Пневматический регулятор с ограничением выходного сигнала Советский патент 1993 года по МПК G05B11/50 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим регуляторам с интегральной составляющей в законе управления, с ограничениями выходного сигнала и защитой от насыщения.

Известны пневматические регуляторы с ограничениями выходного сигнала и с защитой от насыщения, содержащие пропорциональные и интегральные звенья, два элемента сравнения и два задатчика верхнего и нижнего уровней ограничения.

Недостатком известных регуляторов является их низкая динамическая точность. В частности, ограничение выходного сигнала осуществляется в колебательном режиме, параметры которого (амплитуда в частоте) могут быть хуже допустимых значений.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий связанные

между собой и выходным каналом пропорциональный и интегрирующий блоки, емкость которого связана с соплом первого повторителя со сдвигом, задатчик давления и входные каналы, подключенные к пропорциональному и интегрирующему блокам.

Недостатком этого регулятора является сложность его конструкции -узла защиты от насыщений и ограничения выходного сигнала/-..-;- - -. Цель изобретения - повышение динамической точности и упрощение конструкции регулятора.

Цель достигается тем, что в предлагаемом регуляторе, содержащем связанные между собой и выходным каналом пропорциональный блок и интегрирующий блок, емкость которого связана с соплом первого одномембранного повторителя со сдвигом,

VJ

О

ю

4

задатчик нижнего уровня ограничения выходного давления ги входные каналы, подключенные к пропорциональному и интегрирующему блокам, дополнительно установлены два постоянных дросселя, делитель и дроссельный сумматор на постоянных дросселях и одномембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которого связана с выходом делителя, один вход которого соединен с атмосферой, другой -- свьГходн ым каналом -и одним BXQ- дом дроссельного сумматора, другой вход которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель - к проточной ка мерё первого повторителя со сдвигом, управляющая камера которого связана с выходом дроссельного сумматора, управляющая камера второго повторителя, со сдвигом соединена с атмосферой, erd проточная камера - с: выходом повторителя без сдвига, а сопло второго повторителя со сдвигом через второй постоянный дроссель подключено к емкости интегрирующего блока.

На чертеже приведена принципиальная схема прёдлагаемого регулятора.

Регулятор содержит пропорциональный блок 1V интегрирующий блок 2, выполненный на основе сумматора 3, дросселя 4 яёЖости 5, одномембранный повторитель

8 безi сдвига, делитель 7 и дроссельный Сумматор 8 на постоянных дросселях, задатчик

9 нижи его у ро ёй я огра й ичё ния в ыходн ото давления Рвых, первый и второй одномемб- ранные повторители 10 и 11 с положительными сдвигами Ai и Да первый постоянный дроссель 12 (рО,18 мм или .00,32 мм) и второй постоянный дроссель 13 ( р 0,18 мм), входные.кан алы Рп и Р3 и выходной канал Рвых. .

Сопло первого повторителя 10 со сдвигом соединено с емкостью 5 интегрирующего блока 2 и через второй постоянный дроссель 13 - соплом второго повторителя 11 со сдвигом, управляющая камера которого соединена с атмосферой, а его проточная к амерё подключена к выходу одйомембранного повторителя 6 без сдвига, упраёляющая камера которого соедине- нй с ЁЫХОДОМ делителя 7 на постоянных дросселях, один вход которого соединен с атмосферой, Другой его вход подключен к выходному каналу Рвых и одному входу .дроссельного сумматора 8, Выходной канал Рвых подключен к делителю 7 и дроссельному сумматору 8 со ct 0 ройы тех входов, где установлены постоянные дроссблирО,18 мм; со стороны других оставшихся входов элементов 7, 8 установлены постоянные дроссели о 0,32 мм, т.е. с большим проходишь

сечением. Такой другой вход дроссельного сумматора 8 соединен с выходом задатчика 9 непосредственно и через первый постоянный дроссель 12 - с проточной камерой пер- вого повторителя 10, управляющая камера которого соединена с выходом дроссельно-го сумматора 8.

Регулятор работает следующим образом. Предварительно на выходе задатчика

9 устанавливают давление , величина которого должна быть максимальной ( 100 кПа), что увеличивает область нормальной работы регулятора. На первом и втором одномембранных повторителях 10, 11 устанавеиваются соответственно положительные Сдвиги АН и Дь такой величины, чтобы сопла этих повторителей со сдвигом открывались при выходе давления РВых за требуемые соответственно нижний и верхний

уровни ограничения Рн и Рв.

Определим ориентировочно значения положительных сдвигов Ari и Ј этих повторителей 10, 11, исходя из следующих соображений. Коэффициенты деления и передачи

делителя 7 и дроссельного сумматора 8, каждый из которых построен на постоянных дросселях;/0,18 иЈ 0,32 мм, примерно равны Кд 0,3; Ki 0,3; Ка 1 - Ki 0,07. Причем

: р1 кдрвых, V(1)

. Ра К1РВЫХ+ , : . где Pi - выходное давление делителя 7; Р2 - выходное давление дроссельного сумматора 8. -;;::;-, ;..: -. :.;: Сопло повторителя 10 откроется, если давление в его проточной камере боль : ше суммарного давления Ра и пружины (Дн) в его глухой камере, т.е. АН + Ра , где Рг. определяется по формуле (2) при Рвых Рн. Тогда величина, сдвига Дн составит в соответствии с (3) и (2)

АН - Р2 - (KiPH - ) : (1 - К2) - К1 Реых Ki ( - Рн) (4) При Рн 20 кПа получим максимальное значение Дн 0,3 (100-20) 24 к Па, что почти соответствует техническим характеристикам повторителей со сдвигом.

