Многоканальный импульсный регулятор

Многоканальный импульсный регулятор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

7З4606 (6! ) Доттолни тельное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.11.77 (21) 254417 1 j18-24 (5()М. Кл.

О 05 В ll/14 с присоединением заявки ¹

Гасударственный квмнтет (23) Приоритет

tlD делам изобретений н открытий

Опубликовано 15.05.80. Ьюллетень ЛЪ 18 (5З} УЙК 62 50 (088. 8) Дата опубликования описания 17.05.80 (72) Авторы изобретения

Г. П. Нагорный и Э. Р. Гофман

Абаканский филиал Красноярского политехнического института (7I) Заявитель (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНЬ Й РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к технической кибернетике, а именно к автоматическим многоканальным регуляторам общепромьтшленного и специального применения, и может быть использовано при построении многоканальных автоматических систем, при реализации которых целесообразно использовать принцип приоритета по наибольшим отклонениям.

Применение данного регулятора явля1о ется наиболее целесообразным при регулировании несвязанных между собой обьектов (например, регулирование температур в отдельных печах и т.п.) и, что наиболее важно, при автоматизации обьектов

15 многосвязанного регулирования, таких как доменная печь, ядерный и химический реакторы, нефтяные пласты и т.п. Регулирование распределений параметров в указанных объектах может осуществлятся либо с помощью комплекса одноканальных регуляторов, либо посредством многоканальных регуляторов, рассматриваемых в последнее время как относительно самостоятельные по назттачению к rro реалйзации.

Известен многоканальный регулятор параллельного действия с одновременным обслуживанием per улкруемых обьекгсв„ который содержит исполнительные механизмы, кндивидуальные cxoMbl сравнения, входы которых подключены к общему генератору развертывающего напряжения и к соответствующим датчикам сигнала рассогласования, а выходы соединены с релейнымк злементами регулирования Ц.

Наиболее близким техническим решением является регулятор, содержатттий переключатель, блоки формирования регулирующих воздействий, источник постоянного сигнала и куль орган, который предназначен для регулирования обьектов или распределения параметров в обьектах в соответствки с законом, реализуемым каждым отдельным каналом регулирования (2).

Исполнительные органы в каждом канале приходят в действие каждый раз, как

734606 4

13ЕГУ ЛИРУ ЮЦ\ИХ IIQIIIOHCTEIHH СОЕДИНЕНЫ С сООтветству юшпмп Входами петзвого и второго элементов ИЛИ.

Введение автомат1г1еского управляемого Вариатора границ срабатыва1шя

В мнОI Ок апа!1Ьпый реl лятор пООВОляе г

11ереводить его в режим работы, когда управ:1яющие воздействия будут возникать лишь в тех каналах регулирования с положительными и О-..рицательными отк31онеппями, Отклоне11ия в которых IIG модулю соотьетственно наибольшие в данный момент времени (осушествляетс я приоритетный "lpHEUIHII регулирования), Другим!! словами, среди каналов, в ко— торых 13,данный момент деЙствуют положительные отклонения регулируемых вели1ин, будет формироваться регулирующее

Воздействие лишь в канале с наибольпревьппаюшее зону нечувствительности канала регулирования. Б ряде случаев данный режим непрерывной i без приоритета) компенсации возникающих отклонений величин от заданных уставок оправдан и единственно приемчем. Одпако в целом ряде случаев (особенно при ре:."улировании ряда устойчивых объектов — объектов с самовыравниванием либо распределений параметров в пих) применение указанных регуляторов п .оправданно повышает энергоемкость системы, ухуд11 ает показатели качества регу11ирова1п1я в случае взаимосвязанных регулируемых величин и, что самое ГлаEÇE(oo сни KBQT нядеж11ость системы В полом. Последнее объясняется

Е3 каналах pBI yilHpОВанпя llycTü да>хе от Несобственных для каждого канало возму!пений, В действие вступает большое число исполнительных органов, несмотря н» то, что действие определенного числа (если не большинства) из них неопраьданно из условий компенсации возникшего отклонен!Ig (о .клонени!1) pol, B lpyo 1)EQH

ВЕЛ!3 ЧИ11Ъ1.

