SU769489A1 - Variable-structure pneumatic regulator - Google Patents

Description

Изобретение относится к средствам автоматизации и может быть применено в системах автоматического регулирования технологических процессов в химии, нефтехимии, нефтепереработке и др. отраслях промышленности.The invention relates to automation and can be applied in automatic control systems of technological processes in chemistry, petrochemistry, oil refining and other industries.

Известен пневматический регулятор с переменной структурой, содержащий подключенные к входным каналам регулятора «Параметр» и «Задания» пропорциональ. ный блок и блок формирования функции переключения [1].Known pneumatic regulator with a variable structure containing connected to the input channels of the regulator "Parameter" and "Tasks" is proportional. block and the block forming the switching function [1].

Наиболее близким по технической сущности ικ изобретению является пневматический регулятор с переменной структурой [2], содержащий пропорциональный блок, состоящий из последовательно включенных мембранных элемента сравнения и реле, сопла которого через переменные дроссели подключены к элементу умножения на постоянный коэффициент, выход которого соединен с выходным усилителем мощности, и блок формирования функции переключения, состоящий из последовательно включенных первого элемента сравнения, элемента ИЛИ и второго элемента сравнения, другой вход .которого соединен с .выходом звена предварения. Выход второго элемента сравнения подключен >к другому входу мембранного реле .пропорционального блока.The closest in technical essence ικ invention is a pneumatic regulator with a variable structure [2], containing a proportional unit consisting of series-connected membrane comparison elements and a relay, whose nozzles are connected through variable chokes to a constant multiplication element, the output of which is connected to an output amplifier power, and a block for generating a switching function, consisting of sequentially connected first comparison element, OR element, and second element compared oia, the other input. which is connected to. the output of the preliminary link. The output of the second comparison element is connected> to another input of the membrane relay of the proportional unit.

Цель изобретения — повышение точности работы регулятора.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the controller.

Эта цели достигается тем, что в блоке формирования функции переключения установлены генератор импульсных сигналов и клапан. Выход генератора импульсных сигналов соединен с управляющей .камерой клапана, проточная ‘камера которого подключена ικ -выходу элемента ИЛИ, а сопло этого клапана соединено с входом звена , предварения.This goal is achieved by the fact that the pulse generator and the valve are installed in the switching function forming unit. The output of the pulse generator is connected to the control chamber of the valve, the flow chamber of which is connected to the ικ-output of the OR element, and the nozzle of this valve is connected to the input of the pre-opening unit.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема предложенного регулятора; на фиг. 2 — кривая изменения ошибки рассогласования (а), выходной сигнал элемента ИЛИ 9 (б) и выходной сигнал клапана 10 (г).In FIG. 1 shows a schematic diagram of the proposed controller; in FIG. 2 - curve changes the error of the error (a), the output signal of the OR element 9 (b) and the output signal of the valve 10 (g).

Регулятор содержит пропорциональный блок, состоящий из элемента сравнения 1, реле 2, переменных дросселей 3, 4, элемента умножения на .постоянный коэффициент 5, усилителя мощности 6, задатчика 7; блок формирования функции -переключения, (БФФП), состоящий из элемента сравнения 8, элемента ИЛИ 9, клапана 10 и звена предварения, -включающего элемент сравнения 11, переменный дроссель 12, элемента сравнения 13, генератора им30 пульсных сигналов, который состоит из элемента сравнения 14, переменного дросселя 15 и емкости 16.The controller contains a proportional unit, consisting of a comparison element 1, relay 2, variable chokes 3, 4, a multiplication element by a constant coefficient 5, a power amplifier 6, a setter 7; block-function formation-switching (BFFP), consisting of a comparison element 8, an OR element 9, a valve 10 and a pre-link, including a comparison element 11, a variable choke 12, a comparison element 13, a pulse generator 30, which consists of a comparison element 14, variable choke 15 and capacitance 16.

