Устройство управления параметрами газовой среды Советский патент 1987 года по МПК G05D27/02 

1

Изобретение относится к устройствам управления параметрами газовой среды в проточных системах и может быть использовано для одновременного программного изменения давления и температуры газовой среды, а также при испытаниях на прочность и надежность конструкций теплотехнических систем.

Цель изобретения - повышение точности одновременного управления параметрами газовой среды.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока коррекции или блока управления; на фиг. 3 - функциональная схема блока логики.

Устройство управления параметрами газовой среды содержит магистраль 1 высокого давления (ресивер), регулирующий орган 2, проточную камеру 3, регулирующий орган 4, ограничительную диафрагму 5, рабочую камеру 6, датчики 7 и 8 соответственно давления и температуры проточной камеры 3, блок 9 коррекции, элементы 10 и 11 сравнения, блок 12 логики, блок 13 управления, программный задатчик 14 и датчики 15 -18.

Блоки 9 и 13 каждый содержат десять

2

10

15

20

блока 41-43 нелинейности, два блока 44 и 45 извлечения квадратного корня, два дифференциатора 46 и 47 и три усилителя 48- 50.

Блок 12 логики содержит три выделителя 51-53 модуля, четыре реле 54-57, четыре диода 58-61, четыре элемента 62-65 сравнения, контакты 66 и 67 реле 54, контакты 68 и 69 реле 55, контакты 70-73 реле 56, контакты 74-77 реле 57 и задатчик 78.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 14 выдает сигналы P:(t) и 7з(0, которые необходимо реализовать в проточной камере 3. Оба этих сигнала поступают соответственно на первый и второй входы блока 13 управления, куда одновременно на третий и четвертый входы поступают сигналы о текущих значениях давления Pp(t) и температуры Tp(t) газа соответственно с датчиков 15 и 16, установленных в магистрали высокого давления. На пятый и щестой входы поступают сигналы о давлении газа P(t с датчика 17, установленного в рабочей камере 6, и о давлении (0 - с датчика 18, установленного на выходе второго регулирующего органа 4. В соответблоков 19-28 деления, семь блоков 29-35 25 ствии с этими сигналами и на основе слеумножения, пять сумматоров 36-40, три

дующих зависимостей:

Sis (О

л/ад

) R 1 Y,.(f }(TJf}--T,

k3P,;(t R L Yt(t}(r,,(t)-Ti(t))

S25(0

wut} г Ы

Y2,(t}

2

0

блока 41-43 нелинейности, два блока 44 и 45 извлечения квадратного корня, два дифференциатора 46 и 47 и три усилителя 48- 50.

Блок 12 логики содержит три выделителя 51-53 модуля, четыре реле 54-57, четыре диода 58-61, четыре элемента 62-65 сравнения, контакты 66 и 67 реле 54, контакты 68 и 69 реле 55, контакты 70-73 реле 56, контакты 74-77 реле 57 и задатчик 78.

Устройство работает следующим образом.

Задатчик 14 выдает сигналы P:(t) и 7з(0, которые необходимо реализовать в проточной камере 3. Оба этих сигнала поступают соответственно на первый и второй входы блока 13 управления, куда одновременно на третий и четвертый входы поступают сигналы о текущих значениях давления Pp(t) и температуры Tp(t) газа соответственно с датчиков 15 и 16, установленных в магистрали высокого давления. На пятый и щестой входы поступают сигналы о давлении газа P(t с датчика 17, установленного в рабочей камере 6, и о давлении (0 - с датчика 18, установленного на выходе второго регулирующего органа 4. В соответдующих зависимостей:

(t))

Ы

Y2,(t}

5з,

)р. при ( р.

ЬШ))

р. (, (fV

p.(t

РЪ (ty

-Ь,

приЬ|)р,

2(/) о .

(36)

Изобретение относится к устройствам управления параметрами газовой среды в проточных системах и может быть использовано для одновременного программного изменения давления и температуры газовой среды, а также при испытаниях на прочность и надежность конструкций теплотехнических систем. Цель изобретения - повышение точности одновременного управления параметрами газовой среды путем введения коррекции управляющих сигналов на основе информации о фактическом состоянии параметров газа (давления и температуры). Для этого устройство управления параметрами газовой среды содержит магистраль 1 высокого давления, регулирующие органы 2, 4, проточную камеру 3, ограничительную диафрагму 5, рабочую камеру 6, датчики 7, 8 соответственно давления и температуры проточной камеры 3, блок 5 коррекции, элементы 10, 11 сравнения, блок 12 логики, блок 13 управления и программный задат- чик 14. Изобретение обеспечивает уменьще- ние ощибок регулирования, т. е. повыщение точности программного одновременного управления параметрами (температурой и давлением) газовой среды. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. ® СО о со о о со iZix3 , ЯлЯ 47 52lt) Sl(t)

)

1А((Ш VVp,(/v VP.//V

Л (/У VP3{/X

R ( 2

Г+Т

i.

