверы пониженного и повышенного давлений подключены к источникам вакуума и давления, выход ресивера пониженного давления соединен с первым, а выход ресивера повышенного давления - с вторым выходами блока следящего пневмопитания, ресивер заданного давления, первый и второй блоки электропневмоклапанов, преобразователь давление-код с пневматическим входом и rt-разрядным выходом, источник задающего сигнала с «-разрядным выходом, блок выделения разности с п-разрядными первым и вторым входами, первым прямым и вторым инверсным выходами знакового разряда и третьим информационным п-разрядным выходом, блок управления с первым и вторым управляющими входами, с m информационными входами и двумя группами выходов, причем первый и второй входы ресивера заданного давления пневматически через первый и второй блоки электропневмоклапанов соединены соответственно с ресиверами пониженного и повышенного пневмодавления, ресивер заданного давления первым и вторым выходами соединен с входом объекта испытания и входом преобразователя давление-код, выходы преобразователя давление-код и источника задающего сигнала поразрядно соединены соответственно с первым и вторым входами блока выделения разности, соединенного прямым и инверсным выходами знакового разряда с первым и вторым входами блока управления, первая и вторая группа выходов блока управления поразрядно соединена с входами управления первого и второго блоков электропневмоклапанов соответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулирования абсолютных воздушных давлений и упрощения конструкции, в него введен дополнительный электропневмоклапан «О младшего разряда с массой 2™ пневмосопротивления, блок вычисления производной с «-разрядными входом и выходом, первый сумматор коррекции с «-разрядными первым и вторым входами и третьим входом младшего разряда, п-разрядным выходом, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок двухвходовых элементов ИЛИ, многовходовый элемент ИЛИ, блок следяш,его пневмопитания содержит первый и второй пневмоэлектрические нуль-органы перепада давления с первым и вторым пневматическими входами и первым и вторым электрическими выходами, первый и второй блоки электропневмоклапанов содержат т параллельно соединенных электропневмоклапанов, выполненных с массами , 2, ..., 4, 2, 1 пневмосопротивлений, блок выделения разности содержит сумматор с первыми инверсными, вторыми прямыми входами и третьим входом младшего разряда, информационными и знаковыми выходами, инвертор и блок ИСКЛЮЧАЮЩИХ ИЛИ, блок вычисления производной содержит первый и второй регистры перезаписи, блок вычитания, генератор, делитель частоты и элемент задержки, дополнительный электропневмоклапан «О младшего разряда параллельно соединен с электропневмоклапанами первого блока электропневмоклапанов, управляющий вход дополнительного электропневмоклапана соединен с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первые пневматические входы нуль-органов соединены с выходами ресиверов пониженного и повышенного давлений, а вторые входы - с третьим выходом ресивера заданного давления, первый и второй электрические выходы пневмоэлектрических нуль-органов соединены с управляющими входами соответствующих пар электропневмоклапанов блока следящего пневмопитания, выход источника задающего сигнала дополнительно соединен с входом блока вычисления производной, первые входы сумматора коррекции поразрядно соединены с третьими

информационными выходами блока выделения разности, вторые входы сумматора коррекции поразрядно соединены с выходом блока вычисления производной, третий вход сумматора коррекции соединен с вторым инверсным выходом блока выделения разности и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход младшего разряда сумматора коррекции соединен с вторым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выходы средних разрядов сумматора коррекции непосредственно соединены с первыми, а выходы старших разрядов сумматора коррекции через многовходовой элемент ИЛИ - с вторыми входами блока двухвходовых элементов ИЛИ, выходы которого соединены с информационными входами блока управления, причем выходы элементов блока элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с информационными выходами блока выделения разности и третьими выходами блока выделения разности, первые входы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединены с информационными выходами сумматора, вторые входы - с выходом инвертора и вторым инверсным выходом блока выделения разности, выход знакового разряда сумматора соединен с входом инвертора, третьим входом младщего разряда сумматора и первым выходом блока выделения разности, инверсные входы сумматора соединены с первыми, а прямые входы сумматора - с вторыми входами блока выделения разности, входы первого регистра перезаписи и первые инверсные входы блока вычитания поразрядно подключены к входу блока вычисления производной, выходы первого регистра перезаписи поразрядно соединены с вторыми прямыми входами блока вычитания, выходы которого через второй регистр перезаписи соединены с входом блока вычисления производной, выход генератора соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен непосредственно с входами синхронизации второго и через элемент задержки первого регистров перезаписи.

Фи.г

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано при испытаниях пневматических приборов. Цель изобретения - повышение точности регулирования абсолютных воздушных давлений и упрощение конструкции. Устройство содержит источники давления и вакуума, сообшающиеся через систему клапанов и ресиверы с объектом испытания, в котором программным путем изменяется давление. Изменение программы осуш.ествляется цифровым способом с помош,ью преобразователя давление-код, источника задаюшего сигнала, блока управления и электроклапанов, проходные сечения которых выполнены в соответствии с массой двоичных разрядов, что способствует повышению точности задания необходимых давлений и упрошает конструкцию устройства. 3 ил.