Регулятор собран на элементах промышленной пневмоавтоматики УСЭППА.The regulator is assembled on the elements of industrial pneumatic automation USEPPA.

Регулятор работает следующим образом.The regulator operates as follows.

На .вход регулятора .поступают сигналы, пропорциональные заданному Д₃ и текущему Р„ значениям (регулируемой величины, а также опорное давление Р_о.Signals proportional to the given D ₃ and current P „values (of an adjustable value, as well as the reference pressure P _o .

На выходе элемента сравнения 1 получается сигналThe output of the comparison element 1 produces a signal

Рвых., = Рз-Р„ + Р₀Этот сигнал, проходя через реле 2 и в зависимости от состояния регулирования (S) через переменный дроссель 3 или 4 поступает в минусовую камеру элемента 5.Rvykh., = Рз-Р „+ Р ₀ This signal, passing through the relay 2 and depending on the regulation state (S) through the variable choke 3 or 4, enters the negative chamber of element 5.

На выходе этого элемента отрабатывается регулирующее воздействие видаAt the output of this element, the regulatory effect of the type

Р_Вых = Рвых.₅ = 4”(Р_п-Л,) р_о, (1) ( /<1 при S >0 где Ψ =< „ _с ( Д₂ при S<0; _The P s = Pout. ₅ = 4 ”(P _n -L,) p _o , (1) (/ <1 for S> 0 where Ψ = <„ _s (D ₂ for S <0;

А*вых— выходной сигнал регулятора,A * out - the output signal of the regulator,

Ψ — коэффициент усиления оегулятора (Κι,Κ₂),Ψ - gain of the regulator (Κι, Κ ₂ ),

S — функция переключенияS - switching function

ФР_п-Р₃!FR _p -R ₃ !

S — sign Тпр ---БФФП работает следующим образом.S - sign Тпр --- БФФП works as follows.

Рвых., И Рвых., = Р_п — Рз + Ро одновременно поступают на входы элемента ИЛИ 9, на выходе которого определяется модуль ошибки рассогласования с запаздыванием из-за малости величин р _р,Rvykh., And Rvykh., = P _n - Pz + Po simultaneously arrive at the inputs of the OR element 9, at the output of which the error error module with delay is determined due to the small values of p _p,

7_пр—- звено предварения не обеспечивает четкое и надежное переключение. Для устранения этого недостатка сигнал (Р_п— —Р₃) при помощи генератора импульсных сигналов и клапана формируется в виде (Д_п — Рз)* (см. фиг. 2, г, Рвых._1о)· При скачкообразном изменении разрешенных уровДР_П—Р₃ ней сигнала, величина 7_ПР--&---полу15 чает свои предельные значения (1 либо 0).7 _pr —— the pre-link does not provide clear and reliable switching. To eliminate this drawback, the signal (P _n - -P ₃₎ using the pulse signal generator and the valve is formed as a (D _n - Ps) * (see Figure 2, g, Pout _{1 °...)} · When hopping allowed urovDR _P —P _{3 of the} signal, the value 7 _PR - & --- gets its limit values (1 or 0).

Затем квантованный сигнал по уровню (Р„—Р₃)* поступает на входы звена предварения, которое всегда обеспечивает точное и надежное переключение коэффициентов усиления регулятора.Then the quantized signal according to the level (Р „—Р ₃ ) * is fed to the inputs of the pre-link, which always ensures accurate and reliable switching of the gain of the regulator.

Длительность тактов устанавливается при помощи выбора проводимости пневмосопротивления 15 в зависимости от инерционности объекта управления.The duration of the cycles is set by selecting the conductivity of the pneumatic resistance 15 depending on the inertia of the control object.