- ,(1

k R - показатель адиабаты и газовая

постоянная рабочей среды; W- объем проточной камеры 3; 5з - пропускная площадь ограничительной диафрагмы 5; t - время, формируются сигналы (1 и 52з(0

(30)

г /9 I ь,, - fc( )м 1/- J

/г+1

Сигналы Sij() и 52з(0 подаются соответственно на первый и второй входы блока 12 логики и вычитающие входы элементов 10, 11 сравнения.

На первом и втором выходах блока 9 коррекции формируются корректирующие сигналы соответственно SIK(/) и 52к(/) на основе текущей информации: о давлении P(t) и температуре T(t) газа в проточной камере 3, поступающей на первый и второй входы блока 9 с датчиков соответственно 7 и 8, о давлении Pp(t) и температуре Tp(t) газа в магистрали высокого давления, поступающей на третий и четвертый входы блока 9 с соответствующих датчиков 15 и 16, о давлении газа P(t) и P2(t} соответственно в рабочей камере 6 и на выходе второго регулирующего органа 4, поступающей на пятый и щестой входы блока 9 с соответствующих датчиков 17 и 18, и на основе тех же алгоритмов (1, 2, За-в) изменения площадей регулирующих органов 2 и 4, но где для формирования корректирующих сигналов SIK(/) и 52к(0 вместо значений Рз (О и Тз (/), поступающих с выхода задатчика 14, используются текущие значения давления P(t) и температуры T(t} газа в проточной камере 3, поступающих на блок 9 коррекции соответственно с датчиков 7 и 8. Сигналы Siic() и 52к(Т) подаются на суммирующие входы соответственно элементов 10, 11 сравнения, с выходов которых сигналы

Л5,(0 5|к(0-5,з(0; (4а)

Д52((0-523(0

поступают соответственно на третий и четвертый входы блока 12. На первом и втором выходах блока 12 формируются уже результирующие сигналы S|() и 52(0, которые и поступают на управляющие входы соответственно регулирующих органов 2 и 4.

Блок 9 коррекции функционирует следующим образом.

На входы блокор,19 и 21 поступают сигналы с датчиков давления соответственно 17 и 18, а на другие входы этих блоков - сигнал с датчика 7 давления, который также поступает на вход блока 46 и на входы блока 29 умножения и блоков 20 и 22 деления, на другие входы последних двух подаются сигналы соответственно с датчиков 15 и 8. В результате на выходах блоков 19-22 деления формируются отношения соответственно

р,(0. P(tl- 2(0. 0 P(tr РХО ЯО ДО

блока 46 производная ,

а на выходе

информация о которой одновременно поступает на входы сумматора 36 и блока 31.

По отнощениям давлений -, рА и выходах нелинейных блоков 41, 43 и 42 формируются сигналы о значениях газодинамических функций соответственно 2(0, Y(t) и Уз(0, определяющих режим истечения газа (критический или докритический). С датчика 8 сигнал подается также на блок 44 извлечения квадратного корня, на дифференцирующий блок 47 и на входы

сумматоров 38 и 39,с датчика 15 - на вход блока 34 умножения и с датчика 16 давления - на блок 45 извлечения квадратного корня, на вход сумматора 38, вход блока 26 деления и на вход усилителя 48 с передаточным коэффициентом k (где k - показатель адиабаты). В результате последовательного умножения на выходах блоков умножения формируются сигналы соответственно

V2(OXP(0; К2(ОХР(/)Х(7-Д/)-Г(/));

Y2(t)XP(t)X(T,((t})(t), а на выходах блоков 34, 35 и 34 сигналы

у,(ОхРр(0;

Yi(t)XPp(t)X(Tp(t}-T(t));

Yi{t)))x {TAtlrJ(} л Тр(0

в результате последовательного прохождения сигналов через блок 33 сумматор 36 и

блок 25 на выходах этих блоков имеем сле

25

30

35

40

дущие сигналы:

k dt

PI/) d7-(/}. P(t)..dT(t) T(t) dt T(t dt

( )x(vn«)x

Х1К,(ОХРр(ОХ(Г„(0-7-(/))1.

