Способ автоматического регулирования различных процессов по максимуму или по минимуму

Способ автоматического регулирования различных процессов по максимуму или по минимуму

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

J4 b633$

K;Iа с 60. 10

46)эа, 17

24m, 2

ССС Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ ОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сirx CCP

Т

Зт вгигтрировано а оэо C

В. В. Казакевич

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЪ|Х

ПРОЦЕССОВ HO МАКСИМУМУ ИЛИ ПО МИНИМУМУ

3:.яаосяо 25 .оября 19 !3 г-:а а 11 рк::аяиапрсга за ¹ 9158 (3301-!! с пр,:сасякясчием ааяа ;, Ъ 918,;.. 30;;20! сот т17 аска ря 19-13 года я . и 9192 !330523) от 23 декабря 1943 года

Опубликовано 3! октяоря 1946 г.

Все существовавшие до настоящего времени системы автомг I»leского регулирования решали задачу поддержгния регулируемой вели-! инь! IlëN псстоянной, или изменяющейся ro заранее заданному закону (в случае так называемого программного регулирования), После воздействия возмугцгюшего фактора и отклонения вследствие этого регу:шруемой величины от заданного значения, вышеукаoàNí 10 системы регулирования долж»ы устанавливать регулируемую величину на задгнном уровне.

Изодромнь е регуляторы производят указанное действие точно; иные типы регуляторов — непосредственного действия, жесткой обратной связью и другие — ". неко. торыми отклонениями.

Между тем указапнь.е вирды ре гулировгиия лишь в том случае в то . ности соответствуют своему назначени!о, если техниче" кая задача. котс,".у!о они,должны решать, и захл!Очается В подде!",Жан:.iN регулируемой величины на заданном уровне.

Именно TBIK задача регулирования ставилгеь в первый период ра".вития техники, когда в связи с недостато ьно высоким уровнем ее развития и не могли возникнуть инь,е требования. Классический пример этому — регулятор Уатта, который должен под!держ!!вать число оборотов глагно-.о вала маши ны постсянным независимо OT величины нагрузки.

Однако с развитием техники возник ряд так сх задач, с которыми ушеству;ошие системы регулирования либо совершенно не могут справиться. либо справляются частично — это задачи отыскания и

1iоддц. жанни экс Гремгльных (HI!H больших и íà.!меньших) значений регулируемой вел,!чины.

В нгст=ящем изобретении дается спос"б гвтоматичес,.ого регулироггния нг максимальные или минимальные "начен;. я регулир; мой величины.

Вследствие того что вид функциональной зависимости между регулируемой величиной и регулируюшей (аргументом) .неизвестен и. тем более, может изменяться с течением времечи по совершенно неопределенному згкону, задать ее (зависимость) заранее не представляется возможным, Ж 66335

В связи с этим восновании принципа действия экстремального регулятора лежит следующая идея: вводится искусственное возмущение в процесс, с помощью специального устройства (описанного ниже) проверяется направление течения процесса и, если направление обеспечивает приближение регулируемой величины к требуемому экстремуму, возмущение допускается.

Если же происходит удаление от экстремума, то знак возмущения изменяется, и после этого начинается движение в требуемом направлении вплоть до момента достижения экстремума.

На чертеже фиг. 1 и 2 изображают два варианта схемы экстремального регулятора.

Первый вариант (фиг. 1) показан на примере автоматического регулятора на максимум дальности, продолжительности или скорости полета самолета.

В схему (фиг. 1) входят следующие основныв элементы: 1 — прибор, измеряющий километровый расход ° I к; 2 — реле, реагирующее:на величину и знак произо Р. водной —; 8 — 4 — 5 — реверсивное

dt устройство; 9 — шаговый механизм; 7 — коммутатор.

Искусственное возмущение, воздействующее на рукоятку газа, вызывается электромотором 3 с помощью муфт 4 и 5, включаемых неодновременно, при перекидке рубильника 12 из одного крайнего положения в другое.

Работа регулятора происходит следующим образом. Предположим, что регулятор не включен, При этом значение ). .не изменяется, так как возмущение отсутствует. Включим регулятор, замкнув рубильник. При этом начинается вращение мотора и коммутатора 7. Пусть в первый момент скорость коммутатора мала и включилась муфта 4 на увеличение скорости полета. Если скорость уже была наивыгоднейшей, то ее дальнейшее увеличение вызовет увелиdi чение>,; при этом ) О и стрелка 2б индикатора производной (реле 2) повернется против часовой стрелки и замкнет контакты

2г — 2д, При этом сработает электромагнит 8, произойдет перекидка рубильника 12 и включится муфта 4 вместо муфты 5. Вследствие этого начнется уменьшение скорости и

a i уменьшение . Так как — при

at этом отрицательна, то стрелка 26 повернется по часовой стрелке и пройдет при этом мимо контактов

2а, 2с, не замыкая их. При даль-нейшем уменЬшении скорости полета, последняя пройдет через наивыгоднейшее значение. Вследствие сИ уменьшения - стрелка 2о начнет подходить (против часовой стрелки) к нулевому положению, замыкая при этом контакты 2а, 2с. Если ключ 18 выключен, то начнутся незатухающие колебания вокруг максимума, если же ключ 1З замкнут, то в момент замыкания контактов 2а, 2с работает электромагнит 11 и рубильник 12 займет среднее положение, выключив искусственное возмущение.