Оценим работоспособность устройства. Из-за отсутствия емкости в блоке предварения скорости изменения сигналов в плюсовой камере элемента сравнения и за дросселированной находятся в отношенииEstimate the performance of the device. Due to the lack of capacitance in the pre-blocking unit, the signal changes in the plus camera of the comparison element and behind the throttled one are in relation

(2) ³⁰ где Т_р — постоянная времени «разряда»;(2) ³⁰ where T _p is the “discharge” time constant;

Г_днф постоянная времени «дифференцирования», численно равная постоянной времени звена «дроссель — камера».G _DNF time constant of "differentiation", numerically equal to the time constant of the link "choke - camera".

QR ~ ^{1 00} С другой стороны 1время «разряда» tp = 3--4 Тр или tp =3 — 4 Гд.зф. (3)QR ~ ^{1 00} On the other hand, 1discharge time tp = 3-4 Tp or tp = 3-4 Gd.zf. (3)

Рвых., — ;Р_П— Рз + До· 40 ✓Rvykh., -; Р _П - Рз + To · 40 ✓

Этот сигнал через клапан 10 поступает на входы элемента сравнения 41 звена предварения, где отрабатывается сигнал я р _р р — Т ^{и п 3} I Р__Р ; _L_ Р * ВЫХ. л -- ¹ пр “ 'П * 3 ¹ о·This signal through the valve 10 enters the inputs of the comparison element 41 of the preliminary link, where the signal is processed p p _ p p - T ^{and p 3} I P__P; _L_ P * EXIT. l - ¹ pr “'P * 3 ¹ o ·

Выходной сигнал Д_Вых._п элемента сравнения звена (предварения на элементе сравне- ⁵⁰ ния 13 сравнивается с сигналом Р_ВЫх.,, где определяется знак функции переключенияThe output _{DV's. n of the} element of comparison of the link (the anticipation on the element of comparison ^{50 is} compared with the signal P _YO x., where the sign of the switching function is determined

Область нормальных режимов звена предварения оценивается соотношением (Динамические характеристики регуляторов, построенных на УСЭППА, А. И. Бирман, А. А. Тагаевская, Л. О. Хвилевицкий, в книге «Системы и устройства .пневмоавтоматики». Под ред. А. А. Таль, «Наука», 1969, с. 288—1291).The area of normal modes of the pre-link is estimated by the relation (Dynamic characteristics of controllers built on USEPPA, A. I. Birman, A. A. Tagaevskaya, L. O. Khvilevitsky, in the book “Systems and Devices. Pneumatic Automation.” Edited by A. A Tal, Nauka, 1969, pp. 288-1291).

Лиф^гр < 1,2. (4)Leaf ^ gr <1.2. (4)

С учетом формулы (3), (4) имеем ?р< 3-4L? = 3,6-=4,812л · 7=0,574-0,767, (5) сг> . гр d Рπ Рз/Taking into account formulas (3), (4), we have? P <3-4L? = 3.6- = 4.812l7 = 0.574-0.767, (5) cr>. gr d Pπ Pz /

Д вых. Sign Т_пр .D out. Sign T _Ave.

Далее Р _ΒΒΙΧ.₁₃ поступает в управляющую камеру реле 2 и >в зависимости от .S включает переменный дроссель 3 или 4. При изменении входного сигнала Р _п от заданного d:P — PI значения Р₃ в зависимости от 7_Пп——ϊ-τ;--^v dt должно произойти переключение. Однако при регулировании инерционных объектов' где 7 — .период изменения входного сигяа55 ла.Next, P _ΒΒΙΧ . ₁₃ enters the control chamber of relay 2 and>, depending on .S, it turns on a variable choke 3 or 4. When the input signal P _p changes from the given d: P - PI, the value of P ₃ depends on 7 _P p —— ϊ-τ; - - ^v dt should switch. However, when controlling inertial objects, where 7 is the period of change of the input signal.

