Пневматическое вычислительное устройство Советский патент 1989 года по МПК G06G5/00 

1

(21)42Й6490/24-24

(22)17.07.87

(46) 15.12.89. Бюл. № 46

(71)Новочеркасский политехнический институт им. Серго Орджоникидзе

(72)В.Н.Вязенов, Р.А.Нейдорф и А.В.Шило

(53) 621.525 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 840932, кл. G 06 G 5/00, 1978. Авторское свидетельство СССР № 748186, кле G 01 N 9/28, 1978.

(54) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

(57) Изобретение относится к пневматическим устройствам, предназначен- ным для преобразования аналоговых сигналов. Цель изобретения - повьппе- ние быстродействия. Пневматическое вычислительное устройство содержит первьй 1 и второй 2 мембранные элементы сравнения и узел 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффи

Изобретение относится к пневматическим устройствам, предназначенным для преобразования аналоговых сигналов. Цель изобретения - повышение быстродействия. Пневматическое вычислительное устройство содержит первый 1 и второй 2 мембранные элементы сравнения и узел 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, выполненный в виде сумматора 7, сопла которого соединены с каналом питания 23 и с атмосферой, а выход сообщен с выход сообщен с выходом узла 3 и со вторым переключателем 12. Канал 21 опорного сигнала связан непосредственно и через первый вход дроссельного делителя 8 со входами первого переключателя 11, соединенного выходами с плюсовой и минусовой камерами сумматора 7. Канал 22 входного сигнала связан с минусовой камерой сумматора 7 и со вторым переключателем 12. Выход усилителя мощности 5 подключен к выходному каналу 24. Первый проточные камеры первого 1 и второго 2 элементов сравнения соединены с каналом питания 23. Выход повторителя со сдвигом 6 подключен к первой минусовой камере первого элемента сравнения 1, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом задатчика 4 опорного сигнала, а плюсовые камеры - с выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент. При этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения 1 подключено ко второй проточной камере этого элемента сравнения и ко входу усилителя мощности 5. Сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а сопла второго элемента сравнения соединены с минусовойкамерой этого элемента сравнения и со входом повторителя со сдвигом 6, вторая проточная камера второго элемента сравнения соединена с атмосферой. 1 ил.

ел to го

00

циент, выполненный в виде сумматора 7, сопла которого соединены с каналом питания 23 и с а тмосферой, а выход сообщен с выходом узла 3 и с вторым переключателем 12, Канал 21 опорного сигнала связан непосредственно и чере з первый вход дроссельного делителя 8 с входами первого переключателя 11, соединенного выходами с плюсовой и минусовой камерами сумматора 7, Канал 22 входного сигнала связан с минусовой камерой сумматора 7 и с вторым переключателем 12, Выход усилителя мощности 5 подключен к выходному каналу 24, Первые проточные камеры первого 1 и второго 2 элементов сравнения соединены с каналом питания 23, Выход повторителя 6 со сдвигом подключен к первой минусовой

Изобретение относится к пневматическим устройствам преобразования аналоговых сигналов.

Цель изобретения - повьпление быстродействия вычислительного устройства

Схема пневматического вьгчислитель- ного устройст ва приведена на чертеже,

Пневматическое вычислительное уст V.

ройство .содержит первый 1 и второй z мембранные элементы сравнения,узел 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, задатчик 4 опорного сигнала, усилитель 5 мощности и повторитель 6 со сдвигом.

Узел 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент содержит мембранный .сумматор 7, дроссельный делитель 8, образованный постоянным 9 и переменным 1П дросселями с прово- димостями соответственно о( и и первый 11 и второй 12 переключатели с каналами 13 - 2П,

Если переключатели 11 и 12 установлены так, что канал 13 соединен с каналом 16, канал 14 с каналом 15, канал 17 с заглушенным каналом 20 и канала 18 с каналом 19, то узел 3 oc ществляет умножение входного сигнала на коэффициент К (oi + э) / при этом дроссельный делитель 8 находится в обратной связи сумматора 7,

