Пропорционально-интегральнодифференциальный регулятор Советский патент 1979 года по МПК G05B11/36 

(54) ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР

Предлагаемое изобретение относится .к области автоматического регулирования, а именно, к аналоговым пропорционально-интегрально-дифференцирующим (ПИД) устройствам упраления и может быть использовано при автоматизации различных производственных процессов.

Известны аналоговые ПИД-регуляторы, содержащие сумматоры, усилители, интегратор и дифференциатор 1, 2, 3.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является ПИД-регулятор, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматор и усилитель, выход которого через масштабирующий блок соединен со вторым входом второго сумматора и через релейный элемент - с nepBfcJM входом первого сумматора, второй вход которого соединен с третьим входом второго сумматора и через последовательно соединенные дифференциатор и третий сумматор - с четвертым входом второго сумматоВа. 4 .

Однако для этого устройства характерна сложность схем ограничителей составляющих закона регулирования, для построения которых требуется значительное количество активных элементов, и трудности, связанные с необходимостью одновременной настройки пределов ограничения всех ограничителей.

0

Цель изобретения - упрощение регулятора.

t

Это достигается тем, что в регуляторе установлены два нелинейных

5 блока. Выход второго сумматора че, рез первый нелинейный блок соединен со вторым входом третьего сумматора. Выход релейного элемента через второй нелинейный Олок соединен со

0 вторым входом усилителя.

Блок-схема устройства представлена на чертеже, где приняты следующие обозначения; первый, второй и третий

5 сумматоры 1-3, интегратор 4, дифференциатор 5, усилитель 6, масштабирующий блок 7, релейный элемент 8, первый и второй нелинейные блоки i9 и 10.

Регулятор работает следующим образом.

Входным сигналом регулятора является сигнал рассогласования Е между заданным ( X з, ) и фактическим значением ( X f) регулируемого параметра. Входной сигнал поступает одновременно на входы дифференциатора 5, сумматора 1 и сумматора 2. Выходной сигнал дифференциатора 5, пропорциональный производной по времени от входного сигнала , через третий сумматор 3 подается на вход сумматор 2. Выходной сигнал сумматора 1, проинтегрированный в интеграторе 4, также поступает на вход сумматора 2„ Поскольку последовательно включенные сумматор 2 и усилитель 6 охватываются отрицательной обратной связью с помощью масштабирующего блока 7, то в линейном режиме выходной сигнал услителя 6 будет являться алгебраической суммой пропорциональной, интегра ной и дифференциальной составляющих закона регулирования, причем величина пропорциональной составляющей будет определяться значениями коэффициента передачи масштабирующего блока 7. Уровень ограничения выходного сигнала регулятора задается путем установки величины зоны нечувствительности трехпозиционного релейного элемента 8, В нелинейном режиме, когда.выходной сигнал регулятора стремится выйти за пределы установленной зоны нечувствительности тгрехпозиционного релейного элемента 8, на его выходе появляется сигнал, который через второй нелинейный блок подается на вход усилителя 6. Усилитель б оказывается охваченным глубокой отрицательной обратной, связью, которая предотвращает дальнейшее увеличение (или уменьшение) выходного сигнала регулятора Величина выходного сигнала будет оставаться постоянной и равной заданному уровню ограничения. При этом сигнал .на выходе второго нелинейного блока 10 близок к нулю. Выходной сигнал трехпозиционного релейного элемента 8, конечный уровенькоторого определяется значением зоны нечувствительности второго нелинейного блока 10, поступае на вход сумматора i, в результате чего действие входного сигнала Б на интегратор 4 нейтрализуется и прцесс интегрирования прекращается. Тем самым предотвращается возможность перегрузки сумматора 2 по канлу интегральной составляющей и обеспечивается работа интегратора 4 в линейном режиме. Первый нелинейный блок 9 служит для предотвращения перегрузки сумматора 2 по каналам пропорциональной и дифференциальной со тавляющих закона регулирования. В

линейном режиме сигнал на выходе сумматора 2 значительно меньше половины величины зоны нечувствительности первого нелинейного блока 9. В нелинейном режиме, когда выходной сигнал регулятора достигает одного из пределов ограничения при дальнейшем изменении входного сигнала регулятора, сигнал на выходе сумматора 2 может резко возрасти, что чаще всего бывает при резких выбросах входного сигнала и при бросках производной по времени от входного сигнала. Когда выходной сигнал сумматора 2 незначительно превысит половину величины зоны нечувствительности первого нелинейного блока 9, на вход третьего сумматора 3 -будет подан сигнал отрицательной обратной связи, который предотвратит дальнейшее увеличение выходного сигнала сумматора 2. Таким образом, поставленная цель упрощения существующего регулирующего устройства достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве ИЗ схемы ограничения составляющих закона регулирования исключается ряд активных элементов, что,в свою очередь, приводит к значительному упрощению процесса настройки ограничителей всех составляющих законов регулирования, который сводится к установке необходимого значения з нечувствительности трехпозиционного релейного элемента.

Формула изобретения

Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, содержащий по ледовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматор и усилитель, выход которого через масштабирующий блок соединен со вторшл входом второго сумматора и через релейный элемент - с первым входом первого сумматора, второй вход которого соединен с третьим входом второго сумматора и через последовательно соединенные дифференциатор и третий сумматор - с четвертым входом второго сумматора, отличающийся тем, что, с целью упрощения регулятора в нем установлены два нелинейных блока, а выход второго сумматора через первый нелинейный блок соединен со вторым входом третьего сумматора, выход релейного элемента через второй нелинейньай блок соединен со вторым входом усилителя.

.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1с, , Автоматизация, приборы контроля и регулирования производствен.ных процессов в нефтяной и нефтехимической промышленности. Под ред. Шиндлера Ю.И. Кн. 5. М., Недра, 1967, с. 176-177.

2, Заявка №2383499 кл.с 05 В 11/01, 1977, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства. 5

Ялышев А. -Электричесмы

кие аналоговые регулирующие устройства систем промышленной автоматики.Обзорная информация ЦНИИ ТЭИ приборостроения. Вып. 1. М., 1974, с. 8285 (прототип).

-)-сги- -