Многофункциональный регулятор Советский патент 1988 года по МПК G05B11/01 

Z

00

tc

(

ел ел

1143

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при создании систем регулирования теплоэнергетическими и электроэнергетическими объектами и процессами, а также при управлении приводами станков и меха- ниамов.

Цель изобретения - повышение качества процессов регулирования и рас- ширение области использования.

На чертеже гфедставлена блок-схема регулятора.

Регулятор содержит первьй усили

Входной сигнал X, поступает на входы усилителя 1., блока 2 диффер цирования и на сумматор 7. На вто вход сумматора 7 поступает сигнал

тель 1, блок 2 дифференцирования, пер-}5 Х. Выходные сигналы усилителя 1

вый 3 и второй 4 выпрямители, первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 сумматоры, делитель 9 напряжения, усилитель 10 с переменным коэффициентом усиления, нелинейный блок 11 типа на-20 сьпцение, второй усилитель 12, инерционное звено 13, исполнительный механизм 14.

Передаточные функции блоков регулятора имеют вид первого усилителя 1 W(P)-K, где К, - коэффициент усиления усилителяJ блока 2 дифференцирования W(P) , где Kj - коэффициент усиления дифференциатора; усилителя 10 с переменным коэффициентом усиления W,o(P) KjCX), где К.СХ) - регулируемый коэффициент усиления, второго усилителя 12 W,(P) 7 Д К, - коэффициент усиления , инерционКв

25

30

кого звена 13 W,,(P)

6 й

-Де 35

коэффициент усиления и постоянная времени этого звена; исполни тельного механизма 14 W..(P)

где Ту постоянная времени интегри: рования.

.Обозначим выходные сигналы первого усилителя 1 Х блока 2 дифферен-. цирования 2 Х, первого сумматора 5 Xj, третьего сумматора 7 Х первого выпрямителя 3 Х, делителя 9 напряжения Xtt, четвертого сумматора 8 Х,, .

40

45

6 второго

го элемента

выпрямителя 4 Х,, нелинейно- насыщение

1t типа

а I ( iniiei паиоыцспш: С переменньм коэффициен-

усилителя

том усиления Х,, инерционного звена

13 X,,, второго сумматора 6 К,.

Тогда уравнения связи сигналов регулятора имеют вид

X, + Х + |Хб1

Л4

IX, - X,

МО.

Хо 1х,|IX. - X,

7

55

X

и

у у .

А л,,,

и блока 2 дифференцирования посту ют на сумматор 5, а с сумматора 7 .на вход выпрямителя 3. С выхода в рямителя 3 сигнал поступает на пе вход сумматора 8, на второй вход торого поступает сигнал с выхода лителя 9. С выхода сумматора 8 си нал подается на вход выпрямителя С выхода выпрямителя 4 сигнал пос пает на вход нелинейного блока 11 типа насьпцение, с выхода которо на второй вход усилителя 10 с пер менным коэффициентом усиления, на вый вход которого поступает сигна с сумматора 5. Выход усилителя 1 переменным коэффициентом усиления соединен на вход сумматора 6, вых которого подключен на вход усилит 12, охваченного инерционным звено 13 по закону отрицательной обратн связи. Выход усилителя 12 соедине с входом исполнительного механизм

При первоначальном подключении регулятора к объему усилителя 10 переменным коэффициентом усиления танавливается малый коэффициент у ления, что способствует плавному гону объекта регулирования вдоль ницы области ограничений и постеп ному переходу его в режим стабили ции. По мере уменьшения входных с налов X, и Xj коэффициент усилени усилителя 10 увеличивается, а в р ме стабилизации при определенных ках с помощью нелинейного блока типа насьщение он устанавливает оптимальным для данного режима ст лизации.

Как известно, усилители с упра емым коэффициентом усиления увели вают его прямо пропорционально вх ному сигналу, в то же время практ систем автоматического регулирова свидетельствует о том, что для пл

К,, Х,, X.

К„ Х,„при Х.„ X

°

чо

где X

0

1

допустимая величина, определяющая переход в режим стабилизации.

Регулятор работает следукнцим образом.

Входной сигнал X, поступает на входы усилителя 1., блока 2 дифференцирования и на сумматор 7. На второй вход сумматора 7 поступает сигнал

Х. Выходные сигналы усилителя 1

5 Х. Выходные сигналы усилителя 1

0

5

0

5

0

5

5

и блока 2 дифференцирования поступают на сумматор 5, а с сумматора 7 - .на вход выпрямителя 3. С выхода выпрямителя 3 сигнал поступает на первый вход сумматора 8, на второй вход которого поступает сигнал с выхода делителя 9. С выхода сумматора 8 сигнал подается на вход выпрямителя 4. С выхода выпрямителя 4 сигнал поступает на вход нелинейного блока 11 типа насьпцение, с выхода которого - на второй вход усилителя 10 с переменным коэффициентом усиления, на первый вход которого поступает сигнал с сумматора 5. Выход усилителя 10 с переменным коэффициентом усиления подсоединен на вход сумматора 6, выход которого подключен на вход усилителя 12, охваченного инерционным звеном 13 по закону отрицательной обратной связи. Выход усилителя 12 соединен с входом исполнительного механизма 14.

