Цифровой регулятор Советский патент 1987 года по МПК G05B11/00 

Изобретение относится к цифровым системам регулирования и может быть использовано для цифрового регулирования давления в замкнутых пневмо- об-ъемах.

Цель изобретения - повышение быстродействия и улучшение качества регулирования давления.

На фиг. 1 приведена структурная схема цифрового регулятора; на фиг.2 структурная схема вычислительного . блока; на фиг. 3 - алгоритм работы цифрового регулятора.

Цифровой регулятор содержит дат- чик 1 давления, аналого-цифровой преобразователь 2, вычислительньй блок 3, блок 4 задания кода уставки, первый 5 и второй 6 регистры кодов управления, первый 7 и второй ,8 цифро- вые клапаны, объект 9 регулирования.

Вычислительньй блок содержит так- товьш генератор 10, счетчик 11 команд, постоянное запоминающее устройство 12 микрокоманд, дешифратор 13 микрокоманд, цифровой компаратор 14, буферный регистр 15, оперативное запоминающее устройство 16, регистр 17 текущего давления, регистр 18 давления уставки, сумматор 19, делитель 20

Цифровой регулятор работает следующим образом.

Код уставки задаваемый с блока 4, сравнивается в вычислительном блоке 3. с .кодом измеряемого (регулируемого) параметра ц, подаваемым по шинам с выходов аналого-циф- рового преобразователя 2. По результату сравнения в вычислительном блоке 3 рассчитывается и формируется код управления Nper параметром РИ , Которьм по шинам подается на информационные входы регис-вров 5 и 6. Одно- временно с кодом Nper на выходе вычислительного блока 3 формируется сигнал С1 обнуления регистров 5 и 6j а затем в зависимости от знака рассогласования кодов РИ и Руст сигнал С2 ( ) или СЗ (P -lPscT ). В результате в один из регистров заносится нулевой код, а в другой - код Npg , которьй с информационных; выходов регистра подается на электромагниты соответствующего цифрового клапана, обеспечивая соединение с объектом 9 регулирования высокого давления 7д (при , ) или низкого давления (при , ). Ско

5 0

рость изменения давления в объеме 14 при этом задается кодом N;,r в соответствии с газовым законом

5

0

5

0

5

0

где

.

8nf , Кэ

ЛР,

- АР V соответственно длина и радиус эквивалентного отверстия клапана; кинематическая вязкость воздуха;

перепад давлений между входом и выходом отверстия;

объем воздуха, проходящий через отверстие за 1 с. Радиусы отверстий в каждом разряде цифровых клапанов выбраны такой величины, чтобы значение V изменялось вдвое при переходе с одного разряда на соседний. В этом случае значение кода прямо прэпорционально объему V воздуха, проходящего через клапан за 1 с, а значит, и скорости изменения давления в регулируемом объеме.

Для определения кода N необходимо в блоке 4 вьтолнить вычисления по следующей формуле:

I -РИ I -..,

где - давление уставки; .

P - значение давления в регулируемом объеме; Kj, - коэффициент, заданный

таблично в вычислительном блоке 3, зависящий значно от перепада давлений ДР на входе и выходе, цифрового клапана и численно равньй объему воздуха, проходящего через минимальное отверстие цифрового клапана за единицу времени при данном перепаде.

Это значение определяется по формуле

iTR

} 8rj;p где RjriHH

АР,

- радиус наименьшего отверстия цифрового клапана.

Функции управляющих сигналов С1 - 5 С15 приведены в таблице.

Вычислительный блок 3 работает следующим образом.

Тактовьй генератор 10 обеспечивает формирование тактирующих импульспи Т1 и Т2, сдвинутых на по.ппериода частоты генератора. Счетчик 11 содержит адрес подлежащей выполнению микрокоманды, после ее выполнения содер-

жимое счетчика увеличивается на единицу, В постоянном запоминающем устройстве 2 хранятся микрокоманды работы вычислительного блока 3, константы и шаг ветвления при выполнении оператором условного и безусловного переходов. На первой группе выходов постоянного запоминающего устройства 12 выставляется код управляющего сигнала. Эта группа выходов соединена с входами дешифратора 13. На второй группе выходов выставляются коды коэффициента К и код шага ветвления, причем коэффициент К. подается по шинам на вторую группу входов делителя 20, а код шага ветвления заносится в регистр 15 по сигналу С5 Дешифратор 13 преобразует микрокоманды в управляющие сигналы С1 - С14,

