Регулятор с релейной характеристикой Советский патент 1990 года по МПК G05B11/16 G05B11/56 

Изобретение относится к тепло- .энергетике и химической промьшшен- ности, может найти применение в двух- позиционных системах управления и является усовершенствованием регулятора по авт.св. № 631864.

Цель изобретения - повышение точности регулятора.

На фиг. 1 представлена структурная схема регулятора; на фиг. 2 - статическая характеристика; на фиг. 3 - принципиальная схема регулятора на элементах УСЭППА.

Регулятор содержит индикатор 1 экстремумов, нуль-орган 2, релейный блок 3, сумматор 4, формирователь 5 сигнала отклонений, первый и второй источники 6,7 постоянных сигналов, элемент И 8, третий источник 9 постоянного сигнала, элемент ЗАПРЕТ 10, второй и первый переключатели 11, 12, .повторители-усилители 13,14, пневмо емкость 15, реле 16, элемент 17 сравнения, элементы 18,19 запоминания максимума и минимума, повторитель 20 со сдвигом, реле 21 - 23.

На фиг. 2 обозначены характерные точки 24 - 30 статической характеристики, X - регулируемая координата, X - сигнал задания, Y - выходной сигнал, Xj,±C, OB, ОН - первый, второй и третий выходы формирователя 5 сигнала отклонения 5, причем ОН и ОВ означают дискретные сигналы Отклонение нижнее, Отклонение верхнее, формируемые формирователем 5, когда координата X соответственно меньше ИЛИ больше сигнала задания Хр и зоны нечувствительности С, т.е. .

Индика гор 1 э.кстремумов обеспечивает запоминание на своих выходах экстремальных значений Хд регулируемой координаты X и по команде с экстремума - коммутации их через релейный

СЛ

сю

блок 3 на первый вход сумматора 4. Индикатор 1 экстремумов состоит из элементов 18 запоминания максиь1ума и

реле 22 и его выходной сигнал появляется, на третьем выходе формирователя 5. Одновременно этот сигнал пере

Изобретение относится к теплоэнергетике и химической промышленности, может найти применение в двухпозиционных системах и является усовершенствованием известного регулятора по авт.св. N 631864. Цель изобретения - повышение точности регулятора. Регулятор выполняется релейным трехпозиционным с зоной нечувствительности и отрицательным переменным гистерезисом, ширина зоны которого меняется в линейной зависимости от амплитуды автоколебаний. 3 ил.

19 минимума входного сигнала, повтори- , ключает реле 23, обеспечивая коммутателей-усилителей 13 и 14, введенных для усиления по мощности и передачи сигналов в индикатор 1 экстремумов, реле 16, управляющий вход которого связан с выходом элемента 17 сравне- Q ния, и пневмоемкости 15,

Индикатор 1 экстремумов работает следующим Образом.

При изменении регулируемой координаты, например, в сторону уменьшения на 55 выходе элемента 18 запоминания запоминается сигнал Х,, при Х(Х,с+а) , где а -величина сдвига, настраиваемая эле- MeiiTOM 18 запоминания, элемент 1 7 срабащш сигнала Х - С на первый выход формирователя 5. Если X больше, чем Хд + с, то срабатывает реле 21 и его выход, равный 1, появляется на втором выходе формирователя 5. Реле 22 при этом находится в исходном состоянии и на выход реле 23 проходит сигнал Хд+С. Если же входной сигнал находится в зоне допустимых отклонений, то на выходах реле .21 и 22 нули, а на первом выходе формирователя 5 сигнал XO+G.

Логическая операция И реализуется элементом И 8, а логическая оператьтает и отключает элемент 18 запоми-20. 5SOS§l элементом ЗА11РЕТ 10: нания, закрыв верхний контакт реле 16,

Вых.20 1 01 Вых.21 О О 11

а выход элемента 19 запоминания через другой контакт реле 16 соединяется с вторым входом элемента 17 сравнения. При дальнейшем уменьшении сигнала вы- 25 ходной сигнал элемента 17 сравнения не изменяется. С увеличением входного сигнала на выходе элемента 19 запоминания запоминается X.

элемент

17

Мин

сравнения принимает исходное положе- зо ние, а второй вход элемента 17 сравнения вновь соединяется с выходом элемента 18 запоминания максимума. Релейный блок 3 (двухконтактное реле) обеспечивает коммутацию Х,,

При изменении регулируемой координаты X от нуля в сторону сигнала задания Xfl (фиг. 2) в индикаторе 1

Х, по команде с выхода элемента 17 сравнения на вход сумматора 4. Последний выполнен по схеме дроссельного сумматора. Если выход равен (1-К) Х1+К Хэ, где К d/(d+b), d.

35

и b - проводимости дросселей сумматора, XI и X 3 - сигналы, действующие .на входах сумматора 4.