При первоначальном подключении регулятора к объему усилителя 10 с переменным коэффициентом усиления устанавливается малый коэффициент усиления, что способствует плавному разгону объекта регулирования вдоль границы области ограничений и постепенному переходу его в режим стабилизации. По мере уменьшения входных сигналов X, и Xj коэффициент усиления усилителя 10 увеличивается, а в режиме стабилизации при определенных ошибках с помощью нелинейного блока 11 типа насьщение он устанавливается оптимальным для данного режима стабилизации.

Как известно, усилители с управляемым коэффициентом усиления увеличивают его прямо пропорционально входному сигналу, в то же время практика систем автоматического регулирования свидетельствует о том, что для плав31

него разгона необходимо менять коэффициент усиления от меньшего к большему. Поскольку ошибка регулирования при разгоне по координатам Х и Х, изменяется от максимального к минимальному, то с помощью элементов 3, 4, 9 и 11 реализуется обратно пропорциональная зависимость от ошибки регулирования. Начальный коэффициент усиления управляемого усилителя 10 можно установить достаточно калым, в 40-80 раз меньше коэффициента усиления на режиме стабилизации, а в дальнейшем в регуляторе автоматически будет выбираться необходимый коэффициент для прохождения допустимой области по ограничениям.

Известно, что передаточная функция ПИД-регулятора имеет вид

1 + Т(Р

1

+ т;-р),(1) . и

коэффициент усиления; оператор Лапласа; постоянная времени интегрирования,

постоянная времени дифференцирования. передаточную функцию

ТиР +

Т«Р

laliP.

(2)

Передаточная функция регулятора с учетом передаточных функций блоков равна

W fP) - WpW - x(pj

K5(X,,j)j,

1 +

() J

К,, J

Из сравнения следует, что

) Кр(Х); Т,

выражений (2) и (4)

.

к,

TJ-i

Kili.

к,

(4)

(5) следует расчет Т

к,т, 5)

к.

к. Та

Таким образом, изменение Kj(X) не вносит изменения в значения остальных параметров регулятора.

Благодаря введению в структуру регулятора канала функ1у5онального преобразования двух координат в составе двух сумматоров, двух выпрямителей, делителя напряжения, нелинейного блока типа насыщение и усилителя с переменным коэффициентом усиления достигается возможность изменить коэффициент усиления регулятора, что позволяет осуществить с помощью одного регулятора три оп- тимальньк режима : разгон, торможение и стабилизацию, повысить качество процессов регулирования, сократить объем оборудования,увеличить функциональную гибкость и расширить область использования.

20 Формула изобретения

.

я;

25

30

с

35

40

45

50

Т

55

Многофункциональный регулятор, содержащий первый усилитель, последовательно соединенные блок дифференцирования и первый сумматор, последовательно соединенные второй сумматор, второй усилитель и инерционное звено, первый вход многофункционального регулятора соединен с входом первого усилителя и входом блока Дифференцирования, выход первого усилителя подключен к второму входу первого сумматора, выход второго усилителя соединен через исполнительный механизм с выходом многофункционального регулятора, выход инерционного звена соединен с вторым входом второго сумматора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения качества процессов регулирования и расширения области использования, в него введены делитель напряжения и последовательно соединенные третий сумматор, первый выпрямитель, четвертый сумматор, второй выпрямитель, нелинейный блок типа насьщение и уси- литель с переменным коэффициентом усиления, причем второй вход многофункционального регулятора подсоединен к.первому входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к входу блока дифференцирования, выход делителя напряжения соединен с вторым входом четвертого сумматора, выход первого сумматора связан с вторым входом усилителя с переменньи коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом второго сумма тора.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при создании систем регулирования теплоэнергетических и электроэнергетических объектов и процессов, а также при управлении приводами станков и механизмов. Цель изобретения - повышение качества процессов регулирования и расширение области использования. Регулятор содержит первый усилитель 1, блок 2 дифференцирования, первый выпрямитель 3, второй выпрямитель 4, первьй 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 сумматоры, делитель 9 напряжения, усилитель 10 с переменным коэффициентом усиления, нелинейный блок 11 типа насьпцение, второй усилитель ,12, инерционное звено 13, исполнительный механизм 14. Поставленная цель достигается за счет введения в структуру регулятора канала функционального преобразования двух координат в составе двух сумматоров 7 и 8, двух выпрямителей 3 и 4, делителя 9 напряжения, нелинейного блока 11 типа насыщение и усилителя 10 с переменным коэффициентом усиления. В результате достигается возможность изменять коэффициент усиления регулятора в завис1-смости от режима. 1 ил. t i /)