Дискретный регулятор (его варианты)

Дискретный регулятор (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

«i>960728

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 250980 (21) 2985814/18-24 (И)М.К .. с присоединением заявки ¹

G 05 В 11/26

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 62-50 (088. 8) Опубликовано 230982, Бюллетень ¹35

Дата опубликования описания 230982

Н.Н. Литвиненко, A.Н. Тупиков, M.P. Макаро ск и В.М. Хомутов Р "i

1, -::; (72) Авторы изобретения

Запорожский филиал Всесоюзного научно-исс едовательского и конструкторского института Цветметавт (7! ) Заявитель (54) ДИСКРЕТНЫЙ РЕГУЛЯТОР (ЕГО ВАРИАНТЫ) Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для управления медленно протекающими процессами в инер ционных объектах, снабженных щаговы ми грубоквантованными исполнительными механизмами, например, для регулирования расхода электроэнергии по заданному графику в печах выплав.ки карбида кремния в абразивном производстве.

Известен регулятор для инерционных объектов, имеющий формирователь ошибки, на выход которого подключейо три канала регулирования, содержащие сумматор, дифференциатор с импульсным звеном и запирающим вентилем, пороговый и двухпозиционный релейный элементы и две схемы совпадения. Устройство обеспечивает статическую и динамическую .точность с узкой зоной нечувствительности при работе исполнительного механизма в непрерывном динамическом режи-: ме выработки команд (1).

Недостатком era является низкая точность вследствие того, что для энергоемких инерционных объектов, имеющих грубоквантованные исполнительные механизмы, при непрерывном воздействии на исполнительный механизм и малой зоне нечувствительности будет постоянное перерегулированне, т.е. раскачка режима.

Увеличение же зоны нечувствительности до уровня квантования исполнительного механизма приведет, в конечном итоге, к большой погрешности регулирования расхода энергоносителя в заданный технологами длительный интервал времени (кампанию) .

Наиболее близким техническим решением является экстремальный регу 5 лятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и.,последовательно соединенные датчик, пер20 вый квантователь уровня, первый блок памяти и третйй элемент И, пЕрвый вход. блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня (2).

25 Для инерционных объектов с исполнительными механизмами, имеющими большой шаг квантования,.; технологический процесс в которых определяется заданным интегральньхи расходом

30 энергетического параметра за большой

960728 промежуток времени, такое устройство будет иметь большое число переключений исполнительного механизма.

Увеличенйе же зоны нечувствительности регулятора приведет к тому, что произойдет значительное рассогласование времени завершения процесса по заданному интегральному расходу с запланированным. Все это не обеспечивает высокой точности регулятора.

Цель изобретения - повышение точ ности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в дискретный регулятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент К, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, причем первый вход блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня, дополнительно введен второй блок памяти, второй и третий квантователи уровня, причем первый выход генератора тактовых импульсов соединен через пбследовательно соединенные блок определения производных и триггер реверса с вторым входом третьего элемента И и с первым входом второго элемента

И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент И вЂ” с первым входом второго квантователя уровня, вторым входом соединенного с первым . входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первого и второго блоков памяти и с выходом первого элемента И. Выходы первого и второго блоков памяти соединены с первым и вторым входами первого элемента И, выход датчика соединен с третьим входом блока определения производных и с третьими входами третьего и второго элементов И, выход третьего элемента И соединен со вторьм входом третьего квантователя уровня.

По второму варианту регуЛятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, пер.вый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, первый вход блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня, содержит второй блок памяти, второй и третий квантователи уровня, первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последоватеЛьно соединенные блок определения производных и триггер реверса со вторым входом третьего элемента И и с первьм входом второго элемента И, а второй выход через последовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент Ис первым входом второго квантователя уровня, вторым входом соединенного

5 с первым входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первого и второго блока памяти и с выходом первого элемента И, выходы первого и второго блоков памяти соединены

1Î с соответствующими входами первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом третьего квантователя уровня, третий выход генератора тактовых импульсов соеди- нен с третьими входами второго и третьего элементов И.

На фиг.l и 2 изображены схемы регуляторов; на фиг.3 — циклограмма работы.

