Формирователь вункции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой

Формирователь вункции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И-С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«ii690441 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлемо 0 057б (21) 2357600/18-24 (51)М. Кл.2

G 05 В 13/00

G 05 В 11/58 с присоединением заявки Нов

Государственный комнтет

СССР по делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 0510.79. Бюллетень Мо37

Дата опубликования описания 15.1079 (53) УДК621-525 (088. 8) (72) Автор изобретения

Л.И. Гришин (71) Заявитель (54) ФОРМИРОВАТЕЛЬ ФУНКЦИИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

ДЛЯ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ С ПЕРЕМЕННОЙ

СТРУКТУРОЙ

Изобретение относится к области пневматического приборостроения, а именно к пневматическим регуляторам с переменной структурой. 5

Известны пневматические регуляторы, содержащие регулирукщее устройство, узел переключения параметров настройки или закона регулирования и формирователь функции переключения, содержащий сигналиэатор знака отклонения регулируемой величины от задания и сигнализатор знака производной регулируемой величины, выходы которых объединены логической схемой равнозначность (1).

Во многих случаях оказывается целесообразным переключать структуру регулятора с учетом отклонения регулируемой величины за пределы настраиваемой зоны чувствительности.

Известен формирователь наиболее близкий к данному, содержащий сигнализаторы отклонений (соответственно за верхнюю и нижнюю границы эоны нечувствительности) и сигналиэатор знака производной (2), Однако указанные формирователи сложны конструктивно и обладают ограниченными функциональными возможностями.

Целью изобретения является упрощение и расширение функциональных возможностей формирователя.

В предлагаемом формирователе сигналиэатор знака производной выполнен в виде двухсоплового элемента сравнения и узла формирования нелинейности типа Люфт, причем вход регулируемой величины непосредственно и через узел формирования нелинейности типа Люфт соединен соответственно с первой и второй глухими камерами элемента сравнения, каждое сопло которого соединено с выходом соответствукщего сигнализатора отклонения, а обе проточные камеры — с выходным каналом формирователя.

На чертеже представлена принципи-. альная схема формирователя функции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой.

Формирователь содержит сигнализаторы (элементы) отклонения (за верхнюю) 1 и (нижнюю) 2 границы эоны нечувствительности, каждый из которых выполнен на одномембранном элементе с пружиной в глухой камере, двухсопловой элемент сравнения 3 и узел формирования нелинейности типа нах элементов 1 и 2 имеют место не "Люфт 4, образующие сигнализатор равенства Р + Ь> Р, и Pz + h Pz сознака производной, причем первое и ответственно, в соответствии с чем, второе сопла элемента 3 соединены контакты К и К этих элементов сказысоответственно с соплами элементов ваются разомкнутыми (K1 = О, K2 = О).

1 и 2, а обе проточные камеры с 5 Если регулируемая величина Р вышатмосферой через дроссель 5, и вы- ла за верхнюю границу эоны нечувствиходным каналом P вых, который мо- тельности, то есть если Р„v Р + 6, жет быть подключен, например, к нор- то на мембранах элементов 1 и 2 имемирующему усилителю б, содержащему ют место неравенства Р1 > Pz + и и одномембранный элемент 7, дроссель )(j Pz + Q)P< в соответствии с чем кон8 и реле 9, причем глухая камера такт Kz элемента 1 замкнется(К = 1), элемента 7 соединена с входом усилите- а контакт Kz элемента 2 останется ля б, соединенным с проточными каме- разомкнутым (К = 0); если в дальнейрами элемента 3, проточная камера шем величина Р вновь уменьшится так, элемента 7 соединена с атмосферой, 1е что Р, С Р +Д,то контакт Kz вновь а:сопло — через дроссель 8 с источ- разомкнется. ником питания и через реле 9 с выхо- Если реГулируемая величина Р1 вышдом усилителя Р .,„ . Входы формирова- ла за нижнюю границу зоны нечувствителя соединены: вход регулируемой тельности, то есть если Р с PZ — Л, величины P — с проточной камерой 0 то на мембранах элементов 1 и 2 элемента 1, с глухой камерой злемен- имеют место неравенства Pz с Р + Л та 2 и с глухими камерами элемента. и Р > P + Л соответственно; контакт