Формирователь 5 сигнала отклонений - это блок, формирующ1й дискретные сигналы на своих втором и третьем выходах, если входной сигнал становится меньше или больше своего заданного значения и допустимой нормы от40

экстремумов запоминается Х,04 На третьем выходе формирователя 5 - 1, на первом - , а на втором выходе - О. Сигнал коммутируется через реле 3 на первьм вход сумматора 4, на второй вход которого действует сигнал XQ-C. На выходе нуль-органа 2 сигнал 1, так как в его положительной камере сигнал (1-К) (Xj,-C) , а в отрицательной - (фиг.З). Поэтому элемент И 8 на своем выходе формирует сигнал 1, поскольку на

45

его входах два сигнала 1, а элемент ЗАПРЕТ 10 - сигнал О. Выходные сигналы элементов И 8 и ЗАПРЕТ 10 переключают переключатели 11 и 12 таким образом, что на выход регулятора проходит сигнал с выхода второго источ- . клонения -tC, задаваемой в этом блоке. JQ ника 7, равный Y,. Как только регули- В .данном случае он содержит повтори- руемая координата X достигнет точки тель 20 со сдвигом, вход которого со- 24 (фиг. 2), выходной сигнал нуль- единен с сигналом задания Х. Сам органа 2 становится равным О. Бэтой этот сигнал при настройке регулятора устанавливается равным сразу XQ - С, а повторителем 20 сдвигается на величину +2 С так, что на его выходе формируется сигнал . При этом если -X меньше, чем Х - С, то срабатывает

точке .регулируемая координата X равна выходному сигналу (1-К)-(Хд-С) сумматора 4. В результате выходной сигнал элемента И 8 становится равным О. Это приводит к переклю чению первого переключателя 12 и к его вы-

щш сигнала Х - С на первый выход формирователя 5. Если X больше, чем Хд + с, то срабатывает реле 21 и его выход, равный 1, появляется на втором выходе формирователя 5. Реле 22 при этом находится в исходном состоянии и на выход реле 23 проходит сигнал Хд+С. Если же входной сигнал находится в зоне допустимых отклонений, то на выходах реле .21 и 22 нули, а на первом выходе формирователя 5 сигнал XO+G.

Логическая операция И реализуется элементом И 8, а логическая опера20. 5SOS§l элементом ЗА11РЕТ 10:

25

зо

Вых.20 1 01 Вых.21 О О 11

О 0

.Первьй и второй переключатели 11, 12 - это реле, включенные по схеме коммутации двух сигналов.

Регулятор работает следующим образом. ..

При изменении регулируемой координаты X от нуля в сторону сигнала задания Xfl (фиг. 2) в индикаторе 1

экстремумов запоминается Х,04 На третьем выходе формирователя 5 - 1, на первом - , а на втором выходе - О. Сигнал коммутируется через реле 3 на первьм вход сумматора 4, на второй вход которого действует сигнал XQ-C. На выходе нуль-органа 2 сигнал 1, так как в его положительной камере сигнал (1-К) (Xj,-C) , а в отрицательной - (фиг.З). Поэтому элемент И 8 на своем выходе формирует сигнал 1, поскольку на

его входах два сигнала 1, а элемент ЗАПРЕТ 10 - сигнал О. Выходные сигналы элементов И 8 и ЗАПРЕТ 10 переключают переключатели 11 и 12 таким образом, что на выход регулятора проходит сигнал с выхода второго источ- ника 7, равный Y,. Как только регули- руемая координата X достигнет точки 24 (фиг. 2), выходной сигнал нуль- органа 2 становится равным О. Бэтой

точке .регулируемая координата X равна выходному сигналу (1-К)-(Хд-С) сумматора 4. В результате выходной сигнал элемента И 8 становится равным О. Это приводит к переклю чению первого переключателя 12 и к его вы-

10

20

25

30

ервого источника б постоянного сигнаа, который проходит через открытьй ерхний контакт второго переключатея 1 1 в выходной канал регулятора, в результате . При дальнейшем величении регулируемой координаты, огда она проходит точку 28 (фиг.2), изменение выходного сигнала регулятора не происходит. В этой точке реле 22 принимает исходное состояние (его выходной сигнал О), а на второй вход сумматора 4 проходит сигнал +С через нижний контакт реле 23, но на выходах элементов И 8 и ЗАПРЕТ 10 по-прежнему О. Когда входной сигнал достигнет точки 25, срабатывает реле 21. Его выходной сигнал через открытый верхний контакт реле 10 переключает второй переключатель Т1 таким образом, что на выход регулятора проходит сигнал с выхода третье- го источника 9 постоянного сигнала, и . В точке 25 сигнал . Дальнейшее нарастание регулируемой координаты X до точки 26- никаких переключений в регуляторе не производит. Пусть от точки 26 (фиг. 2) X уменьшается до точки 29, а затем вновь нарастает до точки 30. Тогда в точке 26 индикатор 1 экстремумов запоминает . и на выходе суммато(ЛСТКС, ра 4 формируется сигнал (1-К) IXjj+C) , которые пока меньше, чем Х Mww Действительно, пусть,, например, X( кПа, , ,5, кПа, тогда (1-0,5)(60+5)+0,580 72,5 кПа, однако эта величина больше, чем . При дальнейшем умень- дО шении X, когда X станет меньше, чем (1-К)-()(точка 27 на фиг. 2), срабатьгаает нуль-орган 2 и на выход регулятора теперь проходит сигнал с выхода первого источника 6 45 постоянного сигнала. Действительно, на выходе элемента И 8 - О и на выходе элемента ЗАПРЕТ 10 также О (на его входе два сигнала 1). Эти сигналы и обеспечивают прохождение 50 выходного сигнала первого источника 6 постоянного сигнала на выход регулятора, . Далее в точке 25 выход регулятора не меняется. В этой точке реле 21 принимает исходное состоя- 55 кие О, но выходные сигналы элемен- тов И 8 и ЗАПРЕТ 10 при этом по-прежнему равны о. В точке 28 срабатывает реле 22, так как здесь выполня15