HB !1р акт11к . да11н ь1е си TyiøEII пь т11ют с я

ИСКЛЮЗЦIТЬ С ПОМОЩЬЮ СИС ГЕ, СИН-.ЕЗИРО—

Ваш1ых EIB ОснОВО принципа 1 -пвари ннтв

1 i.îcòè, В lBcTHQcTH с 11омогцью так:.1Оываемых систем автономного реfул;,:ов.;— ния, но -"IQ значител1,но усложни, реализацию систем регулирования и ум п,ц:, - . т их надежность,. HTQ является их ьедостатком.

Цель изобретения — повышение надеж— ности Е3 мнОГОканальнОИ cHOTеме негулирова1гия при компенсации возникаю!Них отклонений регулпруемогопараметра„;.е. лО увеличение надежности регулятора.

Зта цель достигается тем, что Е3 мпо— гоканальный регулятор введен вариатор гран!1ц срабатывания, содержащий первый и второй элементы ИЛИ и первый и вто- 45 рой интеграторы, первый выход источника постоянного сигнала соединен с первым

Входом переключателя и через последо— вательно соединенные первый нуль-Орган первый элемент ИЛИ, первый интегратор 50 и переключатель — с соответствующими входами блоков формирования регулирующих воздействий, а второй выход — с третьим входом переключателя и через по-.— ледовательно соединенные второй нуль- 55 орган, второй элеменг ИЛИ и второй интегратор — с четвертым входом перерлючатели, а выходы блоков формиро13ания только в канале возникает отклонение, To M, HTo IIpH вс 11п1К новепии отк!1Онений

1д Н1им поло1кптельным отклонением, а среди каналов с отрицател1И1ыми отклоне— пиями — лишь В канале с наибольшим от— рицательнь1м отклонением.

Если одновременно окажутся равными

)5 и наибольшими несколько отклонений как среди полож!!тельного, так и отрицательного рядов отклонен!1й (рассогласований), То равное их !пслу количество блоков форм!1рования регулирук1щих воздействий

5р будет формировать соответствующие зна31ам Откл Оненнй р е гулиру" юГцие ВОздейс Вия.

lipH ем, приоритет по наибольшим отклонениям будет осушеств11яться непрерывно ВО времени (a пе дискр гно) по

55 мере устранения отклонений, т.е. пока

Отклонения не Войдут В зону нечувствительности регулятора.

Ссуществление данного режима работы многоканального регулятора не требует применения специальнь1х сло1кных устройств анализа величин отклонений на папб ольшее зпа:Ic IMc пх знаковой с IeK. и! и селекции нд местоположение.

Па фиг. 1 изображена схема регулятора; ?IB фиг, 2 — график временной диаграммы варианта:1=менения величин регулируемого параметре и основных сигналов с выходов соответствующих блоков регулятора.

Многокана.. ьн3Н1й импульсный регулятор содержит блоки 1,, 1,..., 1, формирова ния регулируюгцих воздействий, датчики

2» 2,... g, по числу каналов регулирования, первый логический элемент ИЛИ 3 голожительных и второй элемент ИЛИ 4 отрицател: нь1х регулирующих воздействий.

Регулятор содержит также первый 5 и второй 6 иптеграторы, первый 7 и второй

734606

8 йуль-сргаееь1, вторые входы которых подключены к источнику задания требуемых границ срабатывания, источниек 9 постоянного сигнала, переключатель 10, ко— торый предназначен для подключения

5 выходов варианта 11, к соответствующим входам блоков формирования регулирующих воздействий. Переключатель 10 необходим для перевода многоканального регулятора в ре>ким работы, соответствую-10 щий выработке управляющих Воздействий по приоритету наибольших отклонений.

Нуль-органы 7, 8 предназначенЕ.I для фиксации момента равенства сигналов с выходов интеграторов 5, 6 соответствующим сигналам с выхода источника задания трЕбуемых граЕВЕц срабатывания 9.