Регулятор содержит квантователь 1 уровня контролируемого параметра X„ последовательно соединенный с первой ячейкой 2 памяти, первой схемой И 3 и вторым квантователем 4 уровня.

Генератор 5 тактовых импульсов последовательно соединен со второй ячейкой. ПАМЯТЬ б, второй схемой И 7, и третьим квантователем 8 уровня, Третья схема И 9 соединена входами с выходами первой и второй ячеек

ПАМЯТЬ 2 н 6, сбросовые входы которых соединены со сбросовыми входами второго и третьего квантователей

4 и 8 и с выходом третьей схемы И 9.

Второй выход генератора 5 соединен

33 с входом блока 10 определения знака производной, второй вход которого соединен с датчиком регулируемого параметра Х, а выход — с триггером

11 реверса, выходы которого соединены с вторыми входами первой и второй схем И 3 и 7. Третьи входы первой и второй схем И 3 и 7, соединены с датчиком регулируемого параметра..

Величина заданного значения расходуе45 мого параметРа за такт в блоке 10 определения знака производной и уровень квантования первогО квантователя 1 задается задатчиком, выход которого Х соединен с соответствуюа шими входами первого квантователя 1 и блока 10 определения знака производной. Второй н третий квантователи

4 и 8, соединенные установочными входами с выходом блоков задания уровня квантования Уо и Уо, обеспечивают зону нечувствительности регулятора в пределах Y< — 0 — +Y q .

Для второго варианта (фиг.2) вторые входы первой и второй схем

И 3 и 7 соединены с третьим выхо60 дом генератора тактовых импульсов 5.

Устройство работает следующим образом.

Текущее значение регулируемого

65 параметра Х в виде дискретных им960728 пульсов(расхода подается (график х () Фиг.3) с выхода объекта регу-. лирования на вход первого квантователя 1 уровня, представляющего собой счетчик-делитель с коэффициентом деления У„, и на блок 10 определения знака производной, представляющего собой устройство подсчета импульсов, синхронизируемое полу-. тактовыми импульсами от генератора

5, со схемой сравнения в момент окончания такта с,заданным значе нием Yg/2. У, является иармирующим параметром уровня квантования и определяется заданным во времени графиком ввода в объект энерГетического параметра, т.е. в каждый такт долж-! т но выполняться условие Y = j Х(t.)dt

= Y ° .. (1) . По достижении 1 !авенства о величины интегрального значения расхода контролируемого параметра г где величине установки Уо =J X(t) dt... ! Ф .. ° (2) на выходе первого квантователя формируется импульс, Включающий

Первую ячейку ПАМЯТЬ 2. Интервал от

С„ да T +„ определяется текущим фактйческим значением времени,за которое в квантователе 1 достигается

Ъ значение Y . .n в нашем случае определяется порядковым номером такта (фиг.3 +4 Гр.ю l,g ° ° ) °

На графике Y(t) сплошной линией показаны ход процесса накопления интегрального значения параметра

X(t) в первом квантователе, а пунктирными - накопление этого же параметра в блоке определения знака производной за полутакт синхронно с началом каждого полутакта. Все три квантователя уровня 1, 4 и 8, работая в режиме кольцевого неполного счетчика,. после достижения значения установок Уа,Ур и Уру и формирования на выходе квантователей одиноч- ного импульса, устанавливаются в исходное нулевое состояние и счет (накопление} начинается сначала.

Генератор 5 тактовых импульсов генерирует через равные тактовые промежутки времени Т импульсы, включающие вторую ячейку ПАМЯТЬ б.

Для .этого величину квантования Y и длительность такта выбирают с учетом инерционности объекта регулирования и дискретности квантованного шага регулирования исполнитель- ного механизма.

Выражение (1) отображает идеальный режим регулирования расхода.

Если Ч. совпало с началом такта и соблюдается„,условие равенства ! 2

) X(t)dt = $ X (t)dt = Yp, то ие выл рабатываются управляющие воздействия на исполнительный механизм. В устройстве пуск регулятора с момента времени г и синхронная выдача импульсов через время Ô - с Т с выхода квантователя 1 и генератора 5 тактов одновременна включают обе ячейки

IIANRTb 2 и б, которые, включая,схему И 9, сбрасываются после появления на вторых (сбрасовых) входах их сигнала с выхода схемы И 9.