Для четкого распознавания. момента перехода через экстремум при погрешности элемента сравнения. 0,5% и амплитуде входного сигнала не более 10% требуется, 60 чтобы период следования импульсов 7_Г генератора составлял не менее 0,05 от периода изменения входного сигнала, т. е. 7_Г>0,05 7. .For clear recognition. moment of transition through the extremum with an error in the comparison element. 0.5% and an input signal amplitude of not more than 10% is required, 60 so that the pulse repetition period of 7 _{G of the} generator is at least 0.05 of the period of change of the input signal, i.e. 7 _G > 0.05 7..

Так как из физических соображений 65 время разряда должно быть больше или со769489 измеримо с периодом 'Следования импульсов, то >0,05 Т. (6)Since, for physical reasons, 65, the discharge time should be longer or ω769489 is measurable with the period of pulse repetition, then> 0.05 T. (6)

Условия (5) и (6) не противоречивы и, следовательно, достигается поставленная цель.Conditions (5) and (6) are not contradictory and, therefore, the goal is achieved.

Такая работа БФФП обеспечивает четкое и надежное переключение параметров регулятора и тем самым улучшается качество регулирования инерционных объектов с запаздыванием.This operation of the BFFP provides a clear and reliable switching of the controller parameters and thereby improves the quality of regulation of inertial objects with delay.

Лабораторные испытания регулятора показали его работоспособность.Laboratory tests of the regulator showed its performance.

Claims (2)