Два управляемых интегратора 5, 6 в устройстве предназначены для вырабст— ки сигналов Варьируемых верхних и HIIiK — 20 них границ срабатывания в зависимости от текущих значений соответственно наибольшего положительного и наименьщего отрицательного отклонений.

На графике временных диаграмм по- 25 казаны В и Н вЂ” сигналы заданных уровней, определяк>щие верхнюю и нижнюю фиксированные границы срабатывания

+ в каналах регулирования; 5 и 5 — сигналы с выходов интеграторов, связанных 30 соответственно с первым и вторым элементами ИЛИ;з и 5. — максималь—

МС1 К mob ное и минимальное значение сигналов с выходов интеграторов 5, 6; 1 — Х вЂ” ха— рактерные точки на графике изменения сигнала 5 и соответствующие им во времени точки на графике измечения положительньlx регулирующих воздействий;

Х1 — ХУ11 — характерные точки на графике измонения сигнала S и соответствующие им во времени точки на граеЕике изменения отрицателье|ых регулирующих воздействий; (1, U ... U — сигналы управляющих Воздействий по соответствующему каналу регулирования, которые мо- 45 гут иметь условно положительное и отрицательное значение, а также быть равными нулю.

Принцип действия регулятора поясняется описанием его в статическом состоя- М нии и в работе, т.е. описывается динамика взаимодействия функциональных элементов схемы регулятора.

В качестве исходного состояния регу- лятора принимается состояние в такой 35 начальееый момент времени -Е,=0, когда амплитуды регул ируемых с игналов датчиков

2, ...2 „и сигналов и соответствуют значениям, приведеепп,1м на фиг. 2. Поскольку 5+и S (с выходов интеграторов

5 и 6) представляют собой автоматически изменяемые сигналы варьируемых верхней и нижней границ срабатывания, амплитудные значения которых В начальный момент соответственно заведомо больше, а в другой заведомо меньше амплитуд регулируемых сигналов датчиков 2 ... 2„, то el<1!Iaлы с выходов блоков Ч>срмирования регулирующих воздействий отсу т —.вуют.

Это соответствует тому, что отклонения регулируемых величин датчиков

2 ...2 находятся в заведомо большой (установленной в начале) зоне нечувствительности, определяемой B начальный момент времени граецшами 51 н 5„,„. --О. - -Ела Х 1ъЕ111

В данный момент Времени также отсутствуют сигналы с Выхода первого элемента ИЛП 3 и выхода второго элемента ИЛИ 4, а так>к" с выходов первого

7 и Второго 8 нуль-органов. Переключатель 10 находится в положении, пропускающем сигналы на соответствующие входы задания верхней и IIII>wl:ей границ срабатывания олоков фср;црования регу1ц1руюцееех позде}1«твеей»

Рсг.„.лятор работает слодук .щм сюразом.

Прее отсутствии сигналов L1 „...

С ВЫХОДОВ ол ока pop> llipOBGIIII llpABляюши.; воздейств-III и сигналсз с Bblходов первого 7 и Второго 8 нуль — органов сигналы с Выходов IIQpBoãñ 3 и ВТ0рого 4 элементов .ЕЛ11 стсутстгуют.

При отсутствии сигнала с выхода первогс элемента ИЛИ 3 сиг;еал 5 с выхода интегратора 5 еЕачинаст изменят::.с..-; с постоянной скоростью от „, к нулю, т.е. уменьшаться. Сигнал 3 с выхода интегратора 6 пре. Отсутствии сигнала с. Выхода ВтОрОгс элемента ИЛ| t 4 будет изме-, няться с постоянной скоростью от нуля в сторону увеличения, -..c.. Вели еиваться по амплитуде.

