Пневматическое устройство для моделирования нелинейности Советский патент 1979 года по МПК G06G5/00 G05B5/04 

нейносги типа люфт; первый входной канал Р устройства соединен с одной плюсовой камерой сумматора 1 и с вхопом блока 2, второй входной канал Р устройства соединен с серугоб плюсовой камерой сумматора 1, выход Р- блока 2 соединен с минусовой камерой сумматора 1, выход которого соединен с выходныЬ) лав ал ом Рд устройства. Блок 2 содержит одномембранные элементы 3,4 соответственно запоминания максимума и минимума, вход этих элементов соединен с первым входным каналом Р , а выход - с выходом блока 2 и с емкостью 5. Устройство работает следующим образом. В канал Р| подается преобразуемое давление, в канал Рл - давление смещения, которое C4MtaeTca неизменным, а давление Р является нелинейным вида люфт преобразованием давления Р : При -p vTotu HdP/dt O; РО при при значение последнего экстремугде PQ ма давления Р Д - заданное уставкой в блоке значение зоны нелинейности. Из условия равновесия усилий на мем бранном блоке сумматора 1 имеет Р4 Pi - РЗ + РЙ подставляя в это вьфажевие значение ве личины Ра и производя элементарные преобразований, получим реализуемую устройством функцию в виде: Р 2- РИ dPj/dt о и 4 л , 4 ( P Ро U Pi TO - А , .Р2 При d iMi/O . При Любых изменениях давления на ,входе устройства давление йа его выходе ртличаегся от Давления смещения не более чем наtA,причем внутри этого диапазона линейно зависит от давления на входе. Как иа&дстно, такая зависимость является оояой из интерпретаций нелинейности типа упор, В бпоке 2 нелинейность типа люфт реализуется следующим образом. Пусть в ЯСХОЯ11 % состоянии давление PI на expse в блок 2 равно давлению PQ на его выходе. Тогда на мембране в элементах 3 и 4 имеют iviecTo неравенства Р. и Р. + .. соответ654 сгвенно, при этом контакт в обоих алементах разомкнут, и давление на выходе оказывается запертым в глухом объеме, обозначим его через Р, о Р 1 3 Если в дальнейшем давление ,Pi будет произвольным образом меняться в пределах i jj о своего значения в исходном состояний, то неравенства И Р + А Р сохраняются, и контакт в обоих элементах останется разомкнутым, так что Pft При Р„ РЛ +ди) 1-J - r-jj - ..,„ О I О Если давление Pj, возрастая, откло-, нигся от своего значения в исходном состоянии более чем на Д , то на мембране элемента 3 возникнет небаланс давлений Р.; Рд А 3 на мембране элемента 4 сохранится неравенство PJ +i Р , ,прй этом контакт элемента 3 переходит в проводящее состояние, а контакт элемента 4 остается разомкнутым, давление РЧ начинает возрастать, как только скорость его изменения сравняется со скоростью изменения давления Pj j переходный процесс закончится при некотором определенном значении сопротивления контакта в элементе 3 и при разности давлений на входе и выходе практически . равной величине Д , так что Р Р -ЛПрН- ОиТ1 Ро + А. (2) Это равенство в дальнейшем будет сохраняться (по завершении соответствующего переходного процесса) при любых значениях скорости изменения давления PJ в диапазоне от нуля до максимального значения, соответствующего такому положению мембраны относительно сопла в элементе 3, при котором контакт элемента имеет минимально возможное сопротивление (т.е. контакт полностью открыт). Если давл1эние Pj , уменьш аясь отклонится от своего значения в исходном состоянии более чем на Д , то на мембране элемента 4 возникнет небаланс давлений PI + А РЗ . а на мембране элемента 3 сохранится неравенство Pj д R +Д, при этом контакт элемента 4 переходит в провоД5Пцее состояние, а контакт элеента 3 остается разомкнутым, давлени( PI начинает уменьшаться, как только скорость его изменения сравняется со скоростью изменения давления Р. , переходный .процесс закончится при некотором определенном значении сопротивления контакта в элементе 4 и при раоности давлений на входе и выходе практически равной величине Д , так что Т,.-р . «.. а-.АПры-.ои-р.. (3) Это равенство в дальнейшем будет сохраняться при любых значениях и скорости изменения давления Р, в диапа- .зоне от нуля до тхекоторого максимально го значения, соответствующего такому положению мембраны относительно сопла в элементе 4, при котором контакт элемента имеет минимально возможное сопротивление. Если из состояния, определяемого уравнением (2), давление Pj изменит направление своего изменения и начнет уменьшаться, то на мембране элемента 3 возникнет небаланс давлений R-i PI, а на мембране элемента 4 сохранится неравенство Pi + А Ра . при этом контакт элемента 3 размыкается, а. контакт элемента 4 остается разомкнутым, а давление Pj перестает изменяться и остановится на уровне, которого оно достигло в момент размыкания контакта элемента 3; так как размыкание контакта элемента 3 npov.входит в момент, ког да dPj/dt О, то последующее уменьшение давления на входе происходит уже при разомкнутом контакте элемента 3, а так как давление Ра . на выходе в своем движении отстает от давления Pj на входе, то до момента размыкания контак та элемента 3 давление Рл монотонно возрастало, а в момент размыкания контакта скорость его равнялась нулю, следовательно, в момент размыкания контакта элемента 3 давление Р останавливается на уровне, равном максимальному значению, достигнутому при движении вверх до момента остановки, (т.е. до dp момента, когда--1 0) дальнейшем. .. л когда давление на входе, измениЬ неправ ление своего движения, будет умёнь аться, схема переходит в состояние, описываемое уравнением (1), где под РО перь следует подразумевать значение этого максимума давления Р Аналогично из состояния, определяемого уравнением (3), при перемене направ956ления изменения давления Pj (т.е. при переходе от уменьшения к возрастанию) схема переходит в сосгоянир, описываемое уравнением (1), где под PQ попразумевается значение минимума давления Ра f достигнутого при движении вниз. Таким образом, в блоке 2 обеспечиваются состояния, соответствующие уравне (j (2) и (3), и возможны их азаимные переходы; как известно, система уравнений (1), (2) и (3) является анапитическим выражением нелинейности типа люфт. Преплагаемое устройство но составу конструктивных элементов проще известногб устройства, принятого за прототип. Если исключить из рассмотрения одинаковые для обоих устройств элементы (два одномембранньгх элемента с пружиной и пятимембранный элемент сравнения), то пневмоемкости предлага- мого устройства противопоставляются два постоянных и один переменный дроссели и два трехмембранльгх и один пятимембранный элементы сравнения известного устройства-прототипа. Отсюда непосредственно вытекают конструктивные (меньшие вес и габариты), экономические (меньшая стоимость) и эксплуатационные (более высокая надежность) преимуществ предлагаемого устройства перед устройством-прототипом. Формула изобретения Пневматическое устройство для моделирования нелинейности, содержащее сумматор, плюсовые камеры которого соединены соответственно с первым и вторым входными каналами, а выход - с выходным каналом устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью у прощения устройства, в нем установлены одномембранные элементы запоминания минимума и максимума и емкость, причем входы одномембранных элементов запоминания минимума и максимума соединены с первым входным каналом, а выходы - с минусовой камерой сумматора и емкостью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Нетушил А. В. Теория автоматического управления , ч. 2, М., Высшая школа, 1972, с. 51. 2.Авторское свидетельство СССР № 328426, кл. q 05 В И/5О, 1972.