Цифровой регулятор давления Советский патент 1988 года по МПК G05B11/00 

00 N9

11432454

Изобретение относится к цифровым регуляторам давления газа и предназ- начено для генерации давления в замкнутом пневмообъеме по требуемому закону с высокими точностью и быстродействием.

Цель изобретения - повышение точности регулирования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема цифрового регулятора; на фиг. 2 - функциональная схема цифрового вычислителя.

Цифровой регулятор (фиг. 1) содеркодв об ле да хо те пр ет за ве ги ро

10

жит датчик 1 давления, частотно-циф- 15 навливается низкое давление Р и

ровой преобразователь 2, вычислительный блок 3, первый 4 и второй 5 регистры кода управления, первую 6 и вторую 7 группы усилителей мощности,

при размыкании элемента 14 этот к запоминается в вычислительном бло

При подаче сигнала Пуск (пут кратковременного замыкания элемен

код р. 2 - 1, где п - число двоичных разрядов кода N.„.3 пневмообъеме устанавливается значение дав- ления Рд Pj, которое преобразуется датчиком 1 в частоты f, и f, на выходах частотно-цифрового преобразователя 2 формируется код Р, который при размыкании элемента 13 запоминается в вычислительном блоке 3, При замыкании элемента 14 происходит инверсия нулевого кода на выходах регистра 5, полностью открьшается цифровой клапан 9, в пневмообъеме уста

навливается низкое давление Р и

при размыкании элемента 14 этот код запоминается в вычислительном блоке 3.

При подаче сигнала Пуск (путем кратковременного замыкания элемен

Изобретение относится к цифровым регуляторам давления газа и предназначено для генерации давления в замкнутом пневмообъеме по требуемому закону с высокой точностью и быстродействием. Цель изобретения - повышение точности регулирования. Цифровой регулятор давления содержит датчик 1 давления, частотно-цифровой преобра J . зователь 2, вычислительный блок 3, первый 4 и второй 5 регистры кода управления, первую 6 и вторую 7 группы усилителей мощности, первьй 8 и - второй 9 цифровые клапаны, пневмокол- лектор 10, блок 11 задания кодов уставок, элемент 12 управления запуском, элемент 13 управления записью кода высокого давления и элемент 14 управления записью кода низкого давления. Цель изобретения достигается за счет введения элементов 12-14,изменения связей и структуры вычислительного блока 3, что позволяет задавать требуемую скорость изменения давления на любом участке характеристики и обеспечить высокую точность воспроизведения требуемого закона генерации давления. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (Л

первый 8 и второй 9 цифровые клапаны, JQ та 12) в вычислительном блоке 3 форпневмоколлектор 10, блок 11 задания кодов уставок, элемент 12 управления запуском, элемент 13 управления записью кода высокого давления и элемент 14 управления записью кода низ- J5 кого давления.

Вычислительный блок 3(фиг.2) содержит первый 15, второй 16 и третий 17 регистры, первьй 18, второй 19

мируются начальньй код N адреса и сигнал Cj разрешения чтения информации. Считанные с первых и вторых информационных выходов блока 11 коды PU и Vy подаются на вторые и третьи информационные входы вычислительного блока 3, в котором по результатам анализа значения кода Р регулируемого давления, значений кодов и третий 20 элементы И, цифровой ком-jg PS ц кодов Р , V,. вычисляется паратор 21, первый 22 и второй 23 требуемое регулирующее воздействие

в виде кода Му„ на цифровые клапаны 9 и 10, необходимое для обеспечения подхода к значению Рц

вычитатели кодов, цифровой делитель 24, цифровой умножитель 25, перепро- Iграммируемое запоминающее устройство 26, четвертый элемент И 27, первый |28 и второй 29 элементы И-ИЛИ, RS- I триггер 30, счетный триггер 31, эле- }мент 32 вьщеления переднего фронта, элемент 33 блокировки сброса счетчика адреса, счетчик 34 адреса, элемент ,д 35 вьщеления заднего фронта и эле- мент 36 задержки.