Уменьшение сигнала 8 (фиг. 2) с

+ выхода интегратора 5 будет происходить до тех пор, пока не наступи-, момент равенства верхней варьируемой границы срабатыванич в одно,1 из I

Вания сс значением сигнала датчика, например ? -1 (фиг. 2, точка 11) ° B этот момент с выхода блока формирования управляющих воздействий 1 — го канала регулирования возникаст условно положительный у правл Р1оццЕР cur ееал (Возд "Йс-,i 0

7 7346 (), на который срабатывает первый эле— мент ИЛИ 3 и па его выходе появляется сигнал. Этот сигнал, поданпыя на вход интегратора 5, изменяет направление изменения сигнала S на обратное, т.е. Вы—

+ зывает его увеличение. Ио в свою Очередь увеличение сигнала 3 будет продолжаться

+ дс тех пор, пока уровень верхней ВарBEI-: руемой границы срабатывания не превысит значение сигнала датчика 2 1 ° Ь этот мо- 111 мент сигнал О с выхода j-го канала

1 регулирования станет равным нулю, сигнал с выхода первого элемента ИЛИ 3 также станет равным нулю, что приводит к изменению на первоначальное направление сигнала 5+с выхода интегратора 5. В дале неишем работа рассмотренного контура происходит описанным выше образом, т.е. устанавливается автоколебательееый режим изменения сигнала S Отнсс ятельно наи- з13 большего в данный момен1 Отклоне1И1я сиг11ала датчика 21.

Следует особо отметить, что первый элемент ИЛИ 3 вь1даег сигнал на своем

ВыхОде Всякий раз KQK то11ько сиГнал 5 25 с Выхода интегратора 5 Оказывается мепьше наиоольше . значения из сигналов датчиков 2, ... -, .;.тэ соответс:вует 3 тому, что ка3едь;й раз зна. н:;1е с;11- апа наиб3олы1! его Откл Онен11я ав I o!м г . Нчес11. .1 3)

1 г1ыб1ерается B ка IecTEIQ верхней ";. „ л3.„;. ; границы срабатывания для всех к;,. ЕТ;оВ регулирования. Поскольку поло: —.11:. -нь1е отклонения в других каналах мепь|ц-: "::.;:ябольшего отклонения (в рассмотренгом случае отклонения B 1 — ом ка11а11е), то и управляющие воздействия в 1ДЕх (т.е.

В других каналах с пОЛОжител ьн ы к1я О г клонениями) будут равны нулю.

Таким образом на рассмотренном -,---.Qc- 40

"ке Х-ХХ с Выхода 1-го ка11о31а регулироваееия с наибольшим отклоне1гием будет положительное управляюц1ее воздей— с-.гвйе длительностью 4

В соответствии с вышейзложенным и 45 как следует из фиг. 2 на участке ХХ-ХХХ с выхода g -го канала будет имегь место последователь11ость условно поло— жительных управляющих сигналов LI „, 3 длительность ht, каждо ..3 из которых М будет определяться постоянной Врее1ени интегрирования интегратора 5 (скоро ью нарастания 3+ ) и скоростью изменения сигнала датчика 2j . При более детальном рассмотрении следует учитывать также Ы влияние на нее инерцио1ееп,1х свойств бло= ка формирования управляюцпгх воздейCTBH 1

Интервал времени между управляю див м11 С11ГН111!ами 1 Оудет ЗQBllcстt> от сKОрости спада 5" . Г! Оэ тому, задавая необходимые параметры скорости спада и нарастания сигнала Яе(путем изменения постоянной времени интегратора 5) мож11о по:1учать требуемые параметры управляюших с11гпалов 0>., т.е. е1еличин их длите., 1ьнОсти 11 паузы между ними

Ири необходимости данная последовательность может быть просто преобразогана В управляюший сигнал постоянного уровня, если, нал13и.,1ер EIQ Выходе канала поставить расширитель сигналов.

Б тсчке Х х х сигна3 датчика 2 j равен

С111 налу датчика 2„, поэтому 13 данный момент буд т иметь место управляющие воздействич с этих двух каналов, Но

1 .Оскольку на участке Х Х Х- j3 отк;1онение сигнала датчика 2 (относительно уровня

В) болыпе, чем у сигнала датчика 21 то управляющие сигналы будут иметь место с Выхода первого канала регулирования, В то время как на выходе 1-ro канала Они HQ даннОМ участке будут

".Вны нулю, Динамика пОявления и исчезповения управ:Еяющих сигналов с выхода первого кан Еа полностью аналогична ранее рассмстренной для q --го канал а От:lи -i иэ. лишь В тО м, чтО пее3вый элсмент И.ДИ 3 будеч теперь выдаВать сиг11гл па Вход интег >атора 5 на кя7кдый условно положе(тел ь11ый сигнал с Выхода первого ка11ала регулирования.