При работе коммутатора 7, избавляющего регулятор от действия возмущающих сил, достигаемое значение регулируемой величины может несколько отличаться GT max °

После того как наивыгоднейшая скорость найдена, рычаг 14 может включить на регулирование иной параметр, В случае закрепления ползуна датчика указателя скорости или расходомера в положении, близком к максимальным значениям скорости или расхода, устройство превращается соответственно в регулятор на максимум продолжительности или скорости полета.

В схему по фиг. 2 входят следующие основные элементы;

1 — прибор, измеряющий регулируемую величину; 2 — реле,,и змеряющее направление течения прзцеоса (знак скорости) сигнумреле); 3 — реверсивный мотор, вызывающий искусственное возмущение; 7 — контактное устройство (коммутатор); 9 — шатовой механизм.

Сигнум-реле 2 представляет собой рычаг 2б, связанный фрикционно с осью стрелки прибора, измеряющего регулируемую величину.

Р, и вследствие этого увлекаемый стрелкой 1а при изменении величины P. Однако рычаг 2 может двигаться лишь в пределах некоторой зоны между контактами 2в и 2г.

Эта зона будет называться зоной нечувствительности.

При движении стрелки прибора в ту или другую сторону рычаг 2б коснется одного из контактов (2в или 2г) и остановится, между тем как стрелка будет продолжать дв и гатьс я.

Регулирование происходит следующим образом.

Предположим, что регулятор не включен; тогда положение стрелки

1а не будет изменяться (в предположении, что естественное возмущение отсутствует). так как параметр v, воздействующий на величину Р,,не изменяется.

При этом пусть величина P не достигает максимума.

Включим рубильник 10. При этом начинается вращение мотора 8 (в ту или другую сторону) и диска коммутатора 7.

Пусть при этом изменение параметра вызывает уменьшение P.

При этом стрелка 1а прибора 1, вращаясь против часовой стрелки, увлекает рычаг 2б, который, пройдя часть зоны нечувствительности, замкнет контакты 2г и 2д, что вызовет вследствие срабатывания электромагнита 8 и шагового механизма 9 реверс мотора 8 и уменьшение параметра v. Вследствие этого увеличивается величина P и, если скоро"ть вращения диска 7 достаточно мала, величина Р достигает экстремума и начинается движение вокруг максимума.

Если зависимость между v и Р имеет вид

P=f (v) и имеется максимальное значение P при v = оо (г. е. /(го) = .Р ..) и если введены следующие обозначения: скорость искусственного изменения — /, запаздывание прибора —,, запаздывание механизмов автоматики — .Ь.(. зона нечувствительности — n, P. то расчет показывает следующее:

1) колебания регулируемой величины Р вокруг максимума происходят в интервале где

1 2

1" (Vp) ((Р+ (4 t) )

2) амплитуда колебаний аргумента v имеет значение

2о P о u = 2 +В ((51t)P+ (Ь, )-);

Г ("а)

Bi период стационарных колебаний вокруг максимума

Т = — + 1c> ((5< t) + (5p t)p) .

4 2оР

k1 ((Vp)

Для исключения возможности расстроикн работы регулятора при воздействии возмущающих сил введено контактное устройство (коммутатор 7).

Пусть допустимое режимом работы отклонение параметра v от значения, соответствующего макси уму (и„), есть некоторое nv; тогда число оборотов диска 7 выбирается таким образом, чтобы за период одного оборота изменение величины v от воздействия мотора 3 не превышало Лг.

Если теперь при таком выборе числа оборотов коммутатора 7 .начинают действовать возмущающие силы, то возможны два случая: а) влияние возмущения в л1обу1о сторону больше влияния изменения v В этом случае влияние изменения v на увеличение P прекращается, причем v = v, %+ ью, где о1 соответствует началу возмущения, в) влияние возмущения в любу1о сторону меньше влияния изменеМ 6ИЗо ния v. В этом случае регулироваяие протекает нормально до достижения значения o + 0 (npn возмущении. увеличивающем Р) или 0 — М(при сора ном влиянии), где ю — величина, достигаемая при отсутствии возмущающих сил.

Если скорость вращения коммутатора .нельзя считать малой, то достигаемое регулятором значение может отличаться от оптимального

a!,aчения сю.

