Регулятор Советский патент 1986 года по МПК G05B11/26 

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к электронным техническим средствам автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), и может быть использовано в качестве аналогового регулирующего блока в управляющих системах,.

Цель изобретения - повышение точно.сти режима регулирования и уменьше- ю ние энергопотребления. На фиг.1 приведена функциональная схема регулятора на фиг.2 и 3 - диаграммы режимов работы регулятора. Регулятор содержит предварительны усилитель 1, элемент 2 корректировки сигнала уставки Норма, элемент 3 формирования режима Верхний предел нормы, элемент 4 формирования режим Нижний предел нормы, блок 5 цепей исполнительных механизмов, цепь 6 корректировки транспортного запаздывания и первую и вторую цепи 7 и 8 развязки. Элемент 2 корректировки сигнала уставки ,Норма содержит резистор 9 защиты и перестраиваемый потенциомет 10. Первая (вторая) цепь 7 (8) развяз ки содержит первый 11 (12) и второй 13 (14) развязывающие резисторы, опе рационный усилитель 15 (16), диод 17 (18) и оптрон 19 (20). Цепь 6 корректировки транспор гног запаздывания содержит нормально замкнутый контакт 21, нормально разомкнутый контакт 22, резистор 23 и пере страиваемый потенциометр 24. Элемент 4 формирования режима Нижний предел нормы содержит нормально замкнутый контакт 25, резнетор 26 и перестраиваемь1Й потенциомет 27. Элемент 3 формирования режима Верхний предел нормы содержит нормально замкнутый контакт 28, резистор 29 и перестраиваемый потенциометр 30. Блок 5 цепей исполнительных: механизмов содержит первый 31 и второй 3 триоды, первое 33 и второе 34 реле, третий 35 и четвертый 36 диоды. Устройство работает следующим образом. С помощью цепи 2 при перестройке потенциометра 10 на инвертирующие входы операционных усилителей 15 и 1 через развязывающие резисторы 11 и 1 подается измеряемый уровень напряжения и (фиг.2), соответствующий уставке Норма. Однако фактический потенциал каждого из сигналов, присутствующих на инвертирующих входах усилителей 15 и 16 (в отсутствии сигнала на входе предварительного усилителя 1), определяется как алгебраическая сумма двух сигналов - сигнала U уставки Норма и сигналов, сформированных цепями 3 и 4 формирования режимов Верхний предел нормы и НижНИИ предел нормы (Ug ) и ответственно. Фактический уровень сигнала на инвертирующем входе первого усилителя 15 выше уровня Норма и, так как, изменяя перестраиваемый потенциометр 30 цепи 3, добавляется некоторый уровень напряжения положительного знака U К уже имеющемуся потенциалу U|g, при этом получается фактический сигнал на инвертирующем входе первого усилителя 15: и, + и, N ВПц Oi регулируемый потенциометром 30. Фактический уровень сигнала U на инвертирующем входе второго усилителя 16 ниже уровня Норма Uц, так как при изменении перестраиваемого потенциометра 27 элемента 4 на этот .вход добавляется некоторый уровень напряжения отрицательного знака U,.. к уже имеющемуся потенциалу U,j, при этом получается фактический сигнал на инвертирующем входе второго усилителя 16: и« - и регулируемый потенциометром 27. Из-за наличия на входе устройства (входе предварительного усилителя 1, выполненного на базе инвертирующего включения операционного усилителя) входного сигнала, соответствующего идеальному состоянию контролируемого процесса Ug на выходе предварительного усилителя 1, появляется усиленньй и инвертированный по фазе выход-;, ной сигнал -и . Пройдя через цепь 6 (в данном случае масштабирующий резистор 23), этот сигнал -U на выходе цепи 6 должен быть компенсирован по величине равным ему, но противоположным по знаку сигналом уставки Норма, сформированным в цепи 2, так как из этого условия и выбирается уровень сигнала Норма (положение движка потенциометра 10), т.е. U . Входной сигнал Ug на входе предварительного усилителя 1, компенсиру на вьпсоде цепи 6 сигнал уставки Нор ма,, приводит к смещению уровней вхо дных сигналов на инвертирующих входах первого 15 и второго 16 операционных усилителей на величину Uy в область отрицательных значений (фиг.З). В этом случае потенциал инвертирующего входа первого усилителя 15 положителен и равен ивцц, потенциал инвертирующего входа второго усилителя 16отрицателен и равен -U . Эти потенциалы приводят к тому, что диоды 17и 18 оказываются открытыми и имеющими малую величину внутреннего сопротивления. Указанные диоды образуют цепи отрицательных обратных связей, которыми охвачены первый 15 и второй 16 усилители, которые включены по принципам инвертирующих усилителей, что обеспечивает малый коэффициент передачи таких усилителей. В выходных цепях первого 15 и второго 16 усилителей протекают малые величины выходного тока, не вызывающие срабатывание оптронов 19 и 20. Таким образо.м регу лятор отключен от блока 5 цепей исполнительных механизмов. Описанное положение сохранится и во всех других случаях, пока входной сигнал UOY приведенный к инвертируювхщим входам первого 15 и второго 16 усилителей, не превысит по абсолютной величине уровней верхнего и и„„ нижнего пределов нормы, т.