3, причем с первой из них непосред- К элемента 1 останется разомкнутым ственно, а с второй через узел 4, (K = О), а контакт К элемента 2 вкод Р— с глухой камерой элемента,замыкается (Kz = 1); если в дальней1 и с проточной камерой элемента 2. шем величина Р вновь возрастает так, Узел 4 состоит из параллельно соеди- что Р1 ) Р - Q, то контакт К вновь ненных элементов запоминания макси- разомкнется. мума 10 и минимума 11, выполненных Состояние элемента 3 определяется каждый на одномембранном элементе разностью давлений в его глухих кас пружиной в глухой камере и подклю 0 мерах, которая, в свою очередь, задаченной к их выходам пневмоемкости 12 ется узлом 4, реализующим функцию випричем входы и выходы элементов 10 да: и 11 соединены соответственно с вхо- Р— Р 1Р О при дом и выходом узла 4. ф dt.

Формирователь работает следующим М р Р <0 (1) образом. Р -- Р + при

dt

Сигнал датчика регулируемой величины подается на вход Р,, а сигнал с где Д - величина установленной зоны нелинейности в узле рая берется равной или больрОйство формирует закон регулирования и выдает сигнал на исполнительный ния элемента 3 °

I орган системы регулирования в зави Р— значение давления на выходе симости от значений Р, и Р и своей

A узла структуры, определяемой состоянием узла переключения, которое, в свою

/ емого на выходе узла емого на выходе з 4 при очередь, определяется сигналом Pg„» поступающим на вход узла переключедавления Р на входе уз- а 4 ния с выхода формирователя. Функционирование формирователя определяет- 5О Если регулируемая величина воэрас-ся только значениями сигналов Р1 и т то есть если ) О то °

Формирователь Функции переключения Pz — Р„= (в соответствии с первым

Формирует на своем выходе Р „„сигна- управлением функции, реализуемой лы О и 1 в зависимости от узлом 4), и первый контакт К элеотключения регулируемой величины за. мента 3 замыкается, а второй К4 разустановленные границы зоны нечувст- мыкается (K> = 1, К = 0) . Если реавительности и от знака производной лизуемая величина уменьшается, то регулируемой величины следующим об- есть, если с(Р Qk с О, то Р„- Р = разом. (в соответствии с вторым уравнением

Если регулируемая величина Р от- 9) функции, реализуемой узлом 4), и перклонилась от своего заданного значе- вый контакт К элемента 3 размыкаетнйя Р< не более, чем на Ь вЂ” заданную ся, а второй контакт К замыкается пружинами элементов 1 и 2 величину,(K> = О, К = 1). Если же регулируэоны нечувствительности, то есть, емая величина; сменив направление если р -й с Р с Р + 6, то на мембра- Я своего движения, начала изменяться в а

6 90441

/Р» -Рг / 4

Р Р1 + Д

Pg сР

Р4 Ро +д

> 0

dt — 3

dP1 0

3 0 К » новом направлении, то.на участке д движения в новом направлении от точки реверса разность давлений в глухих камерах элемента 3 будет сохранять свой знак н элемент 3 будет находиться в прежнем положении, а в момент, когда /Р1 — Р„ / = О, давления в глухих камерах элемента 3 сравняются (в соответствии с третьим уравнением функции, реализуемой узлом 4), элемент 3 переключается и состояния контактов К и К меняются на обратные.

Таким образом, величина допределяет зону нечувствительности регулятора к перемене направления движения.

Далее, давление Рлыт на дросселе

5 является результатом взаимодействия контактов всех трех сигнализаторов, это давление равно атмосферному или же равно Р» или Р1 в зависимости от комбинации состояния контактов

К, Kg Кл и Kq которая определяется логическим уравнением

РЬ„.„= Kg КЬ + Kg К„.