Регулятор работает следующим образом.

После подачи питания на регулятор производится запись кодов высокого

со скоростью

Vu . Код NuпpCoпpoвoждЯeтcя одним из сигналов С, (при Рд Рц) или С (Рд PU ), которые разрешают запись кода Nunp в один и нулевого кода во второй из регистров 4 и 5. Например, при С, 1 (Рд PU) код NU заносится в регистр 4, а в регистр 5 заносится нулевой код (путем сброса этого регистра в нулевое состояние по R-входу). Начинается отработка задан- - , ных кодами PU и VH значений давления и скорости его изменения. В вычислиPg и низкого Р„ давлений в системе пневмбпитания. Эта операция осуществляется в режиме Стоп при разомкнутом состоянии элемента 12, когда код Ny на первых информационных выходах вычислительного блока, а также сигналы С, и С на его первом и втором выходах управления равны нулю. При I замыкании элемента 13 происходит ин- iверсия нулевого кода N мир на выходах регистра 4, в результате чего через группу усилителей 6 на цифровой клапан В подается максимально возможный

мируются начальньй код N адреса и сигнал Cj разрешения чтения информации. Считанные с первых и вторых информационных выходов блока 11 коды PU и Vy подаются на вторые и третьи информационные входы вычислительв виде кода Му„ на цифровые клапаны 9 и 10, необходимое для обеспечения подхода к значению Рц

д

со скоростью

Vu . Код NuпpCoпpoвoждЯeтcя одним из сигналов С, (при Рд Рц) или С (Рд PU ), которые разрешают запись кода Nunp в один и нулевого кода во второй из регистров 4 и 5. Например, при С, 1 (Рд PU) код NU заносится в регистр 4, а в регистр 5 заносится нулевой код (путем сброса этого регистра в нулевое состояние по R-входу). Начинается отработка задан- , ных кодами PU и VH значений давления и скорости его изменения. В вычислительном блоке 3 постоянно осуществляется сравнение значения PU с изме- ряемьми значениями Рд давления в пневмообъеме, которые заносятся в вычис- лительный блок 3 по сигналам U, на первом входе разрешения записи. При достижении равенства Рд PQ в вычислительном блоке 3 формируется следующий код адреса Nд и по сигналу С, с третьего выхода управления разрешается выдача из блока 11 в вычисли- тельньй блок 3 кодов PU и Vy, необходимых для отработки следующего уча5

стка генерируемой функции. Таким образом, путем последовательной отработки записанных в блок 11 кодов уставок Ри и V|j могут быть воспроизведены по участкам различные законы изменения или стабилизации давления Рд в пневмообъеме,

С увеличением числа ячеек блока 11 возможно как увеличение общей дли ,тельности воспроизводимого непериодического закона изменения давления Рд, так и повьшение точности воспроизведения.

Минимальный относительный шаг дисретизации по скорости изменения давления зависит от числа п двоичных разрядов элементов 5-10 следующим образом:

S - . , - 2 - 1

(1)

где V..- максимальное значение

мяче

скорости Vp при полностью открытом клапане 8 или 9, Минимальный относительный шаг дисретизации 8р по давлению Рд зависит от относительной погрешности 5,, измерения давления датчиком 1 и частотно-цифровым преобразователем 2

(2)

илиДР«ИИ ЗРмоусс )(3)

где Р,а - верхний предел давления

в пневмообъеме. Максимальная скорость изменения

давления, генерируемая регулятором, ограничивается циклом t, вычисления кода Nunp в вычислительном блоке 3 и временем t изменения давления Рд датчиком 1 и частотно-цифровым преобразователем 2

V

а.с 2(с,,. + tj

(4)

-ц «-и

Вычислительный блок 3 (фиг. 2) работает следующим образом.