Пропустив последний сигнал через усилитель 49 с коэффициентом передачи, равным

/г (.) получаем на первом выходе «од/А

блока 9 коррекции корректирующий сигнал SIK(O, который и подается на суммирующий вход элемента 10 сравнения. Подавая выходной сигнал с блока 43 через усилитель 50 с коэффициентом передачи, равным 5з, а затем полученный сигнал поделив в блоке 28 на выходной сигнал нелинейного блока 41, получим сигнал SzY((f), подавая который на сумматор 40 одновременно с сигналом

/pm.dm-dBD

(T(i) dtdt

kTn(t)-T(t kT,(t

Tp(i)

УД/) Y2((i)-T,,(i)-T{i)

полученным путем последовательного формирования на сумматоре 39, блоке 31, сумматоре 37 и блоке 27, получим на выходе блока 40, являющемся вторым выходом блока 9, корректирующий сигнал 52к(0, который затем подается на суммирующий вход элемента 11 сравнения.

Блок 13 функционирует аналогично блоку 9, за исключением следующих моментов:

по первому входу блока 13 поступает с первого выхода задатчика 14 сигнал, экви

валентный заданному значению давления P4t);

по второму входу блока 13 поступает с второго выхода задатчика 14 сигнал, эквивалентный заданному значению температуры 7з{);

с первого и второго выходов блока 13 сигналы 5|э(0 и 52з(0 поступают на вычитающие входы элементов 10 и 11 сравнения, а также соответственно на первый и второй входы блока 12.

Блок 12 функционирует следующим образом.

Сигналы ASi(/) и AS2(0, формируемые на выходах элементов 10 и 11 сравнения по зависимостям (4а) и (46) и поступающие на третий и четвертый соответственно входы блока 12, подаются одновременно на входы соответственно блоков 51 и 52, на реле 55 и 54, а также соответственно на диоды 61, 58 и 59, 60.

Разность модулей сигналов |ASi| и |AS2 -

AS |ASi|-|AS2l,,(5)

формируемая на выходе элемента 64, поступает на реле 56 и вход блока 53, на выходе которого формируется |А| сигнала А.

На выходе элемента 65 формируется раз- ность сигналов

А |А|-А1,.(6)

которая поступает на реле 57.

Сигнал А1 подается с выхода задатчика 78, выполненного, например, в виде электронного усилителя, и равен

+ /г1(7)

где L/эт - положительное эталонное напряжение, подаваемое на вход электронного

Если , т. е. |ASi| |AS2l, то контакты 71 и 73 реле 56 подключают соответственно реле 54 и четвертый вход блока 12, при этом реле 54 подключает в зависимости от знака А52 ветвь либо с прямо включенным диодом 58 (при ), пропуская сигнал , либо с обратно включенным диодом 61 (при ), пропуская сигнал .

Таким образом, в случае , т. е.,когда

30 модули отклонений ASi и А52 отличаются более, чем на величину А1 : 0,01 В, один из управляющих сигналов (например, блока 51 при |ASi| |A52|) формируется по приоритету больщего по величине модуля отклонения, в то время, как другой (в данном

усилителя; k, - его коэффициент передачи, 35 52) - исходя из условия ускорения

40

который перед работой всего устройства устанавливается в зависимости от используемого эталонного напряжения, но так, чтобы ,01 В; например:

fe, 10- если fy3T +100 В;

Й1 2-10, если (Уэт -f 50 В;

/ei 8-10-, если (,5 В и т. д.

Реле 55 и 54 имеют по две группы контактов соответственно 66, 67 и 68, 69, а реле 56 и 57 четыре группы контактов - соответст- 45 венно 70-73 и 74-77.

Логика работы блока 12 состоит в следующем.

Если сигнал, т. е. модуль |А| разности модулей сигналов |ASi| и |AS2|, меньще 0,01 В, то через контакты 74 и 77 реле 57 подключает к вычитающим входам соответственно элементов 62 и 63 соответственно третий и четвертый входы этого блока. В результате при , т. е. когда модуль |А| разности модулей сигналов |ASi| и |AS2l не превышает 0,01 В, на выходах элементов 62 и 63, на суммирующие входы которых поступают сигналы соответственно Sig и 52з,формируются сигналы

50

55

компенсации больщего модуля отклонения.