Первая и вторая схемы И 3 и 7 не . включаются, второй и третий квантова10 тель 4 и 8 не выдают команд управления.

Однако в последующий момент времени в процессе обжига и расхода энергии объект изменяет свое тепло15 вае состояние и параметры (электрическое сопротивление или газопроницаемость), что при неизменных характеристиках энергоисточников приводит к изменению скорости потребле- °

20 иия энергии объектом. допустим, .что за второй такт интегральное значение Х(t) достигает раньше заданного 2 У, чем закончится длительность такта Т., т.е Ь, -Z«g

25 (Фиг.3); 9 этом случае сформированным импульсом квантова-ель 1 включает ячейку IIAMRTb,. 2 и подготавливается по первому входу к работе первая схема И 3.

Одновременно блок 10 определения знака производной определяет отклонение реальной скорости процесса в данный такт от заданной. В нашем случае зто счетчик, синхронизируемый импульсами тактового генератоЗ5 ра 5, следующими с удвоенной частотой. Задание уровня Y в этот счетчик внутри схемы 10 уменьшено в два раза. Тогда, поскольку процесс потребления энергии объектом

40 возрос, счетчик блока 10 определения знака производной раньше, чем придет полутактовый сигнал от генератора 5, выдает на триггер 11 реверса импульс, что указывает о заполнении счетчика

45 до УРовнЯ Yp/2.

Сигналом с первого выхода триггера 11 реверса разрешается работа . первой схемы И 3, которая пропускает импульсы. расхода энергии на второй

50 кваитователь 4, уровень квантования которого Уд определяет зону нечувствительности регулятора..

Если за оставшуюСя длительность второго такта 2Т -с в квантователь

4 поступит число импульсов Регулируемого параметра Х больше У, иа выходе этого квантователя в момент появится импульс регулирования, 1 воздействующий на шаговый исполни тельный механизм в направлении уменьшения расхода (график 4 и 4а

Фиг ° 3) .

По окончании второго такта в момент времени 2Т генератор 5 тактов запускает ячейку ПАМЯТЬ 6, поя6S вившийся сигнал на выходе схемы И 9 L

960728 отключает ячейку ПАМЯТЬ 2 и б и устанавливает в исходное состояние счетчик квантователя 4. Для блока

l0 определения знака производной цикл подсчета начинается снова,так как полутактовыми,сигналами генератора 5 счетчик блока 10-сбрасывается в исходное нулевое состояние.

После выработки управляющего воздействия с момента С" скорость пот1 ребления энергии объектом снизйлась, что о ображено на графике Y(t) изменением наклона в интервале времени 6 - Г4.

С начала третьего такта, т.е. с

2Т счетчик блока определения знака производной с нулевого состояния начал подсчет фактического расхода энергии за контролируемый полутакт.

Хотя с начала процесса идет еще опережение потребления энергии (момент времени завершения поцсчета третьей порции Г4с ЗТ), в середине третьего такта блоком 10 определения знака производной по первому сигналу полутакта от генератора 5 формируется сигнал, переключающий триггер 11 ре-, верса в состояние, определяющее установление скорости потребления энергии ниже заданной. Разрешающий сигнал с первой, схемы И 3 снимается, а на входе второй схемы И б цоявляется (строка 11 + и 11 вЂ, фиг.3).

Таким образом, появление на выходе ячейки ПАМЯТЬ 2 импульса длительностью ЗТ- Tg не вызывает лишних переключений, поскольку нако -.ленное опережение процесса практически в ближайшие последующие такты б)дет скомпенсировано снижением скорости процесса потребления, начавши.лся с момента C

Обычно длительность такта выбирают с учетом инерционности объекта, поэтому возможное отставание процесса из-за снижения скорости потребления; как правило, не смсжет произойти в следующем такте больше, чем на полтакта. За следующий четвертый такт с переходом на пятый (интервал работы квантователя fy f ), ввиду снижения скорости, процесс из опережающего стал отстающим по суммарному потреблению энергии, 4Т т е 4Y> < J X(t) dt.