Работа регулягора будет происходить описанным выше образом вплоть до момента времени, которь1й отмечен на фиг. 2 точкой у. :1 данный момент врсмени Отклонения становятся меньше заданной фиксированной верхней грани11ы

ñE3QбатыВапия В EI меньше т =- кчшеГО 311а1

-«ения с11гнала ч i. o также соответ

СТВуЕ Г О1 .утСТВИЮ СИГНаЛОВ упраВЛЕНИя С ВЫходов блоков Х вЂ” 11 каналов (где были положительные или .-.улевые отклопеееия) и, как следстьие, с выхода первого элемента

ИЛИ 3. ИО при отсутствии сигнала на

Входе интегратора 5 си:нал с его выхода начинает снова уменьшаться до того момен-. а, пока не станет равным (с учетDM еенерционности даже несколь— ко меньшей) уровн1О заданного сигнала фяксироваеп1ой верхней границы сраба— тыВаниЯ B. Б мОм HT PQBBttcTBQ Я+ с выхода интегратора 5 сигналу В сра— батывает первый нуль — орган 7, сигнал с выхога которого действует EIQ входе первОГО э11емента ИЛИ1 3, Вызывает

734606

1О!

20 и появление сиг11ача с выхода его, заев тавляя том самым увеличиваться сигнал что 8 свою очередь приводит к г исчезновению сигнала с нуль — органа

Поэтому на участке IÓ-У все происходит аналогичным образом, только сигнал изменяется относительно заданного уровня В (который остается постоянным), а первый элемент ИЛИ 3 управляется сигналами, поступающими с выхода первого нуль-органа 7.

В данном случае первый нуль-орган 7 выполняет функцию одного из блоков

1 — г1 каналов регулирования с наиболь— шим отклонением (поскопьку на данном участке все положительные отклонения меньше уровня В), к которому подключен не датчик регулируемого объекта сигнала, а источник заданного уровня сигнала.

Если одно из положительных отклонений вновь выйдет за пределы верхней заданной границы срабатывания В, как например показано на участке УТ вЂ” У1 IYIII — IX, то сигнал S будет изменять— ся до момента равенства с наибольшим 25 отклонением (так как вплоть до этого момента будет действовать хотя бы один из условно положительных сигналов управления, а стало быть и сигнал с выхода первого элемента ИЛИ 3. В даль- 30 нейшем же сигнал »+, как ранее подробно было рассмотрено, начнет изменяться относительно текущего уровня сигнала наибольшего отклонения, как например показано на участках УХI-УХII, а так з5 же УIII-ХХ.

Из рассмотренного следует, что при всех возможных комбинациях положительных отклонений сигналов датчиков сигнал 5+ с выхода интегратора судет 40 изменяться (колебаться ) относительно уровня сигнала наибольшего отклонения, если он превышает заданный уровень верхней границы срабатывания В. Если все положительнь.е отклонения меньше уровня В, то сигнал 5 изменяется относительно этого уровня. В соответствии с этим положительное управляющее воздействие будет лишь в том канале регулирования из общего числа каналов с 50 положительными отклонениями, отклонение в котором наибольшее и оно превы— шает установленную верхнюю границу срабатывания.

Динамика работы контура регулятора 55 по наибольшим отрицательным отклонениям, уровень которых ниже заданного уровня нижней границы срабатывания Н, полностью аналогична ранее рассмотренной для положительных отклонений. Этот контур помимо общих элементов 1- д для обоих контуров образуется также вторым элементом ИЛИ 4 условно отрицательных сигналов и интегратором 6.