В результате предлагаемое устройство за счет коррекции управляющих сигналов на основе анализа действительного состояния параметров газа в проточной камере, в частности давления Pif) и температуры 7(/), позволяет уменьшить ошибки регулирования, т. е. повысить точность программного управления указанными параметрами по отношению к заданным программам их изменения.

Формула изобретения

S2 S23-ASs,

(8)

5

так что:

при управляющий сигнал приА51 0 -«-Si 5i3;

при AS2- 0-«-S S 3 ,

при AS2 0/-«---S2 S23.

Если , т. e. модуль |A| разности

и |AS2l больше

0

модулей сигналов |A5i 0,01 В, то через контакты 75 и 76 реле 57 подключает к вычитающим входам соответственно элементов 62 и 63 соответственно контакты 70 и 72 реле 56. В этом случае, если , т. е. |ASi| |AS2l, то контакты 70 и 72 реле 56 подключают соответственно третий

5 вход блока 12 и реле 55, которое, в свою очередь, в зависимости от знака сигнала A5i подключает ветвь либо с прямо включенным диодом 60 (при ), пропуская сигнал , либо с обратно включенным диодом 59 (при ), пропуская сигнал .

Если , т. е. |ASi| |AS2l, то контакты 71 и 73 реле 56 подключают соответственно реле 54 и четвертый вход блока 12, при этом реле 54 подключает в зависимости от знака А52 ветвь либо с прямо включенным диодом 58 (при ), пропуская сигнал , либо с обратно включенным диодом 61 (при ), пропуская сигнал .

Таким образом, в случае , т. е.,когда

0 модули отклонений ASi и А52 отличаются более, чем на величину А1 : 0,01 В, один из управляющих сигналов (например, блока 51 при |ASi| |A52|) формируется по приоритету больщего по величине модуля отклонения, в то время, как другой (в данном

52) - исходя из условия ускорения

компенсации больщего модуля отклонения.

В результате предлагаемое устройство за счет коррекции управляющих сигналов на основе анализа действительного состояния параметров газа в проточной камере, в частности давления Pif) и температуры 7(/), позволяет уменьшить ошибки регулирования, т. е. повысить точность программного управления указанными параметрами по отношению к заданным программам их изменения.

Формула изобретения

пятого блока умножения, и также вход четвертого блока деления, подключенного выходом к второму входу пятого блока умножения, соединенного выходом с суммирующими входами первого и второго сумматоров,

5 третьим входом блока являются объединенные второй вход второго блока деления и первый вход шестого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу второго блока нелинейности, а выходом - к первому

10 входу седьмого блока умножения, связанного вторым входом с выходом третьего сумматора и вторым входом второго блока умножения, а выходом - с первым входом шестого блока деления, соединенного выходом с первым входом седьмого блока деления, подключенного вторым входом к выходу первого сумматора, четвертым входом блока являются объединенные вход второго блока извлечения квадратного корня, подключенного выходом к второму входу шестого блока деления, суммирующий вход третьего сумматора, первый вход восьмого блока деления, связанного вторым входом с выходом четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу второго блока умножения, и также вход первого усилителя, подключенного выходом к первому входу пятого блока деления и суммирующему входу четвертого сумматора, соединенного выходом с вторым входом пятого блока деления, пятым входом блока является второй вход первого блока деления, шестым входом блока

20

35

40

что блок управления и блок коррекции каждый содержит десять блоков деления, семь блоков умножения, пятЪ сумматоров, три блока нелинейности, два блока извлечения квадратного корня, два дифференциатора и три усилителя, причем первым входом блока являются объединенные первый вход первого блока деления, подключенного выходом к входу первого блока нелинейности, первый вход второго блока деления, подключенного выходом к входу второго блока нелинейности, первый вход третьего блока деления, подключенного выходом к входу третьего блока нелинейности, первый вход четвертого блока деления, первый вход первого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу первого блока нелинейности, а выходом - 45 к первому входу второго блока умножения, и также вход первого дифференциатора, соединенного выходом с вычитающим входом первого сумматора и первым входом третьего блока умножения, подключенного выходом к вычитающему входу второго сумматора, а вторым входом первый сумматор соединен с выходом пятого блока деления, вторым входом блока являются объединенные вычитающие входы третьего и четвертого сумматоров, вход первого блока извлечения квадратного корня, подключенного вь1- ходом к первому входу четвертого блока умножения, вход второго дифференциатора, подключенного выходом к первому входу

