Устройство для регулирования неэлектрических величин Советский патент 1981 года по МПК G05D23/00 

Изобретение относится к электронной автоматике и может быть использо вано в системах автоматического управления, например в системах кондиционирования . Известны устройства для регулирования температуры, содержащие измерительный мост, датчик и задатчик температуры, фазочувствительный усилитель, регулирующее устройство и два дополнительных датчика, снабженные индивидуальными нагревателями 1 и 12 . Недостатком известных устройств, наряду с увеличенным энергопотреблением, необходимым для индивидуальных нагревателей, сложностью изготов ления и настройки двух одинаковых датчиков в комплекте с индивидуальными нагревателями, является то,что коррекция регулируемой неэлектрической величины может осуществляться только по температуре. Сигнал корре ции вырабатывается с помощью индиви дуальных нагревателей, моделирующих процесс изменения теплопритока, а не по непосредственному воздействию ре гулируемого параметра, его выработк невозможна при реверсивном регулиро вании непосое.аственным воздействием Кроме того, эти устройства имеют невысокую точность регулирования, обусловленную слабой помехозащищенностью и. как сл.едствие, большой зоной нечувствительности. Известно также устройство для регулирования влажности газов, содержащее измерительный мост, датчик и задатг1ик влажности, фазочувствительные реверсивные усилители, автогенератор и релейный усилитель. В этом . устройстве за счет усложнения его схемотехнического решения удается несколько повысить точность регулирования путем увеличения чувстви:Тельности схемы по основному сигналу и частичного уменьшения его зависимости от изменения внешних УСЛОВИЙ з 1. Однако значительные амплитуды колебаний регулируемой величины, су- . щественное влияние остаточной неравномерности и большая погрешность регулирования, обусловленные нескорректированной величиной времени транспортного запаздывания, а также сложность настройки и, как следствие, низкая надежность устройства в целом не позволяют получить высокое качество регулирования.

Наиболее близким к предлагаемому ,по технической сущности является УСТРОЙСТВО (регулятор температуры), содержащее источник и стабилизатор напря:;:ения, измерительный мост, датчик и задатчик температуры, автогенератор, усилитель, формирователь,выпрямитель и нагреватель, причем перг вая диагональ измерительного моста включена между средней точкой делителя напряжения и входом автогенератора, выход цепи обратной связи которого подключен к второй диагонали измерительного моста, а выход автогенератора подключен к входу усилителя выход последнего соединен с входом формирователя, при этом выход формирователя через выпрямитель и нагреватель подсоединен к истрчнику и. стабилизатору напряжения 4J.

Недостатками известного устройств являются отрицательное влияние на точность регулирования явления остаточной неравномерности и низкое качество регулирования, обусловленное наличием эквивалентного (суммарного) времени транспортного запаздывания. а также смещением среднего значения .регулируемой величины по сравнению с заданным уровнем при воздействии на объект регулирования дестабилизирующих факторов. Жесткое регламентирование функций (только регулирование температуры) накладывает ограничение на применение устройства как унифицированного узла в системах автоматического регулирования неэлектрических величин.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для.регулирования неэлектрических величин, содержащее подключенные к источнику питания последовательно соединенные автогенератор и двухпозиционный коммутатор, выходом соединенный со входом ключевых элементов, а также подключенный к выходу автогенератора первый измерительный мост в первые противоположные плечи которого включены чувствительные элементы, а в другие плечи - задающие элементы,содержит последовательно соединенные второй измерительный мост и сумматор второй вход которого связан с выходом первого измерительного моста, а выход - со входом автогенератора, с выходом КОТОРОГО соединен вход второго измерительного моста, плечи которого образованы чувствительными элементами,

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 питания, автогенератор 2/ двухпозиционный коммутатор 3, ключевые элементы 4 и 5, сумматор 6, первый измерительный мост 7, содержащий чувствительные элементы 8 и 9, и задающие элементы 10 и 11, второй измерительный мост 12, включающий чувствительные элементы 13 и 14 с постоянной времени Т, и чувствительные элементы 15 и 16 с постоянной времени Т К выходам ключевых элементов 4 и 5 подключаются пусковые механизмы исполнительного устройства (не показаны7. Чувствительные элементы 8 и 9 размещаются в объекте регулирования и имеют непосредственный физический контакт с регулируемым параметром. Чувствительные элементы 13 16 устанавливаются на локальном репрезентативном участке исполнительного устройства и- имеют непосредственный физический контакт с процессом изменени я энергии регулируемого параметра, например тепловой контакт с выходом распределителя, реверсирующего изменение энергии теплохладоносителя, который циркулирует в теплохладообменном аппарате. На задаю- . щих элементах 10 и 11 фиксируется требуемое значение регулируемой величины.

Устройство работает следующим образом.