Дпя получения коэффициента усиле- НИН К с(/(о( + )1 переключатели

11 и 12 устанавлинаются так, что ка- нал 13 соединен с каналом 14, канал

15 - с каналом 16, канал 17 - с канакамере первого элемента сравнения 1, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом задатчика 4 опорного сигнала, а плюсовые камеры - с выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент. При этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения 1 подключено к второй проточной камере этого элемента сравнения и к входу .усилителя мощности 5о Сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а сопла

второго элемента сравнения соединены с минусовой камерой этого элемента сравнения и с входом повторителя 6 со сдвигом, вторая проточная камера второго элемента сравнения соедине-

на с атмосферой, 1 ил.

лом 19, канал 18 - с каналом 20, в этом случае дроссельный делитель 8 находится в прямой связи и сумматор 7 выполняет роль повторителя.

Канал 21 опорного сигнала соединен с первым входом дроссельного делителя 8, Входной канал 22 устройства сообщен с минусовой камерой сумматора 7 и с входом переключателя 12,

Первые проточные камеры элементов сравнения 1 и 2 соединены с каналом питания.23, Выход повторителя 6 со сдвигом подключен к первой отрицательной камере элемента сравнения 1, остальные отрицательные камеры которого соединены с выходом задатчика 4 опорного сигнала, а положительные - с выходом узла 3 умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, вход которого соединен с входным каналом 22 устройства. Сопло первой проточной камерыэлемента сравнения 1 подключено, к второй проточной камере этого элемента и к входу усилителя 5 мощности. Выход усилителя 5 мощности подключен к выходному каналу 24 устройства. Сопло второй проточной камеры элемента сравнения 1 соединено с атмосферой. Сопли первой и второй проточных камер элемента 2 сравнения соединены с входом первой отрицательной камеры этого элемента и с входом повторителя 6 со сдвигом,Вторая проточная камера и остальные глухие камеры второго элемента сравнения соединены с атмосферой.

Пневматическое вычислительное уст- ройство работает следующют образом.

На ВХОД устройства поступает сигнал Pfj, узел 3 умножения на постоян-i ный настраиваемый коэффициент осуществляет преобразование этого сигнала по формуле

t де Р„

К.

(РВ. - РН) + Р

ч

(1)

- давление в канале 21 (условный нуль), РН 0,02 МПа;

Р, - давление на выходе схемы умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, МПа;

KI - коэффициент усиления.

Полученный сигнал Pj с выхода узла 3, а также сигналы Р,, с выхода за- датчика 4 опорного сигнала и Р с выхода повторителя 6 со- сдвигом посту- йают на входы соответствующих глухих камер элемента 1 сравнения. Кроме того, в первую проточную камеру этого элемента поступает давление питания Р , а во вторую - давление выхода |Р4 В таком режиме работы усиление на штоке, развиваемое действием давлений Р и Р. на мембраны, компенсируется усилием, развиваемым действием на мембраны давлений з и ч В этом случае условие равновесия сил на мембранном блоке элемента сравнения 1 можно записать следующим образом:

Р -р 1

+ Р

,(F. -f,)- -Г

- Р

: (F;- f,)(- - 1)

+ РЗ(Г, - fj + ,.

эффективные площади малых и больщих мембран элемента сравнения 1;

общее число глухих камер этого элемента (при этом п+1 будет соответствовать числу мембраны).

давление на выходе

ения 1

Р Р

А П

К . fJJ- . Р - --- - rv V 9 1 9

- 1) -Р. - РЗ),

где

К а f-

- - коэффициент усиления, зависящий от геометрических размеров V мембран.

Из последнего вьфажения следует, что давление Р непосредственно зависит от давления питания Р , Поэтому нестабильность давления питания PJ, приводит к появлению ошибки на выходе элемента сравнения 1, Так как давление Р, на выходе узла 3 и Pj на-выходе задатчика 4 опорного сигнала не зависят от колебаний давления питания РП, то компенсировать данную погрешность можно только за счет давления Р, С этой целью рассмотрим работу цепочки элемент сравнения 2 - повторитель 6 со сдвигом.