Это уравнение определяет закон функционирования формирователя и, оДнако сигнал РЬЫх не может быть подан непосредственно на выход формирователя, так как он не нормализо ван по уровню и не дискретен. 30

Следовательно,, давлени е 1 „т должНо быть соответствукицим образом преобразовано. С этой целью в состав формирователя введен нормирующий усилитель б, состоящий из последова- 35 тельно соединенных усилителя давления с большим коэффициентом усиления, образованного элементом 7 и дросселем 8, и преобразователя непрерывного сигнала в релейный, выпол- 40 ненного на реле 9, которое включено по логической схеме Да . Работа усилителя б очевидна и специальных пояснений не требуется. Следует отметить при этом, что, когда давление Р „ равно атмосферному, то давление 1 „ „т на выходе усилителя б тоже равно атмосферному, а когда

Ъ"х = P» или РЬыт= Рл ° To д

Р, равно давлейию питания, то есть, в логическом отношении усилитель б является повторителем, так что РЬ т Р

Следовательно

Рлы = K», K> + K» KqПодставляя сюда виаеопределенные 55 значения:

К„ = 0, К = 0 при

1., Ka 0 при при

Кч= 0 при и получим закон функционирования формирователя в виде при /Р1 — Р» /C h при Р > Р + h и i1Р1 /ckt>0

Р„npz c. P< — h d.pq /g(g0 при Р -d)Ð> Р +а и ДР /ЯаО при Р, +дР, Р, — а и dP/д О, что можно интерпретировать следующим образом, если регулируемая величина удаляется от заданного значения, то на выходе формирователя сигнал равен нулю, пока регулируемая величина отклонилась от задания менее, чем на

Д, и становится равным единице в дальнейшем своем движении в том же направлении; если регулируемая величина приближается к заданному значению, то на выходе формирователя сигнал равен единице, пока регулируемая величина отклонилась от своего значения в точке реверса менее, чем на J, и становится равным нулю а дальнейшем своем движении в том же направлении.

Узел 4 работает следующяя образом.

Пусть в исходном состоянии давление Р» на входе узла 4 равно давлению Рл на его выходе. Тогда на мембране элементов 10 и 11 имеют место неравенства Р» (Рл + (Ги Р» + д ) Р„ соответственно при этом контакт .в каждом из этих элементов разомкнут, и давление на выходе л оказывается замкнутым в глухом объеме, то есть

Ро при

Если в дальнейшем давл »ие Р» будет произвольным образом меняться в пределах »б от своего значения в исходном состоянии, то неравенства

Р1 С Р +») и Р +») т Рл на мембранах элементов 10 и 11 сохраняются и контакт в обоих элементах останется разомкнутым, так что

Р— J c Рл а Р„+д при Рл= Р, (2)

Если давление Р», возрастая отклонится от своего значения в исходном состоянии более, чем на»Г, то на мембранах элементов 10 и 11 будут выполняться неравенства Р, р Р„+ д и Р» + d Рл, при этом контакт элемента 10 переходит в проводящее состояние, а контакт элемента 11 остается разомкнутьэ» давление P„ начинает возрастать; как только скорость его изменения сравняется со скоростью изменения давления Р, переходный процесс закончится при некотором определенном значении сопротивления контакта в элементе 10 и при разности давлений на выходе и входе практически равной величине cf, так что

P P — Д л при l»(Р,/д ъ o . .(3) .

Это равенство в дальнейшем будет сохраняться при любых значениях ско690441 рости изменения давления Р н диапа1 зОне от нуля до некоторого максимальнОго значения, соответствующего такому положению мембраны относительно сопла в элементе 10, при котором кОнтакт элемента имеет минимально возможное сопрот ивл ение, то ест ь кОнтакт полностью открыт.

Если давление Р1 уменьшаясь, от" кЛонится от своего значения в исхОдном состоянии более чем на Д, то на мембране элемента 11 возникает небаланс давления Р + Д а Рд, а на мембране элемента 10 сохранится неравенство P< < Р4 + Д при этом контакт элемента 11 переходит н проводящее состояние, а контакт элемента

10 остается разомкнутым; давление

Р начинает уменьшаться, как только

М скорость эго изменения сравняется со скоростью изменения давления Р4 переходный процесс заканчивается при некотором определенном значении сопротивления контакта в элементе 11 и при разности давлений на выходе и входе практически равной величине, .так что

P = P +упри " c0 . (4) Это равенство н дальнейшем будет сохраняться при любых значениях ско- 30 рости изменения давления Р в диапазоне от нуля до некоторого максимального значения, соответствующего такому положению мембраны относительно сопла в элементе il при котором конта.кт 35 элемента имеет минимально нозможное сопротивление.