Если введены обозначения: о,Р— величина зоны нечувствительности;

Ь., 1 — время на выбор люфтов в механизмах;

Ь,„1 — время выбега мотора;

- Ь t — суммарнс е время запаздывания релейных механизмов;

Ео„, — суммарные ошибки прибора (из-за трений);

Ь, г — период искусственного возмущения;

1, — скорость искусственного измененпя v, то достигаемое значение o определится нз равенства

/ (U ) — f ю " — - — ° 5! 3 — 2 (4

1 .н

+ Л, t -+, - 5 t) k! (— o! P+ 2 Xоn,„,.

Из последнего выражения следует, что для достижения экстремума должно быть выполнено cëåдующее условие: ю+2-ю р<((ю — ) — f ю— — — — (Л t — 2й,,t — 2Ь t -2ZA>t) Предмет изобр етени я

1. Способ автоматического регулирования различных процессов пс максимуму или по минимуму при помощи измерительного прибора. контролирующего регулируемую величину, о тл и ч а ю шийся тем, что режим контролируемого процесса периодически искусственно возмущают, например, изменяют сначала в одном, а затем в обратном направлении, с той целью. чтобы измерительный прибор допускал изменение процесса только в сторону приближения его к максимуму или минимуму, прерывая каждое изменение в обратном направлении.

2. Устройство для осуществления способа пс п. 1 для автоматического регулирования режима работы двигателя внутреннего горения, в частности авиационного двигателя на достижение максимальной дальности полета при данном запасе горючего, отличающееся применением сдвоенной системы из двух электромагнитных реле, предназначенных для воздействия иа общий храповой механизм таким образом, что при срабатывании первого из них происходит nooseредное изменение направления вращения регулирующего процесс двигателя, а второго — полное выключение двигателя, в результате перемещения храповика в первом случае на целый зубец, а во втором на половину зубца. ссуществляемые при помощи контактов измерительного прибора„отклонение указателя которого пропорционально первой производной значения регулируемой величины (удельной дальности полета) независимо от периодического изменения направления вращения двигателя специальным коммутатором, с той целью, чтсоы при удалсшш от наивыгоднейших услсвий работы происходило дополнительно изменение направления врагцения двигателя, а при достижении их — полное вык,почение последнего.

3. Устройство для осуществления способа по п. 1 с применением измерительного прибора, контролиру сшегс регулируемую величину и снабженного контактами, с т л ич а ю щ е е с я тем, что контактная . асть прноора фрикционно связка с указателем. не препятствуя дальнец(шему отклонению последнего после соприкосновения с контактамн, с той целью, чтобы прп изменении направления контролируемогс процесса немедленно происходило размыкание контактов.

4. Устройство для осуществления способа по и. 1, о тл и ча ющ ее% 66335 с я применением реле по типу электромагнитного храпового механизма, предназначенного, прп каждом поданном на него электрическом импульсе для изменения направления вращения реверсивного электродвигателя, или иного реверсирующего приспособления. служащего для регулирования процесса в сторону увеличения,или уменьшения регулируемой величины и управляемого либо при помощи вращающегося прерывателя, периодически подающего импульсы в цепь реле, либо замыканием контактов у измеряющего процесс прибора, причем при каждом последующем импульсе происходит измвнение направления движения электродвигателя, с целью дополнительного изменения направления вращения последнего в том случае, когда протекание контролируемого процесса происходит не в нужном направлении.

5. В устройстве по п. 2 применение в качестве контролирующего процесс прибора системы из указателя скорости полета и расходомера горючего, воздействующих через соответствующие передачи на преобразующий показания приборов дополнительный механизм, отклонение указателя которого пропорционально первой производной отношения указанных величин.

6. Устройство для осуществления способа по п. 1, отл и ч а ющ еес я тем, что при регулировании ьеличины, зависящей от нескольких параметров, указанные параметры включаются на регулирование поочередно с помощью кулачка таким образом, что во время регулирования по одному из параметров остальные либэ остаются свободными. либо поддерживаются постоянными с помощью обычных регуляторов.

7. Форма выполнения устройства по п. п. 2 и 5, отличающаяся тем, что, с целью использования устройства для регулирования режима работы двигателя на максимальную продолжителыность полета самолета при данном запасе горючего, датчик указателя скорости по п. 5 жестко закреплен в положении. соответствующем максимальному. или близкому к нему значен.ию скорости.

8. Форма выполнения устройства по,п. п. 2 и 5, отличающаяся тем, что, с целью использования указанного устройства в качестве регулятора 1на максимальную скорость, датчик указателя расхода горючего жестко закреплен в положении, соответствующем максимальному или близкому к нему расходу горючего. фиг. 2 фиг, 2

Оть. редактор В. Н. Костров

Теки. редактор Г. ф. Соколова

Тираж 500 экз. Цена 65 к. Зак. 306

А02854. Подписано к печати 27/Ш-1948 r.

Типография Гоопчаниздата им, В poBc K-го, г. Калута.