Предлагаемый цифровой регулятор по сравнению с известным обеспечивает

соким быстродействием за счет наличия цифровых клапанов 9 и 10 откачки и наполнения, оперативно задает давКомпаратор 14 запрещает увеличение 25двустороннее цифровое управление дан- состояния счетчика 11 на единицу (полением в объекте регулирования с вы- входу счетчика) , если код больше кода РИ . В этом случае в счетчик 11 из постоянного запоминающего устройства 12. заносится новый адрес мик-39ление уставки, а также обеспечивает рокоманды, соответствующий шагу ветв-высокие динамические характеристики ления программы.регулирования и малую динамическую

погрешность при подходе к давлению

Оперативное запоминающее устрой-уставки за счет выбора коэффициента

ство 16 используется для хранения про- определяющего постоянную времени

межуточных результатов. Перед запус-регулирования, ком вычислительного блока 3

в регистр 18 с блока 4 задания кода уставки заносится код уставки по сигналу готовности. Работа вычислительного блока начинается с подачи сигнала запуска с блока, по которому запускается тактовый генератор 10, а счетчик 11 .обнуляется.

По тактовой последовательности Т1 изменяет свое состояние счетчик 11, а по сигналам Т2 и по коду адреса на выходе счетчика 11 извлекается соответствующая микрокоманда из постоянного запоминающего устройства 12. Алгоритм работы вычислительного блока

Формула изобретения

40

1. Цифровой регулятор, содержащий датчик давления, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и первый цифровой клапан, пневмовход которого подключен к источнику высо- 45 кого давления, вход датчика давления и выход первого цифрового клапана подсоединены к объекту регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и качества регулирования давления вне-., дены блок задания кода уставки, первый и второй регистры кодов управления и второй цифровой клапан, пневмовход которого подключен к источни50

приведен на фиг, 3. По сигналу запуска вычислительный блок выдает нулевые коды на регистры цифровых клапанов 5 и 7, переводя систему в исход- gg ку низкого давления, а выход

ное состояние, заносит в регистры 17 и 18 значения давления в регулируемом объеме и давления уставки соответственно. В зависимости от знака

объекту регулирования, выход давления соединен с информаци входом аналого-цифрового прео теля, подключенного соответст

разницы Р -Р,с- (Р,- Р и.пн - Р„ вычисляется код N. Если Р РИ , то код N подается на цифровой клапан 7 и значение К- определяется по разности Pg -P.,j . Если Р Р код подается на цифровой клапан 8 и значение К определяется по разности Р.- -Р .

Коэффициент К; соответствует определенной зоне давления, задаваемой таблично. Зона давления определяется по разнице давлений

Д ,,т -Р, , при РИ ;

д. , , при Р.т L Р„ .

При равенстве Р„ и Русг вычислительный блок выдает нулевые коды на регистры цифровых клапанов 5 и 6 и переходит в режим ожидания сигнала запуска или сигнала неравенства кодов РИ и . .

Предлагаемый цифровой регулятор п сравнению с известным обеспечивает

двустороннее цифровое управление дан лением в объекте регулирования с вы- ление уставки, а также обеспечивает высокие динамические характеристики регулирования и малую динамическую

соким быстродействием за счет наличия цифровых клапанов 9 и 10 откачки и наполнения, оперативно задает давдвустороннее цифровое управление дан- лением в объекте регулирования с вы- ление уставки, а также обеспечивает высокие динамические характеристики регулирования и малую динамическую

Формула изобретения

1. Цифровой регулятор, содержащий датчик давления, аналого-цифровой преобразователь, вычислительный блок и первый цифровой клапан, пневмовход которого подключен к источнику высо- кого давления, вход датчика давления и выход первого цифрового клапана подсоединены к объекту регулирования, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и качества регулирования давления вне-., дены блок задания кода уставки, первый и второй регистры кодов управления и второй цифровой клапан, пневмовход которого подключен к источни

- к.