35

0

5

0

переключает реле 23, и на второй вход сумматора 4 вновь коммутируется си нал Хр-С, но выходной сигнал нуль- органа 2, равный 1, от этого не меняется. В результате на выходе элемента Н 8 формируется 1, которая переключает -первый переключатель 12, так что на выход регулятора проходит сигнал с выхода второго источника 7 постоянного сигнала, поскольку выход элемента ЗАПРЕТ 10 равен О. Этот сигнал сох раняется при изменении ре- 5 гулируемой координаты X до точки 29, а затем и до точки 30. В точке 29 , который запоминается в индиМИп

каторе 1 экстремума, в результате на выходе сумматора 2 вновь сигнал (I-K) if(X(,-C),. В. точке 30 этот сигнал .становится равным X, что приводит к переключению нуль-органа 2, и на выход регулятора через, второй и первьй переключатели 11 и 12 проходит сигнал с выхода первого источника 6 постоянного сигнала. Далее цикл повторяется. Отметим, что точки 24, 30, 27, в которых происходят переключения, не являются раэ навсегда фиксированными, но они всегда находятся слева (т.24,30) и справа (т.28) от фиксированной зоны допустимых отклонений.

О 5 0 5

5

Данное техническое pemeHiie позволяет реализовать в регуляторе следующий алгоритм:

iY,, если (XH-C)X и М,Х, YJ, если (Х„-С) X (Х„+С) или М,Х или , YI, если (XH+C)X и Mj.X, где Y,,Y,Yj - уровни выходного сигнала;

Х| - задание (номинальное заданное значение регулируемой координаты X); М(1-К)-(Х„-С)+КХэ;

К - постоянный коэффициент,

меньший единицы; tC - зона нечувствительности регулятора; Xj - экстремальные значения регулируемой координа- : ты, равные ее максимуму или минимуму; М2(1-К)(Хц+С)+КХ. Таким образом, предлагаемый регулятор является трехпозиционным релейным регулятором с зоной нечувствитель-ности и отрицательным переменным гистерезисом, ширина зоны которого меняется в линейной зависимости от амплитуды входного сигнала.

Наличие зоны нечувствительности в регуляторе позволяет исключить автоколебания в системе, а способность регулятора к переключениям с недоходом регулируемой координаты до зоны нечувствительности позволяет умень- ; шить эту зону, повысив тем самым точность регулирования в установившемся режиме, Так, отклонение регулируемой координаты от задания всегда теп.ерь бУдет меньше амплитуды автоколебаний в системе с регулятором-прототипом.

Наличие трех уровней выходного сигнала У ,7 , У, позволяет обеспег чить в системе, его содержащей, плавное протекание процесса управления. Использование регулятора для автоматизации технологических процессов позволит существенно повысить эффек-i тивность автоматизации, увеличить производительность отдельных машин и агрегатов и улучшить их техникою 3 ко номические показ ателй.

Формула изобретения

Регулятор с релейной характеристикой по авт. св. № 631864, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в него дополнительно введены три источника постоянного сигнала, два переключателя, элемент Н, элемент ЗАПРЕТ и

формирователь сигнала отклонения,

первый и второй входы которого соединены с первым и вторым входами регулятора, первьй вькод - с вторым входом сумматора, второй - с первым

входом элемента ЗАПРЕТ, а третий выход - с первым входом элемента И, подключенного выходом к управляющему входу первого переключателя, соединенного первым и вторым информационными входами с выходами первого и второго источников постоянного сигнала, а выходом - с первым информационным входом второго переключателя, подключенного вторым информационным входом к выходу третьего источника постоянного сигнала, управляющим входом - к выходу элемента ЗАПРЕТ, а вьпсодом - к выходу регулятора, второй вход элемента И соединен с выходом нуль-органа и. с вторым входом элемента ЗАПРЕТ.

Фиг.1

Фиг.г

V2 «