элемента сравнени  14, переменного дроссел  15 и емкости М. Регул тор собран на элементах промышленной (пневмоагвтоматики УСЭППА. Регул тор .работает следующим образом . На вход регул тора .поступают .сигналы, пропорциональные заданному Р- и текущему РП значени м (регулируемой величины , а также о-порное давление Ро. На выходе элемента .сравнени  1 иолучаетс  сигнал р - р pip вых., - 3 п i 0 Этот сигнал, проход  че.рез реле 2 и в заВИСИМО .СТИ от состо ни  регулировани  (5) через перемеиный дроссель 3 или 4 nocTyinaeT в минусовую камеру элемента 5. На выходе этого элемента .отрабатываетс  регулирующее воздействие вида Рвы. РВЫХ., -- (Рп  ,) - Р„, . ( при лри5,0; РВЫХ- выходной Сигнал фегул тора, - коэффициент усилени  регул тора ( ь/Сг), S - функци  пере1ключени  . „ dPn-Ps/ S signTnp .. БФФП работает следующим Образом. Явых., и Рвых.8 РП - РЗ + одновременно поступают на входы элемента ИЛИ 9, на выходе которого олредел етс  модуль ощибки рассогласовани  р р pip вых.9 - , . з. t 0 . / Этот сигнал через клапан 10 поступает на .входы элемента сравнени  i// звена предварени , где отрабатываетс  сигнал 4fi.-a + /ЯИ-РЗ -Л,Р - т ОЫХ. 1 f П; Выходной сигнал Явых.,, элемента сравнени  звена 1дредва1рени  на элементе сравнени  13 сравниваетс  с сигналом PBHX.J, где определ етс  знак функции переключени  djPn-P, 5 Я вых. Т dt Далее Р вых.,, лоступает в управл ющую камеру реле 2 и в зависимо.сти от 5 включает .переменный дроссель 3 или 4. При изменении входного си1гнала Я „ от заданного р р / значени  РЗ в зависимости от Тпр--,- должно произойти переключение. Однако при -регулировании инерционных объектов с запаздыванием из-за малости величин j р р звено предварени  не обеспечивает четкое и надежное переключение. Дл  устранени  этого недостатка сигнал (Р,, - -РЗ) при помощи генератора импульсных сигналов и клапана формируетс  в виде (Яп-Яз) (см. фиг. 2, г, Явых.,„). При скачкообразном изменении разрешенных уров„ Яп-Яз ней сигнала, величина У пр -- fполучает свои предельные значени  (1 либо 0). Затем квантованный сигнал по уровню (Рп-РЗ) псстушает на входы звена предварени , которое всегда обеспечивает точное и надежное переключение коэффициентов усилени  регул тора. Длительность тактов устанавливаетс  при помощи выбора проводимости пневмосопротивлени  15 IB зависимости от инерционности объекта управлени . Оценим работоспособность устройства. Из-за отсутстви  емкости в блоке предварени  скорости изменени  сигналов в плюсовой камере элемента сравнени  и за дросселированной наход тс  в отношении Tf днф(2) где Гр - посто нна  .времени «разр да ; посто нна  времени «дифференцировани , численно равна  (ПОСТОЯННОЙ времени звена «дроссель - камера. С другой стороны врем  «разр да р 3-4Гр или ,,;ф. (3) Область нормальных режимов звена предварени  оцениваетс  соотношением (Динамические характеристики регул торов , построенных на УСЭППА, А. И. Бирман , А. А. Тагаевока , Л. О. Хвилеви.цкий, в книге «Системы и устройства пневмоавтоматики . .Под ред. А. А. Таль, «Наука, 1969, с. 288-1291). 1,2.(4) С учетом формулы (3), (4) имеем р з,,812л ,,767, (5) где Т - период изменени  входного сиг ала . Дл  четкого распознавани , момента перехода через экстремум при погрещности элемента аравнени . 0,5% и амплитуде входного сигнала не более 10% требуетс , чтобы период следовани  импульсов Т генератора составл л не менее 0,05 от периода изменени  входного сигнала, т. е. ,05Т. . Так как из физических соображений рем  разр да должно быть больше или соизмеримо с периодом следовани  имлульсов , то ,05Г. Услови  (5) и (6) не 1противоречи)вы и, следовательно, достигаетс  поставленна  цель. Така  работа БФФП обеспечивает четкое и надежное :пе|реключение параметров регул тора и тем самым улуч1шаетс  качество регулировани  инерционных объектов с запаздыванием. Лабораторные испытани  регул тора  оказали его работоспособность. Формула изобретени  Пневматичесжий регул тор с переменной структурой, содержащий .п ролорциональный блок, .состо щий из последовательно включенных мембранных элемента сравнени  и реле, сопла (которого через переменные дроссели подключены к элементу умножени  на посто нный коэффициент, выход которого соединен С -выходным усилителем мощности, и -блок формировани  фун1кции переключени , состо щий из последовательно включенных первого элемента сравнени , элемента ИЛИ и второго элемента сравнени , другой вход которого соединен с выходом звена предварени , выход второго элемента Сравнени  подключен к другому входу мембранного реле пропорционального блока, о т л ич а ю щ и йс   тем, что, с целью повыщени  точности работы регул тора, в блоке .формировани  функции переключени  установлены генератор импульсных сигналов и клапан, причем .