1 t1

В этом интервале в момент времени 4Т сигналом тактового генератора 5 включается вторая ячейка

ПАМЯТЬ б и включается в работу вторая схема И 7; которая пропускает на третий квантователь 8 импульсы расхода в течение интервала времени

4Т- fg (строка 7 фиг.3) . Если отставание процесса незначительное, т.е, меньше зоны нечувствительности Х заданной в третьем квантователе, то число подсчитанных счетчиком квантователя 8 импульсов sa ННТервал 4Т-Ф будет меньше заданных У оа

В момент времени Т сигналом на выходе первого квантователя 1 включается ячейка ПАМЯТЬ 2, срабатывает

5 схема И 9 и ячейки ПАМЯТЬ 2 и б и счетчик квантователя 8 сбрасывается в исходное нулевое состояние.

Новый цикл отсчета счетчиком квантователя 1 расхода с практически неизменной заниженной скоростью приведет .к тому, что интегральное значение расхода с начала работы регулятора отстает от заданного. Поэтому в момент завершения пятого такта

5Т включается первой по сигналу генератора 5 ячейка ПАМЯТЬ б-и откроется схема И 7, которая начнет с этого момента пропускать на третий квантователь 8 импульсы расхода энергии, После накопления счетчиком, квантователя 8 импульсов расхода, равного заданию У <, т.е. Х (t) dt (строка 8, фиг.3) . В момент времени Z. (время выработки второй команды) на выходе квантователя формируется командный импульс регулирования, воздействующий на шаговый исполнительный механизм в направлении .увеличения расхода (график

8а Фиг.3). С момента выполнения команды шаговым исполнительным меха-. низмом скорость потребления энергии объектом возрастает, что отображено на графике У() фиг.3 увеличенйем наклона в интервале времени С - С6

3 B этом же интервале с момента " íàчинается новый цикл подсчета импульсов расхода Х третьим квантователем

8. Если бы отставание фактического интегрального расхода энергии в мо40 мент времени ь было значительным от заданного, то возможно через следующий промежуток времени, необходимый для подсчета импульсов энергии Х,. равных заданию Уо, формирование на выходе квантователя 8 второй импульсной команды в направлении увеличения.скорости потребления объектом энергии.

За интервал времени 6д C< кванток ватель успевает подсчитать число импульсов меньше задания Yo<„ поэтому второй команды на увеличение расхода исполнительному механизму не формируется.

В интервале времени первого-шестого полутакта (5T-5T ) счетчик блока 10 определения знака производной успевает раньше завершения полутакта набрать число импульсов расхода энергии, равное Y /2, поэтому на выб9 ходе блока 10 появляется сигнал +, переключающий триггер 11 реверса. Последний блокирует схему

И 7 и разрешает работу схемы И 3 (график 11 Фиг.3). Дальнейший цикл отсчета импульсов расхода квантова960728

Зо ти регулятора..

Формула изобретения

65 телем 1 с момента времени начнется с большей скоростью,< Однако накопленное отставание с начала кампании (с третьего такта) приведет к тому, что в момент времени 6Т генератор 5 вклеит ячейку ПАМЯТЬ 6, а в момент Г когда заполнится счетчик квантователя 1 очередной порцией импульсов равной Y ячейка

ПАМЯТЬ отключается схемой И 9, В интервал(6Т- Vq регулятор не выдает никакой команды, так как схема И 7 заблокирована сигналом от триггера 11 реверса, Процесс потребления энергии в объекте постепенно приходит в заданный ритм (интервалы 6Т-tI) фиг.3). Это говорит о том, что при повышении скорости потребления энергии за такт, интегрально накопленное отставание будет ликвидировано в течение 2-3 тактов без лишнего переключения мощных крупношаговых исполнительных механизмов

При достаточно. больших разбалансах фактических параметров расхода от заданных в течение семи тактов практически выполнено регулятором два переключения исполнительным ме- . ханизмом. При этом разбаланс по времени не достигал больше длительности полутакта. !