Код регулируемого давления Рд циклически заносится в регистр 15 после завершения предьщущего цикла вычисления (по совпадению сигналов на входах элемента И 18). По сигна- лу с выхода готовности регистра 15 разрешается сравнение кодов Р|. и Рд в цифровом компараторе 21, результа сравнения вьщается на его выходах в виде одного из сигналов Uq, U,o и

и„.

Пусть PU РА тогда U 1, и«в и,, О, регистр 17 переходит

- к

10

15

20

25 к

30

35

40

45

50 55

в активное состояние и выдает на вторые информационные входы цифрового вычитателя 22 код Р низкого давления. Цифровой вычитатель 22 вычисляет и выдает на вторые информационные входы цифрового делителя 24 разность Рц Рд - Рц. Одновременно с рабо- той компаратора 21 сигналом U. с выхода готовности регистра 15 разрешается работа вычитателя 23, на выходах которого формируется код рассогласования U PU PU Рд .

По совпадению сигналов с выходов готовности элементов 22 и 23 элементом И 27 разрешается работа делителя 24. Результат деления кода P, на код йР, выдается в виде кода ЬРр с выходов цифрового делителя 24 на первые информационные входы умножителя 25, на вход разрешения работы которого приходит сигнал с выхода готовности делителя 24. Умножитель 25 производит операцию умножения кода йРр на код Vu требуемой скорости изменения давления Рд. Результат умножения в виде кода N подается на адресные входы перепрограммируемого запоминающего устройства, на вход разрешения считывания которого приходит сигнал с выхода готовности умножителя 25, разрешающий чтение информации. Поскольку регулятор находится в режиме отработки пневмовоз- действия , на прямом выходе счетного триггера 31 сигнал равен единице и из ячейки перепрограммируемого запоминающего устройства 26 с адресом NP извлекается требуемое значение кода Nunp для управления цифровьм клапаном 9, поступающее на первые ин- формацинные выходы вычислительного блока 3.

Затем на выходе элемента И-ИЛИ 28 при совпадении сигналов на его первом и втором входах формируется сигнал, который обеспечивает запись в регистр 5 кода Ки„, одновременно этим сигналом устанавливается в нулевое состояние регистр 4. Клапан 9 открывается , обеспечивая требуемую скорость понижения давления Рд.

При достижении через некоторое число циклов работы равенства кодов Рм и Р на входах компаратора 21,на его выходах формируются сигналы и„ 1, Uq и„ 0.

По сигналу U(, 1 счетчик 34 адреса увеличивает свое состояние на

514324546

единицу,, код Нд на его выходах воз- формационных входов которого подклю- растает на единицу и по сигналу Uj, чена к первой группе информационных форьдаруемому элементом 36 задержки выходов блока задания кодов уставок, из сигнала U,, на его входе обеспечи- а первая группа информационных вывается считьшание из блока 11 следующих значений кодов Рц и Uu.

Пусть Рц Р(. Отличие работы вычислительного блока 3 от предьщущего случая заключается в том что в активное состояние переводится сигналом Ujp 1 регистр 16, на выходе вычитателя 22 выставлен код &Pg iPg, - Рд, на первом выходе управления формируется сигнал С| 1 и код Np. записывается в регистр 4, а регистр 5 обнуляется. Открывается пропорционально коду Nuflp цифровой клапан 8 и давление Р. повышается со скоростью VK

к значению давления Р

Г

Блокировка работы регулятора может быть осуществлена в любой момент времени подачей сигнала U4 1 с элемента 13 на вход запуска вычислительходов - к информационным входам первого и второго регистров кода управления , соединенных информационными вьжодами соответственно через первую

10 и вторую группы усилителей мощности с информационными входами соответственно первого и второго цифровых клапанов, пневмовходы которых подключены к магистралям соответственно

15 высокого и низкого давлений, а пнев- мовыходы соединены с пневмоколлекто- ром, являющимся выходом регулятора, первый и второй выходы управления вычислительного блока подключены соот20 ветственно к входу установки в нулевое состояние и входу разрешения записи второго регистра кода управления, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности регуного блока 3. При этом триггер 32 пе- 25 лирования, введены элемент управле1 реходит в нулевое состояние, и сиг- j налом 0 с его вькода вйходы пе- репрограммнруемого замыкающего уст- I ройства 32 отключаются от первых ин- I формационных выходов блока 3. Задним I фронтом и, сигнала U,j, через элемен- : ты И-ИЛИ 28 и 29 обнуляются регистры

4 и 5 (фиг. 1) и цифровые клапаны 8 и 9 закрываются. Изменение давления

Рд прекращается.