Если из состояния, определяемогс уравнением (3), давление Р, изменит направление своего изменения и начнет уменьшаться, то на мембране элемента 10 возникнет небаланс давлений

Р1 с Р, + с, а на мембране элемента

11 сохранится неравенство P + д ) Pr, при этом контакт элемента 10 размыкается, а контакт элемента 11 остается разомкнутым; давление Р перестает изменяться и становится на уровне, которого оно достигло в момент раз— мыкания контакта элемента 10; так как размыкание контакта элемента 10

d P. происходит н момент, когда = О, то последующее уменьшение давления

Р происходит уже при разомкнутом контакте элемента 10, так как давле - Ы ние Рл при своем изменении повторяет (со сдвигом) изменение данления

Р то, следовательно, в момент размыкания контакта элемента 10 давление Р также имело нулевую ско- @) рость, а до этого момента также монотонно возрастало; поэтому н момент раэмыкания контакта элемента 10 давление Р остановилось на уровне, равном максимальному значению, достигнутому при движении вверх до момента остановки, итак Prr = 1 = Рю„ . В дальнейшем, когда давление Р„ будет уменьшаться, схема переходит в состояние, описываемое уравнением (2) . .Лналогично, из состояния, определяемого уравнением (4), при перемене направления изменения давления Р„, схема переходит в состояние, описываемое уравнением (2), где под Р подразумевается значение минимума давления Р, достигнутого при движении вниз.

Таким образом, при циклическом изменении давления Р на входе узла 4 давление Р„ на его выходе изменяется циклически, реализуя уравнения (2), (3), (4) и их взаимные переходы. Как известно, система этих уравнений (то есть система (1)) является аналитическим выражением нелинейности типа УУЛюфт1Ф, Точность работы предлагаемой схемы выше, так как сигнализатор знака производной в ней может работать в широком диапазоне изменения скоростей регулируемой величины, а погрешность определения знака производной фиксирована и определяется чувствительностью трехмембранного элемента сравнения, входящего в состав сигнализатора. В предлагаемой схеме точность поддерживания заданной зоны чувствительности зависит от давления и стабильности задаваемого пружиной смещения, в то время как н регуляторе — прототипе кроме этих факторов на стабильность установленной зоны оказынает влияние состояние дросселей, входящих и состав задатчиков, и колебания давления питания, так что "табильность задания зоны нечувствительности в предлагаемой схеме выше. Более высокая точность формирования функции переключения улучшает технико-экономические показатели системы регулирования, в которую входит предлагаемый регулятор, и расширяет область применения таких регуляторов.

В формирователе функции переключения предлагаемого регулятора имеется возможность создавать зону нечувствительности при смене направления изменения регулируемой величины (путем соответствующих настроек в устройстве для реализации нелинейности типа Люфт ), что позволяет, вопервых, избежать переключений регулятора при флуктуации регулируемой неличины и тем самым повысить срок службы его, и, во-вторых, может служить дополнительной составляющей закона регулирования и тем самым улучшить качество регулирования в соответствующих случаях и расширить область применения предлагаемого формирователя.

690441

Формула изобретения

Составитель О. Гудкова

Редактор Э.Губницкая Техреду Л.Алферова Корректор Г.Т ешетннк

Заказ 5964/44 Тираж 1015 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Формирователь функции переключения для пневматических регуляторов с переменной структурой, содержащий сигнализаторы отключений и сигнализатор знака производной, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения и расширения функциональных воэможностей формирователя, в нем сигналиэатор знака производной выполнен в виде двухсоплового элемента сравнения и узла формирования нелинейности типа . Люфт, причем вход регулируемой величины непосредственно и через узел формирования нелинейности типа Люфт соединен соответственно с первой н второй глухими камерами элемента сравнений, каждое сопло которого соединено с выходом соответствующего сигнализа5 тора отклонения, а обе проточные камеры — с выходным каналом формирователя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Cd.Ïíåâìîàâòîìàòèêà, М., Raука, 1972 с. 122, рис. 1.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 364924, кл. G 06 G, 5/00, 1974.