В качестве квантованных импульсов, определяющих зону нечувствительности регулятора (уставки Y „ и Y <) можно использовать также временные метки, т.е. какую-то фиксированную частоту, вырабатываемую генератором 5. Эта частота значительно выше, чем частота импульсов, определяющих тактовый интервал Т, и может быть легко выделена из схемы генератора по третьему выходу.

Работа регулятора по второму варианту (фиг.2) отличается от первого варианта только тем, что вместо мелкомасштабных импульсов расхода энергии Х, квантователи 4 и 8 подсчитывают в интервалах времени сдвига между фактическим интегральным pac" ходом и заданным темпом процесса мелкомасштабные импульсы времени, генерируемые генератором 5 и пропускаемые соответственно через схему

И 3 или И 7 °

Поскольку за этот промежуток времени мало изменяется взаимосвязь частоты импульсов расхода со временем, а расход и ход времени всегда одномерен, т.е. идет в одном направлении — увеличЕния параметра, то использование импульсов времени для измерения величины разбаланса в медленно протекающих процессах накопления (расхода -эквивалентно использованию импульсов расхода энергии.

В настоящее время управление рас-I ходом электрической энергии мощных печей выплавки карбида кремния, а также графита в электродном производстве осуществляется с помощью систем автоматического программного управления электрическим режимом

АУР и САУГ, в которых задача снижения числа переключений мощных исполнительных механизмов достигается значительным расширением зоны нечувствительности регуляторов, что снижает точность регулирования расхода электроэнергии за кампанию.

Использование предлагаемого устройства- в указанных системах позволяет повысить точность реГулирования интегрального расхода электроэнергии за заданный промежуток времени (запланированную длительность кампании).

В этом случае синхронность процесса часового расхода с временем за всю кампанию обеспечивается с точностью по времени — один полутакт, а по величине — половины величины заданного расхода за такт, что снижает относительную погрешность обеспечения заданного расхода за запланированное время до 1-0,5Ъ, вместо возможной 3-5% ранее, обусловленной практически, зоной нечувствительнос1, Дискретный регулятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импульсов, первый элемент И, второй элемент И, триггер реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, первый вход блока определения производных соединен с вторым входом первого квантователя уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит второй блок памяти, второй и третий квантователи уровня, первый выход генератора тактовых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определения производных и триггер реверса с вторым входом третьего элемента:И и с первым входом второго элемента И, а второй .выход через последовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент И вЂ” с первым входом второго квантователя уровня, вторым входом соединенного с первым входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первогО и второго блоков памяти и с выходом первого элемента И, выходы первого и второго блоков памяти соединены с соответствующими входами первого

960728

12 элемента И, выход датчика соедийен с третьим входом блока определения проиэводных и с третьими входами третьего и второго элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом третьего квантователя S уровня.

2. Дискретный регулятор, содержащий блок определения производных, генератор тактовых импупьсов, первый элемент И, второй элемент И, триггер )g реверса и последовательно соединенные датчик, первый квантователь уровня, первый блок памяти и третий элемент И, первый вход блока определения производных соединен с вто- jS рым входом первого квантователя уровня, о т. л и ч а ю шийся тем, что с целью повышения точности регулятора, он содержит. второй блок памяти, второй н третий квантователи ® уровня, первый выход генератора так«

I товых импульсов соединен через последовательно соединенные блок определения проиэводных и триггер реверса со вторьй входом третьего элемента и н с первы@ входом второго эле" мента И, а второй выход через пос ледовательно соединенные второй блок памяти и второй элемент И - с первьи входом второго квантователя уровня, вторым входом соединенного с первым входом третьего квантователя уровня, с вторыми входами первого и второго блоков памяти и с выходом первого элемента И, выходы nepsoro и второго

)блоков памяти соединены с соответствующими входами первого элемента И, выход третьего элемента И соединен с вторым входом третьего кваитовате ля уровня, третий выход генератора тактовых импульсов соединен с третьи ми входами второго и третьего элементов И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 370584, KJI G 05 В 11/26, 1973 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 468216, кл. G 05 В ll/01„ 1975 (прототип).