Сопло повторителя 11 открывается при Дв PI, где в соотёетствии с выражением (i) Pi КдРв. Тогда величина сдвига Дв составит - .- : ; -

Дз КдРв. .. :

При Рв 100 кПа получим максима л ьное значение Дв 0,3 100 - 30 кПа. Если требуется уменьшить Полученную величину сдвига Да, то следует использовать в качестве повторителя 6 повторитель с отрицательным сдвигом, чтЬ дополнительно увеличит область мормальной работы регулятора.

Повторители 10 и 11 в узле УЗН выполняют функции пневматических диодов, сопла которых закрыты, если выходной сигнал Рвых изменяется внутри заданного диапазона (Рн, Рв), т.е., Рн Рвых Рв. При этом регу- лятор работает а. линейном режиме и реализует стандартный пропорционально- интегральный закон регулирования,

Рели выходной сигнал Рвых, изменяясь, становится больше верхнего граничного уровня Рв, то давление Pi в нижней камере повторителя 11 будет больше усилия Дс пружины в верхней камере, и сог1ло этого повторителя 11 откроется. Благодаря этому начинается уменьшение под действием давления Pi (через постоянный дроссель 13) давления в емкости 5, и соответственно, выходного сигнала Рвых до восстановления равенства Рвых Рв.

Аналогично при уменьшении выходного сигнала Рвых ниже граничного уровня Рн давление в проточной камере повторителя 10 ( от задатчика 8) будет больше суммарного давления Р2 и пружины (Ан) в глу- хрй камере, и сопло этого повторителя откроется. В результате давление в емкости 5 и сигнал Рвых на выходе регулятора будут увеличиваться под действием давления за- датчика 9 ДО ВЫПОЛНеНИЯ УСЛОВИЯ Рвых Рн.

. В отличие от известных регуляторов процесс ограничения выходного сигнала не сопровождается автоколебаниями, так как все элементы узла УЗЫ работают практически в непрерывном режиме. Кроме того, для улучшения динамики процесса ограничения выходного сигнала установлены со стороны большего давления в узлах сопрозаслонка повторителей 10, 11 первый 12 и второй 13 постоянные дроссели (,18 мм и Ј0.32 мм). Для типовой ПИ-части (регулятор ПРЗ, 31 системы СТАРТ) первый постоянный дроссель 12 можно не устанавливать, при этом динамика процесса ограничения РВых снизу (на уровне Рн) не ухудшается; Узел УЗН реализуется на простых одномембран- ных повторителях и постоянных дросселях, в то время как в известных регуляторах используются многомембранные (3-х и 5-ти) элементы сравнения. :

За счет использования делителя и дроссельного сумматора на постоянных дросселях с разным проходным сечением увеличивается область нормальной работы регулятора; где возможно ограничение его выходного сигнала, несмотря на наличие значительного рассогласования между заданием Рз и переменной РП.

Регулятор выполнен на серийно выпускаемых блоках и элементах и подготовлен к промышленному использованию. Формула изобретения

Пневматический регулятор с ограничением выходного сигнала, содержащий связанные между собой пропорциональный и интегрирующий блок и выходной , подключенный к выходу пропорционального блока, выход интегрирующего блока связан с соплом первого одномембранного повторителя со сдвигом, задатчик нижнего уровня ограничения выходного давления, а также входные каналы, подключенные к пропорциональному и интегрирующему блокам, и сумматор, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения динамической точности регулятора, в нем сумматор выполнен на постоянных дросселях, а также установлен ы два постоянных

дросселя, делитель н а постоянных дросселях, и одномембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которого связана с каналом между постоянными дро ссе- лями делителя, вход первого постоянного дросселя которого соединен с атмосферой, вход второго постоянного дросселя которого соединен с выходным каналом и входом первого постоянного дросселя сумматора, вход второго постоянного дросселя которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель - к проточной камере первого повторителя со сдвигом, управляющая камера которого связана с каналом между постоянными дросселями сумматора, управляющая камера второго повторителя со сдвигом соединена с атмосферой, его проточная камера - с выходом повторителя без сдвига, а сопло через второй посто- янный дроссель подключено к .выходу интегрирующего блока.

Изобретение относится к приборостроению, а именно к пневматическим устройствам регулирования технологических процессов, Целью изобретения является повышение динамической точности и упроще- ние конструкции регулятора. Цель достигается тем, что в предлагаемом регуляторе дополнительно установлены два постоянных дросселя, делитель и дроссельный сумматор на постоянных дросселях и одно- мембранный повторитель без сдвига, управляющая камера которого связана с выходом делителя, один вход которого соединен с атмосферой, другой - с выходным каналом и одним входом дроссельного сум-; матора, другой вход которого подключен к выходу задатчика нижнего уровня непосредственно и через первый постоянный дроссель - к проточной камере первого повторителя со сдвигом, управляющая камера которого связана с выходом дроссельного сумматора. Управляющая камера второго повторителя со сдвигом соединена с атмосферой, его проточная камера - с выходом повторителя без сдвига, а сопло второго по- з вторителя со сдвигом через второй постоянный дроссель подключено к емкости (/) интегрирующего блока. 1 ил. f