Отличие состоит лишь в том, что сигнал с выхода интегратора 6 увеличивается по амплитуде при отсутствии сигнала с выхода второго элемента ИЛИ 4, а уменьшается — когда он действует на его выходе.

Работа рассмотренных контуров является независимой, а поэтому возможна независимая настройка параметров положительных и отрицательных управляющих воздействий, которые действуют на выходах каналов регулирования соответственно с наибольшим положительным и наибольши м отрицательны M от кл оне ние м.

В заключение рассмотрения работы предлагаемого многоканального регулятора следует отметить, что если переключатель 10 перевести в другое (второе) положение, т.е. подключить входы блоков к исто гдику 9 сигналов, то мы переведе«регул.-тор в обычный режим, т.е. в режим регулирования приоритета наибольших отклонений.

B этом смысле введение в многока— нальный регу;ятор автоматически управляемого вариатора граны срабатывания не изменяет его внутренней структуры, но существенно расширяет функциональные возможности и повышает надежность системы регулирования, Следует подчеркнуть возможность применения предлагаемого регулятора в качестве устройства обнаружения, индикации и регистрации сигналов с наибольшими положительными и отрицательными отклонениями. Данная возможность прямо следует из при iUIHIQ раооты регулятора, так как местоположение капала с наибольшим отклонением определяется наличием управляющего воздействия с выходов блоков 1 — И соответствую цих каналов. а величины сигналов S+ n (фиг. 2), изменяются относительно уровней сигналов с наибольшими отклонения-ми. Осуществив сглаживание пульсаций сигналов 5+ и 5 можно регистрировать сигналы с наибольшими положительными и отрицательными отклонениями посредством известных регистраторов.

Возможность независимого измене ния параметров сигналов управляющих воздействий в и.ироких пределах плср::;.«т11 7346 вом. изменения постоянных интегрипова— ния интеграторов 5 и 6 позволяет применять регулятор как для регулироьания динамических объектов, так и объектов с существенной инерционностью и/или чистым запазды5 ванне м.

Применение предлагаемого регулятора в целом ряде случаев регулирования многосвязанных объектов повышает надежность регулирования и качество пере- щ ходных процессов, снижает энергоемкость системы. Причем это достигается достаточно простыми средства ми технической реализации, без изменения внутренней структуры исходного регулятора, т.е. 15 без изменения рядазнаковрегулирования.

Предлагаемый регулятор можно использовать на базе известных одноканальных регуляторов, объединенных структурно в многоканальный регулятор и снабженных (если возникнет необходимость в регулировании с приоритетом наибольших отклонений) вариатором границ срабатывания. В последнем случае могут видоизменяться лишь конструктивные признаки 2s самого вариатора границ срабатывания регулятора.

Формула изобретения

Многоканальный импульсный регулятор, содержащий переключатель, блоки фор- 30

06 12 мирования регулирующих воздействий, источник постоянного сигнала и нуль-органы, отличающийся тем, что, с целью увеличения надежности регулятора, он содержит первый и второй элементы ИЛИ и первый и второй интеграторы, первый выход источника постоянного сигнала соединен с первым входом переключателя и через последовательно соединенные первый нуль-орган, первый элемент ИЛИ, первый интегратор и переключатель с соответствующими входами блоков формирования регулирующих воздействий, второй выход — с третьим входом переключателя и через последовательно соединенные второй нуль-орган, второй элемент ИЛИ, и второй интегратор — с четвертым входом переключателя, а выходы блоков формирования регулирующих воздействий соединены с соответствующими входами первого и второго элементов ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

N 151491, кл. G 05 В 11114, 16.12.61.

2. Авторское свидетельство СССР

No. 423110, кл. G 05 j3 23/19, 1974 (прототип) .

734606 о ,ф 3

Ъ н е фg8y я gtjf

Й

Составитель А. Лашев

Редактор И. Нестерова Техред О. Андрейко Корректор М. Пожо .Заказ 2218/9 Тираж 956 П одпис ное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11ЭОЗ5, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Фнлнел ППП Патент, г. Унгерна, ул. Преектеае, 4