I Если после блокировки работы ре- ; гулятора необходимо продолжить его ; работу с того адреса, на котором он : был оста новлен, то перед его запус- : ком с помощью элемента 12 необходимо :. разомкнуть с помощью элемента 33 цепь подачи сигнала на вход установки в нулевое состояние счетчика 34 адреса.

Формулаизобретения

ходов - к информационным входам первого и второго регистров кода управления , соединенных информационными вьжодами соответственно через первую

и вторую группы усилителей мощности с информационными входами соответственно первого и второго цифровых клапанов, пневмовходы которых подключены к магистралям соответственно

высокого и низкого давлений, а пнев- мовыходы соединены с пневмоколлекто- ром, являющимся выходом регулятора, первый и второй выходы управления вычислительного блока подключены соответственно к входу установки в нулевое состояние и входу разрешения записи второго регистра кода управления, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности регу35

0

лений.

ния запуском и элементы управления записью кодов высокого и низкого давлений, вторая группа информационных выходов блока задания кодов уставок 30 подключена к третьей группе информационных входов вычислительного блока, соединенного второй группой информационных выходов и третьим выходом управления соответственно с информационными входами и входом разрешения считьшания блока задания кодов уставок, вход разрешения записи и вход установки в нулевое состояние первого регистра кода управления подключены соответственно к первому и второму выходам управления вычислительного блока, соединенного вторым входом разрешения записи с входом инверсии первого регистра кода управления и выходом элемента управления записью кода высокого давления, третьим входом разрешения записи с входом инверсии второго регистра кода управления и выходом элемента управления записьюкода низкого давления, а входом запуска - с выходом элемента управления запуском, подключенным входом к входам элементов управления записью кодов высокого и низкого дав0

45

лений.

5

0

5

0

5

0

5

0

информационных входов и входом разрешения работы цифрового умножителя, подключенного второй группой информационных входов, информационными выходами и выходом готовности соответственно к третьей группе информационных входов вычислительного блока, адресным входам, к входу разрешения считывания перепрограммируемого запоминающего устройства, информационные выходы которого являются первыми информационными выходами вычислительного блока, а вход выбора устройства соединен с прямьм выходом счетного триггера, входом элемента выделения переднего фронта, входом элемента выделения заднего фронта и входом разрешения работы счетчика адреса, информационные выходы которого являются второй группой информационных выходов вычислительного блока, счетный вход счетчика адреса соединен с вьг- ходом равенства цифрового компаратора и через элемент задержки с третьим вьЕХодом управления вычислительного блока, а к входу сброса счетчика адреса через элемент блокировки сброса счетчика адреса подключен выход элемента вьщеления переднего фронта, вход выбора устройства второго регистра соединен с выходом Больше цифрового компаратора, подключенного выходом Меньше к входу выбора устройства третьего регистра и к первым входам первого и второго элементов И-РШИ, выходы которых являются соответственно вторым и первым выходами управления вычислительного блока, вторые входы первого и второго элементов И-ИЛИ соединены с выходом готовности перепрогра1ммируемого запоминающего устройства и с входом установки в нулевое состояние RS-триггера, а третьи входы первого и второго элементов И-ИЛИ подключены к выходу элемента выделения заднего фронта, втб- рые входы второго и третьего элементов И и счетньш вход счетного трих гера соединены соответственно с третьим входом разрешения записи, вторым входом разрешения записи и входом запуска вычислительного блока.

СЗ