первым выходом блока является выход второго усилителя, подключенного входом к выходу седьмого блока деления, а вторым выходом является выход пятого сумматора, у которого суммирующий вход соединен с выходом девятого блока деления, подключенного первым входом к выходу второго сумматора, а вторым входом - к выходу восьмого блока деления, вычитающий вход пятого сумматора соединен с выходом десятого блока деления, подключенного первым входом к выходу первого блока нелинейности, а вторым входом - к выходу третьего усилителя, соединенного входом с выходом третьего блока нелинейности.

5 5

пятого блока умножения, и также вход четвертого блока деления, подключенного выходом к второму входу пятого блока умножения, соединенного выходом с суммирующими входами первого и второго сумматоров,

третьим входом блока являются объединенные второй вход второго блока деления и первый вход шестого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу второго блока нелинейности, а выходом - к первому

0 входу седьмого блока умножения, связанного вторым входом с выходом третьего сумматора и вторым входом второго блока умножения, а выходом - с первым входом шестого блока деления, соединенного выходом с первым входом седьмого блока деления, подключенного вторым входом к выходу первого сумматора, четвертым входом блока являются объединенные вход второго блока извлечения квадратного корня, подключенного выходом к второму входу шестого блока деления, суммирующий вход третьего сумматора, первый вход восьмого блока деления, связанного вторым входом с выходом четвертого блока умножения, подключенного вторым входом к выходу второго блока умножения, и также вход первого усилителя, подключенного выходом к первому входу пятого блока деления и суммирующему входу четвертого сумматора, соединенного выходом с вторым входом пятого блока деления, пятым входом блока является второй вход первого блока деления, шестым входом блока

0

0 является второй вход третьего блока деления.

является второй вход третьего блока деления.

первым выходом блока является выход второго усилителя, подключенного входом к выходу седьмого блока деления, а вторым выходом является выход пятого сумматора, у которого суммирующий вход соединен с выходом девятого блока деления, подключенного первым входом к выходу второго сумматора, а вторым входом - к выходу восьмого блока деления, вычитающий вход пятого сумматора соединен с выходом десятого блока деления, подключенного первым входом к выходу первого блока нелинейности, а вторым входом - к выходу третьего усилителя, соединенного входом с выходом третьего блока нелинейности.

щего контакта четвертого реле, второй вывод которого подключен к вычитающему входу нервого элемента, сравнения, первый вывод первого размыкающего контакта третьего реле, второй вывод которого через первый размыкающий контакт четвертого реле подключен к вычитающему входу первого элемента сравнения, катод первого диода, анод которого через первый размыкающий контакт второго реле и первый замыкающий контакт третьего реле подключен к второму выводу первого размыкающего контакта этого реле, а также анод второго диода, катод которого через первый замыкающий контакт второго реле подключен к второму выводу первого размыкающего контакта этого реле, четвертым входом блока являются объединенные первый вывод второго замыкающего контакта четвертого реле, второй вывод которого подключен к вычитающему входу второго элемента сравнения, первый вывод второго замыкающего контакта третьего реле, второй вывод которого через второй размыкающий контакт четвертого реле подключен к второму выводу второго замыкаю н,его контакта этого реле, анод третьего диода, катод которого через замыкающий контакт первого реле подключен к первому выводу второго размыкающего контакта третьего реле, второй вывод второго размыкающего контакта третьего реле подключен к второму выводу второго замыкающего контакта этого реле, катод четвертого диода, анод которого через размыкающий контакт первого реле подключен

к первому выводу второго замыкающего контакта третьего реле, а также первый вывод второго реле, второй вывод которого соединен с общей щиной, и вход второго выделителя модуля, подключенного выходом к вычитающему входу третьего блока сравнения, соединенного выходом с первым входом третьего реле, подключенного вторым выводом к общей шине, и входом третьего выделителя модуля, подключенного выходом к суммирующему входу четвертого элемента сравнения, связанного вычитающим входом с выходом задатчика, а выходом - с одним из входов четвертого реле, другой вывод которого подключен к общей щине.

х/ /- Sjcoff

rZ/JffZUfft

Ha(cpi(zJ)

Ф1 3

. 2-й бхоЗ fZ/iosuffu