е. не изменится знак фактического сигнала на входе одного из усилителей 15 или 16. Предположим, что на входе устройства сигнал Ug настолько возрос, что будучи приведенным к инвертирующему входу первого ОУ (при приведении з знак этого сигнала меняется за счет предварительного усилителя 1), он изменит знак фактического сигнала на ртом входе на отрицательный (второй ОУ при таком изменении входного сигнала только еще сильней подзапрется) В этом случае закрывается диод 17, резко возрастает коэффициент передачи первого усилителя 15 и его выходной ток обеспечивает срабатывание оптрона 19, который открывает триод 31, включив, тем самым, цепи первого реле 33. При этом нормально замкнутые 1 944 контакты 28 этого реле размыкаются, отключая от инвертирующего входа первого-усилителя 15 цепь 3 формирования режима Верхний предел нормы контролируемого параметра, нормально замкнутые контакты 2 размыкаются, увеличивая резистивность цепи 6, уменьшая тем самым коэффициент передачи цепи 6 для входного сигнала, группы нормально разомкнутых контактов первого реле 33 могут быть использованы для включения силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов, причем исполнительные механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, тобы добиться вновь запирания первого усилителя 15. Этот уснлитель закрывается в том случае, когда открывается диод 17, т.е. когда сигнал на инвертирующем входе первого усилителя 15 станет чуть положительным. В процессе регулирования уменьшается уровень сигнала Ugi причем этот сигнал будучи приведенным к инвертирующему входу первого усили- теля 15 сравнивается только с напряжением уровня уставки Норма элемента 2, так как элемент 3 формирования режима Верхний предел нормы контролируемого параметра в этом режиме отключен от инвертирующего входа первого усилителя 15 разомкнутой парой контактов 28 первого реле 33. Этим обеспечивается высокая точность регулирования, так как управляющирЧ сигнал выводит контролируемый параметр на уровень, соответствующий идеальному состоянию системы Норма, а не просто в зону нормы, как таковую. Учитывая то, что регулирование осуществляется в реальном масштабе времени, причем на формирование управляющего сигнала требуется определенный отрезок времени, а также учитывая определенную инерционность исполнительных механизмов в системе, получается, что управляющее воздействие несколько отстает по времени от того состояния, анализируя кото- , рое и вырабатывается этот управляющий сигнал. Это запаздывание называют транспортным. Поэтому для избежания перерегулирования в системе целесообразно прекратить выработку управляющего сигнала регулятором несколько раньше того времени, когда сравняются сигналы уставки Норма и сигнал на S1 выходе цепи 6 корректировки транспор тного запаздывания. Это небольшое опережение и достигается тем, что уменьшая коэффициент передачи цепи 6 путем размыкания контактов 21 пары, принадлежащей группе нормально замкнутых контактов первого 33 реле блок 5 .исполнительных механизмов, как бы уменьшают дб.солютное значение выходного сигнала цепи 6, приближая его к Значению ии напряжения уставки Норма, уменьшая время достижения выходным сигналом цепи 6 уровня напряжения и. уставки Норма и вызывая тем самым некоторое опережение в отк.шочени силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов. В момент пересечения выходшз1м сигналом цепи 6 Уровня напряжения Uц уставки Норма происходит отпирание диода 1.7, фактическое запирание первого-усилителя 1.5, размыкание цепи первого оптрона 19, запирание триода 31 и приведение первого реле 33 в нормальное состояние, характеризуемое замыканием пар контактов 21 и 28 и обесточиванием силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов. Предположим, что регулируем;ый про цесс характеризуется таким уровнем сигнала Ug на входе предварительно го усилителя, что будучи приведенным к инвертирующему входу второго усили теля 16 (при приведении знак этого сигнала меняется за счет предварительного усилителя 1), он изменяет знак фактического сигнала на зтом входе на положительный (первый усили тель 15 при этом только еще сильней подзапрется). В этом случае.запирает ся второй диод 18, резко возрастает коэффициент передачи второго усилите ля 16 и его выходной ток обеспечивает срабатывание второго оптрона 20. Фототранзистор этого оптрона открыва ет триод 32, включив цепи второго реле 34. При этом нормально -замкнутые контакты 25 этого реле размыкаются, отключая от инвертирующего входа второ го усилителя 16 и цепь элемента 4 формирования режима Нижний предел нормы контролируемого параметра, нормально разомкнутые контакты 22 мыкаются, увеличивая тем самым коэффициент передачи (за счет уменьшения его сопротивления) звена 6 для вход94ного сигнала: другие группы нормально разомкнутых контактов второго реле 34 могут быть использованы для включения силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов, причем исполнительные, механизмы так воздействуют на параметры контролируемого процесса, чтобы добиться вновь запирания второго усилителя 16. Этот усилитель закрывается, когда открывается диод 18, т.