выход генератора имлульсных сигналов соединен с управл ющей камерой клапана , (Проточна  камера которого подключена к выходу элемента ИЛИ, а солло этого клапана с входом звена предварени . Источники информации, (Прин тые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 582494; G 05 В 11/58, 1976. Comparison element 14, variable throttle 15 and capacity M. The regulator is assembled on industrial elements (pneumatic automation USEPA. The regulator works as follows. Signals proportional to a given P- and current RP value (adjustable value, as well as about-pore pressure Po. At the output of the element. Comparison 1, a signal is received - p - p pip out - 3 p i 0 This signal passes through the cut of relay 2 and, depending on the control status (5), through variable choke 3 or 4 nocTyinaeT in the minus chamber of element 5. At the output of this element is processed regulating effect of the type of Pts. ROUT., - (Pn,) - P ",. (at Lr5.0; FIRED - output signal of the generator, - the gain of the regulator (s / Cr), S - function „dPn-Ps / S signTnp .. BFPP works in the following Way. Explicit., and P out. 8 RP - RZ + simultaneously arrive at the inputs of the element OR 9, at the output of which the error error module p pip out. , h t 0. The signal through valve 10 is fed to the inputs of the comparison element i // of the preemptive link, where the 4fi signal is processed. -A + / NI-RZ -L, P - t OYX. 1 f P; The output signal of the Expression. Of the comparison element of the 1drug link on the comparison element 13 is compared with the signal PBHX.J, where the sign of the switching function djPn-P, 5 I out is determined. T dt Then P out ,, enters the control chamber of relay 2 and depending on degree 5 includes a variable choke 3 or 4. When the input signal changes, I „from the given p p / RZ value depending on Tpr--, - there must be a switch. However, when -regulating inertial objects with a delay due to the smallness of the values of j p p the pre-link does not provide a clear and reliable switching. To eliminate this drawback, a signal (P ,, - -RZ) with the help of a pulse signal generator and a valve is formed in the form (Yap-Yaz) (see Fig. 2, d, Expression, "). With a jump-like change in the allowed levels of the Y-Y signal, the value Y pr - f gets its limiting values (1 or 0). Then, the quantized level signal (Pn-RE) pushes the pins of the pitch link, which always ensures accurate and reliable switching of the controller gain factors. The duration of the cycles is determined by choosing the conductivity of the pneumatic resistance 15 IB depending on the inertia of the control object. Evaluate the performance of the device. Due to the lack of capacitance in the preprocessing unit, the rate of change of signals in the positive chamber of the reference element and behind the choked one is in relation to Tf dff (2) where Gr is a constant "discharge time"; the time of differentiation is numerically equal (the CONSTANT time of the link "throttle is the camera. On the other hand, the time is" discharge p 3-4Gy or ,,; f. (3) The region of normal modes of the link of the anticipation is estimated by built on USEPA, A.I. Birman, A.A. Tagaevok, L.O. Khvilevitsky, in the book "Systems and devices of pneumatic automation. Edited by A.A. Tal," Science, 1969, p. 288 -1291) .1,2. (4) Taking into account formula (3), (4) we have pz ,, 812l ,, 767, (5) where T is the period of change of the input signal. For a clear recognition, The transition point through the extremum with an element error of 0.5% and an input signal amplitude of no more than 10% requires that the pulse period T of the generator be at least 0.05 times the input signal change period, i.e., 05T. Since, for physical reasons, the discharge should be greater or commensurate with the period of following the impulses, then 05. The conditions (5) and (6) are not 1 contradiction and, therefore, the goal is achieved. This operation of the BFPT provides a clear and reliable: switching the parameters of the controller and thereby improves the quality of regulation of inertial objects with delay. Laboratory tests of the regulator had his performance. The invention includes a variable structure pneumatic controller containing a rotary unit consisting of a series-connected comparison membrane element and a relay nozzle (which is connected via variable chokes to a constant multiplication element, the output of which is connected With an output power amplifier and -the switching function forming unit consisting of the first comparison element connected in series, the OR element and the second comparison element, the other input of which is connected to the output A second pre-level link, the output of the second Comparison element, is connected to another input of the membrane relay of the proportional unit, which is such that, in order to improve the accuracy of the regulator, the pulse generator and the valve are installed in the switching function. The output of the generator of pulse signals is connected to the control chamber of the valve, (the flow chamber of which is connected to the output of the OR element, and the salt of this valve is connected to the input of the preliminary link. Sources of information (Taken into account during the examination: 1. Author's certificate of the USSR No. 582494; G 05 V 11/58, 1976. 2.Шигин Е. К. и др. Пневматический пропорционально-интегральный регул тор с переменной структурой. Пневмоавтоматика , М., «Наука, 1972, с. 122 (прототил).2. Shigin EK, et al. Pneumatic proportional-integral regulator with variable structure. Pneumatic automation, M., "Science, 1972, p. 122 (prototyl). ПP Л,L, гg f ff/ff ff / f пллгшпппplgshpppp (( toto ОABOUT Фиг.22