Давление питания Р„, поступающее в первую проточную камеру элемента сравнения 2, преобразуется в усилие на штоке жестким центром малой мембраны и перемещает мембранный блок. При этом происходит увеличение давления Р J- на выходе этого элемента,которое поступает в одну из отрицательных камер, В результате суммарного действия этих сил и вызванного действием результирующей силы перемещения мембранный блок устанавливается в некоторое положение равновесия,которое описьшается следутащим выражением:

Решая

0

PC.

f + f - Pi- Fi О, (4) (4) относительно Ру, найдем

- п, (5)

Рг р - п

К,

где

45

50

и F - эффективные площади малых и больших мембран элемента сравнения 2;

Kj - коэффициент усиления, зависящий от геометрических размеров мембран, с

J выхода элемен- 2 поступает на вход повДалее сигнал Р та сравнения торителя 6 со сдвигом, которьй реализует зависимость

РЗ

PSPC.

(6)

где Ре давление сдвига.

Из формулы (б) с учетом (5) получим

Т з 3 РП + PC

(7)

Следовательно, давление Р на выходе по|вторителя 6 со сдвигом связано од- но|значной зависимостью с давлением, пи гания Pp.

Для вывода окончательного уравне- нич, описывающего функцию, которую реализует пневматическое вычислительное устройство, подставим (l) и (7) в (3):

вых Р4 РП- (1 - ) + ., к,-К, -5---(Рвх - РИ) +

(|-1)Р. -PC. W

Подобрав элементы сравнения 1 и соответственно равными эффективными плоощдями мембран f , х f и F , } 2 , получим К 2 К з 1 , Выра- же:1ие (8) можно упростить:

вих

К,К, - (PS. - РН) +

К, Р, ( - 1)Р,)

ре

Из выражения (9) следует, что пог- пность, вносимая давлением питания исключается путем коррекции со

стороны элемента сравнения 2,

I I

1 Постоянная составляюпщя выходного сигнала определяется соотношением

РН К. -Г РМ - -Г - 1)Рг - - (10)

Величину опорного давления P-j., удобно принять равной условному нулю::

Р - PJ,

(11)

То|гда из (Ю) получим величину сдвига

р - Р KjLli fc -.ч Yi

Окончательное выражение, описы- ва|ощее функцию, которую реализует пн)гвматическое вычислительное устрой- CTJBO, имеет вид

- BbtlC

К.(РВ, - Р„) + Р

и

(12)

где К К К. -я- - общий коэффициент усиления пневматического вычислительного устройства,

Ф.ормула изобретения Пневматическое вычислительное устройство, содержащее первый и второй мембранные элементы сравнения и узел умножения на постоянный настраиваемый коэффициент, состоящий из дроссельного делителя, переключателей и

мембранного сумматора, сопла которого соединены с каналом питания и с атмосферой, а выход сообщен с выходом узла, канал опорного сигнала связан непосредственно и через первый вход дроссельного делителя с входами первого переключателя, соединенного своими выходами с плюсовой и минусовой камерами мембранного сумматора и первьм входом второго переключателя, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а вход - с вторым входом дроссельного делителя и выходом узла умножения на постоянный коэффициент, задатчик опорного сигнала и усилитель мощности, выход которого подключен к выходному каналу, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия,оно снабжено повторителем со сдвигом,причем первые проточные камеры первого и второго элементов сравнения соединены с каналом питания, выход повторителя со сдвигом подключен к первой минусовой камере первого элемента

сравнения, остальные минусовые камеры которого соединены с выходом за- датчика опорного сигнала, а плюсовые камеры - с выходом узла умножения на постоянный настраиваемый коэффициент,

при этом сопло первой проточной камеры первого элемента сравнения подключено к второй проточной камере этого элемента сравнения и к входу усилителя мощности, сопло второй проточной камеры первого элемента сравнения сообщено с атмосферой, а сопла второго элемента сравнения соединены с минусовой камерой этого элемента сравнения и с входом повторителя со

сдвигом, а вторая проточная камера второго элемента сравнения соединена с атмосферой.