В момент включения на выходных зажимах первого измерительного моста 7 и второго измерительного моста 12 вырабатываются сигналы ошибки и коррекции, амплитуды и начальные фазы которых зависят от величины знака отклонения регулируемого параметра от заданного значения. В сумматоре 6 сигналы ошибки и коррекции, суммируются в фазе по модулю и воздействуют с выхода сумматора .6 на вход автогенератора 2. Если сдвиг фаз между выходным и входным напряжениями автогенератора на некоторой резонансной частоте fp равен нулю, а произведение коэффициента передачи по напряжению первого измерительного моста 7 второго измерительного моста 12 и сумматора 6 на коэффициент усиления автогенератора 2 больше или равно единице, то на выходе автогенератора 2 установятся незатухающие колебания Автогенератор выполнен по схеме избирательного усилителя с глубокой отрицательной обратной связью через селективный элемент, например двойной т-образный RC -мост, и с замкнутой петлей положительной обратной связи с выхода автогенератора через входные зажимы первого измерительного моста 7, второго измерительного моста 12 и выход сумматора 6. Такое решение обеспечивает надежную помехозащищенность и сводит диапазон нечувствительности устройства регулирования к допустимому минимуму. Наличие колебаний на выходе автогенератора 2 вызывает опрокидывание двухпозиционного коммутатора 3 (например

регенеративного компаратора напряжения с заданным порогом срабатывания) Выходной сигнал с него того или иного знака (относительно общей точки источника питания) воздействует одновременно на противофазные входы ключевых элементов 4 и 5. Результатом воздействия-выходного сигнала является срабатывание одного из ключевых элементов, через выходные зажимы которого осуществляется реверс исполнительного устройства и происходит -изменение подачи энергии к объекту регулирования. Изменение энергии направлено так, что контролируемая величина стремится к заданному уровню. При совпадении величины регулируемого параметра с требуемым значением коэффициенты передачи по напряжению первого измерительного моста 7 и второго измерительного моста 12 становятся равными нулю, а при перерегулировании фазы сигнала ошибки-и коррекции изменяются на 180°. Это приводит к невыполнению одного из необходимых и достаточных условий баланса Фаз или баланса амплитуд и, как следствие, к срыву колебаний на выходе автогенератора 2. Последнее вызывает процесс возвращения двухпозиционного коммутатора 3 в исходное состояние и далее через соответствующий ключевой элемент к режиму реверса исполнительного устройства. При воздействии на объект регулирования возмущающих факторов регулируемая величина претерпевает непрерывные колебания, период, скважность и амплитуда которых зависят от качественных характеристик устройства регулирования, причем колебательный режим подобных устройств является их нормальным состоянием. В стадии разгона и выхода в зону автоколебательного режима величина притока или оттока энергии регулируемого параметра, вырабатываемая исполнительным устройством, не претерпевает существенных скачков. Поэтому на начальном этапе регулирования при значительных отклонениях регулируемой величины от требуемого значения вклад сигнала коррекции в суммарный сигнал, воздействующий на вход автогенератора 2, способствует форсированию процесса разгона и выхода регулятора на режим самонастройки. При этом величина амплитуды суммарного сигнала на выходе сумматора 6 такова, что компенсисует эквивалентное воемя транспортного запаздывания системы регулирования.Как только произойдет перерегулирование контролируемого процесса, на выходе второго измерительного моста 12 (за счет разных значений постоянной времени чувствительных элементов 13-16) возникает противофазный основному сигналу ощибки сигнал рассогласова ния, обусловленный непосредственным

воздействием изменения энергии регулируемого параметра на его измерительные цепи, в сумматоре 6 сигнал рассогласования алгебраически складывается с основным сигналом ошибки, вырабатываемым, первым измерительным мостом 7. Это приводит к появлению на выходе сумматора б разностного сигнала ошибки, управляющего режимом возбуждения автогенератора 2. Амплитуды и фаза разностного сигнала

0 ошибки таковы, что вызывают упреждающее реверсирование исполнительного устройства, обеспечивающего непосредственное изменение подачи энергии регулируемого параметра к объекту

5 регулирования. При следующих скачкообразных изменениях энергии регулируемой величины процесс формирования сигнала коррекции повторяется. Стабилизация амплитуды колебател1 но0го режима регулируемого параметра относительно среднего фиксированного значения контролируемой величины переводиТ устройство регулирования в режим самонастройки. При этом кратковременное импульсное реверсивное

5 изменение энергии (с учетом эквивалентного времени транспортного запаздывания) не приводит к появлению на выходе первого измерительного моста 7 основного сигнала ошибки. В

0 то же время на выходных зажимах второго измерительного моста 12 присутствует изменяющийся по фазе на 180 сигнал коррекции, который через сумматор 6 воздействует на вход авто5генератора 2, периодически поддерживая на его выходе процесс возбуждения незатухаюцих колебаний или их срыв. При установке на задающих элементах 10 и 11 нового значения регу0лируемой величины процесс выхода устройства на режим стабилизации и самонастройки повторяется аналогично вышеизложенному.

Таким образом, устройство для регулирования неэлектрических величин

5 позввляёт получить высокий технический эффект, а именно повысить точность регулирования.

Формула изобретения

Устройство для регулирования неэлектрических величин, содержащее подключенные к источнику питания последовательно соединенные автогенератор и двухпозиционный коммутатор, выходом соединенный со входом ключевых элементов, а также подключенный к Выходу автогенератора первый измерительный мост, в первые противоположные плечи которого включены чувствительные элементы, в другие плечи - задающие элементы, отличающееся тем, что, с целью повьндения точности устройства,оно

::одержит последовательно соединенные второй измерительный мост и сумматор второй вход которого связан с выходом первого измерительного моста, а - со .входом автогенератора, с выходом которого соединен вход второго измерительного моста, плечи которого образованы чувствительными элементами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

.. Авторское свидетельство СССР 128672, кл.б 05 D 23/24. . « Л; т°Рское свидетельство СССР 190457, кл.С 05 D 23/30, 1966.

5 3. Авторское свидетельство СССР 469960, кл.С 05 D 22/00, 1975.

4. Авторское свидетельство СССР № 542181, кл.О 05 D 23/24, 1977 (прототип).