объекту регулирования, выход датчика давления соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, подключенного соответственно

15

20

25

информационными выходами к первым

информационным входам, а выходом готовности - к первому входу готовности вычислительного блока, у которого вход запуска, второй вход готовности и вторые информационные входы соеди- рены соответственно с первым, вторым и информационными выходами блока задания кода уставки, а первьш, второй, ю

третий, четвертый и информационные выходы подключены соответственно к входам установки нуля первого и второго регистров,входу разрешения записи второго регистра, входу разрешения записи первого регистра, входу запуска аналого-цифрового преобразователя и к информационным входам первого и второго регистров, соединенных информационными выходами с входами управления соответственно первого и второго цифровых клапанов.

2. Регулятор по п. 1, о т л и- чающийся тем, что вычислительный блок содержит тактовый генератор, счетчик команд, постоянное за- поминающее устройство микрокоманд, дешифратор микрокоманд, цифровой компаратор, буферньй регистр, оперативное запоминающее устройство, регистр текущего давления, регистр давления уставки, сумматор и делитель, вход запуска вычислительного блока соединен с входом обнуления счетчика команд и входом запуска тактового генератора, первый и второй выходы которого -подключены соответственно к счетному входу счетчика команд и входу разрешения считывания постоянного запоминающего устройства микрокоманд, соединенного адресными входами с информационными выходами счетчика ко- манд, первьми информационными выхода- .ми с информационными входами дешифратора микрокоманд, а вторыми информационными выходами с информационными входами счетчика команд, буферного ре-. гистра, первыми адресными входами цифрового компаратора, первыми инфорi;53592b °

мационными входами сумматора и делителя, информационными выходами регистра давления уставки, иформационные выходы буферного регистра подключены к адресным входам оперативного запоминающего устройства, соединенного информационными выходами с вторыми адресными входами цифрового компаратора, информационными выходами регистра текущего, давления и вторыми информационными входами сумматора и делителя, информационные выходы которого соединены с информационными выходами сумматора, информационными входами оперативного запоминающего устройства и информационными выходами вычислительного блока, первый, второй, третий и четвертый выходы дешифратора микрокоманд соединены с соот- ветствуюгцими выходами вычислительного блока,, пятый выход дешифратора микрокоманд подключен к входу запуска оперативного запоминающего устройства, шестой - к входу разрешения записи буферного регистра, седьмой - к входу считывания регистра давления уставки, восьмой - к входу считывания оперативного запоминающего устройства, девятый - к входу считывания регистра текущего давления, десятый - к входу выборки цифрового компаратора, одиннадцатый и двенадцатый - соответственно к входу разрешения суммирования и входу выборки сумматора, тринадцатью и четьфнадца- тый - соответственно к входу разрешения -деления и входу выборки делителя, выход цифрового компаратора соединен с входом предустановки счетчика команд, первый и второй входы готовности вычислительного блока подключены к входам разрешения записи соответственно регистра текущего давления и регистра давления уставки, соединенных информационными входами соответственно с первыми и вторыми информационными входами вычислительного блока.

30

35

40

45

С1 Очистка регистров 7 и 8 (фиг. 1) С2 Запись кода в регистр 8 СЗ Запись кода в регистр 7

Разрешение записи кода Р„ в регистр 22 и блок 2

Запись информации в ОЗУ 21

Запись информации в регистр 20

Подключение выходов регистра 22 к шинам 26

Чтение информации из ОЗУ 21

Чтение кода . из регистра 23

Разрешение сравнения Руд- и РИ

Разрешение вычитания в элементе 24

Подключение выходов сумматора 24 к шинам 13

Разрешение деления в элементе 25

Подключение выходов блока 25 к шинам 13

8

Продолжение таблицы

Изобретение.относится к цифровым системам регулирования и может быть использовано для регулирования 2 сб давления в замкнутых пневмообъемах. Цель изобретения - повышение быстродействия и улучшение качества регулирования давления. Цифровой регулятор содержит датчик 1 давления, аналого- цифровой преобразователь 2, вычислительный блок 3, блок 4 задания кода уставки, первый 5 и второй 6 регистры кодов управления, первый 7 и второй 8 цифровые клапаны и регулирует давление в объекте регулирования 9. Цель изобретения достигается за счет введения блока 4, регистров 5, 6 и второго цифрового клапана 8. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. PU

ffyCK

ct с

Ctt

-.

м I

с.

па

С1П

et

. СМ

:м

И

fut.l

С eegin J

Составитель В.Башкиров Редактор С.Декарь Техред В.Кадар Корректор Л.Бескид

Заказ 4045/40 Тираж 863 Подписное ВНИИПИ 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