е. когда сигнал на инвертирующем входе второго усилителя 16 становится чуть отрицательным, В процессе регулирования сигнал вх УКУ приведенным к инвертирующему входу второго усилителя 16, сравнивается только с напряжением уставки Норма, так как элемент 4 формирования режима Ниясний предел нормы контролируемого параметра в этом режиме отключен от инвертирующего входа второго усилителя 16 разомкнутой парой контактов 25 второго реле 34. Действие цепи 6 корректировки транспортного запаздывания в этом режиме направлено .на то,, чтобы, как и в предыдущем режиме, несколько приблизить абсолютную величину выходного сигнала цепи 6 к уровню уставки Норма. Так как в зтом режиме входной сигнал цепи 6 находится в зоне более; низкой, чем Нижний предел нормы, то для приближения его по абсолютной величине к уровню уставки Норма эту абсолютную величину необходимо несколько увеличить. Это и достигается тем, что при срабатывании второго реле 34 одна из его пар 22 нормально разомкнутых контактов замыкаясь обеспечивает уменьшение сопротивления цепи 6 коррекции транспортного запаздывания за счет того, что часть резистивности корректирующего потенциометра 24 включается параллельно масштабирующему резистору 23, обеспечивая увеличение коэффициента передачи звена 6 корректировки транспортного запаздывания. Время, когда абсолютная величина выходного сигнала цепи 6 корректировки транспортного запаздывания достигнет уровня U , уставки Норма несколько уменьшается, вызывая и некоторое опережение в отключении силовых цепей блока 5 исполнительных механизмов. При запирании второго усилителя 1.6 и разрыве цепи оптрона 20 реле 34 приходит в состояние, когда нормально разомкнутые пары контактов выключают силовые цепи блока 5 исполнительных механизмов, пара нормально разомкнутых контактов 22 отключает корректирующий потенциометр 24 в цеп 6 корректировки транспортного запаз дывания, а нормально замкнутые контакты 25 подключают к инвертирующему входу второго усилителя 16 цепь 4 формирования режима Нижний предел нормы контролируемого параметра. Формула изобретения 1. Регулятор, содержащий предвари тельный усилитель, злемент корректировки сигнала уставки Норма, элемент формирования режима Верхний предел нормы, элемент формирования режима Нижний предел нормы и блок цепей исполнительных механизмов, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения энергопотребления, в него введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепи развязки, первыми входами соединенные с выходом . цепи корректировки транспортного запаздывания и входом элемента корректировки сигнала уставки Норма, вто рые входы цепей развязки соединены соответственно с выходами элементов формирования режима Верхний предел нормы и Нижний предел нормы, выхо ды - с соответствующими входами блок цепей исполнительных механизмов, а выход предварительного усилителя сое динен с входом цепи корректировки транспортного запаздывания. 2. Регулятор по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что элемент коррек тировки сигнала уставки Норма содержит резистор защиты и перестраива емый потенциометр, скользящий контак которого соединен с выходом резистор защиты, а другие два контакта, соединены соответственно с источником питания и общей шиной, а вход резистор защиты подключен к входу элемента корректировки сигнала уставки Норма 3.Регулятор ПОП.1, отличаю щ и и с я тем, что цепь развязки содержит два развязывающих резистора, операционный усилитель, диод и оптрон, подключенный входом через первый развязывающий резистор к выходу операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй развязывающий резистор подключен к входу цепи развязки и через прямосмещенный диод - к выходу операционного усилителя, а выход оптрона подключен к выходу цепи развязки. 4.Регулятор по п.1, о т л и чающийся тем, что цепь корректировки транспортного запаздывания содержит нормально замкнутый контакт и нормально разомкнутый контакт, резистор и перестраиваемый потенциометр, причем первая клемма нормально разомкнутого контакта соединена с входом цепи корректировки транспортного запаздывания и через резистор со скользящим контактом перестраиваемого потенциометра и первой клеммой нормально замкнутого контакта, вторая клемма которого подключена к выходу цепи корректировки транспортного запаздывания и через потенциометр к второй клемме нормально размокнутого контакта, 5.Регулятор по П.1, отличающийся тем, что элемент формирования режима Нижний предел нормы содержит последовательно соединенные нормально замкнутый контакт, резистор и перестраиваемый потенциометр, причем вторая клемма нормально замкнутого контакта подключена к выходу элемента формирования режима Нижний предел нормы. 6.Регулятор по П.1, от личающийся тем, что блок цепей исполнительных механизмов содержит две цепи, каждая из которых содержит триод, в коллекторную цепь которого включено реле, зашунтированное диодом, а база триода подключена к входу блока цепей исполнительных механизмов.

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами. Цель изобретения - повьппение точности ре-г жима регулирования и уменьшение энергопотребления. Регулятор содержит предварительный усилитель, блок .формирования управляющего сигнала и блок цепей исполнительных механизмов. Цель изобретения достигается тем, что в блок формирования управляющего сигнала введены цепь корректировки транспортного запаздывания и две цепи развязки. 5 з.п. ф-лы, 3 нл.