Регулятор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ц11 4 G 05 8 11/01

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО делАм изОБРетений и ОтнРытий ( 89) 159518 (21) 7771258/24-24

22) 18.06.80

31) щр 6 05 В/214 135 (32) 05.07.79

33) DD, 46) 15.03.86. Бюл. В 10 (71) Институт фюр Электроанлаген (Р0) (72) Е.В. Гусак, В.В. Морозов, Г.Ф. Болиль ($0), Дорис Хладку и Вольфганг Хладку (DD)

53) 62-50(088.8)

54)(57) 1, РЕГУЛЯТОР, содержащий пропорционально-дифференцирующий блок 15, сервомотор 10 и суммирующий блок 9, последовательно соеди ненные измеритель 1 отклонения регулируемой величины и усилитель 2, отличающийся тем, что, с целью повышения точности регулятора, в нем дополнительно установлены пропорциональный блок 4, измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины и измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины, входами соединенные с выходом усилителя 2, а выходами - с со ответствующими входами суммирующегo блока 9, выходом подключенного к входу сервомотора 10, измеритель скорости отклонения регулируемой величины выполнен в виде дифференци атора 16, а измеритель ускорения отклонения регулируемой величиныв виде двух последовательно соединенных дифференциаторов 17 и 18, каждый из дифференциаторов 16, 17 и 18 содержит последовательно соединенные пропорционально-дифференцирувщнй блок 15 и блок 14 сравнения, инверсным входом подключенный к входу яропорционально-дифференци" рующего блока 15 и входу одного из дифференциаторов 16-18, а выходом к выходу одного из дифференциаторов 16-18.

2. Регулятор по и. l о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей в нем установлены первый, второй и третий ключи 6„ 7 и 8, выходы измерителя 3 ускорения отклонения регули руемой величины, пропорционального блока 4 и измерителя 5 скорости от клонения регулируемой величины под ключены к соответствующим входам суммирующего блока 9 через соответствующие ключи 6, 7 и 8.

1218366

Изобретение относится к пропорцис нально-интегрально дифференцирующим регуляторам и может найти применение при автоматическом регулировании техническими процессами.

Известен регулятор, содержащий .измеритель отклонения регулируемой величины, выход которого через пропорциональный блок подключен к первому входу сумматора, через последовательно соединенные первый дифференциатор и второй пропорциональ-. ный блок - к второму входу сумматора и через последовательно соединенные первый и второй дифференциаторы и третий пропорциональный блокк третьему входу сумматора, выходом соединенного с входом сервомотора, причем, изменяя коэффициенты усиления пропорциональных блоков, можно выбирать нужные законы регулирования. (Емельянов С.В. Системы автоматического управления с переменной структурой. М, Наука, 1967s с.: 1519, рис. 1.5) .

Недостатком известного регулятора является. низкая точность.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор, содержащий последователъно соединенные измери- тель отклонения регулируемой величины, усилитель, первый сумматор, сервомотор и второй сумматор, вторым входом подключенный к выходу первого сумматора, прямому входу третьего сумматора и входу инверсного апериодического звена, выходом соединенного с инверсным входом третьего сумматора, выходом подключенного к второму входу первого сумматора, причем первый и третий сумматоры и инверсное апериодическое звено образуют пропорционально-д ф ференциальный блок, т.е. ПД-блок,а второй сумматор и сервомотор образуют вспомогательный пропорциональ.но-интегрирующий регулятор, т.е.

IIH-регулятор. (Авторское свидетельство СССР № 578636, кл. С 05 В 11/00, 1976).

Передаточная функция известного регулятора имеет следующий вид:

WÐ,,ë(Ð1.W»(P(РРРР(P(=KT(T P+1)(l TT) = (К, TР+ ft — = К„- — (ТР

dТ,r Т,+17

W„<(p) — передаточная функция вспомогательного пропорционально-интегрального регулятора;

Т вЂ” постоянная времени инверс1 ного апериодического блока;

T> - постоянная времени серво,мотора;

Ky — коэффициент усиления усили» теля;

К„, T, Т - соответственно коэффициент передачи, постоянная интегрирования, постоянная дифференцй2О рования пропорционально-дифференциального регулятора.

Из выражения (1) видно, что коэффициент передачи К„, постоянная времени интегрирования Т; и постоянная времени дифференцирования Т1 известного регулятора взаимосвязаны..

Изменение постоянной времени Т апе» риодического инверсного блока в ПДблоке или постоянной времени сервомотора в вспомогательном ПИ-регуляторе приводит к изменению всех настроечных параметров. Это затрудня ет процесс настройки известного регулятора и требует использования специальных номограмм со сложными зависимостями.

Кроме того, параметры настройки имеют ограниченные диапазоны, в частности малое значение Т(/Т, 1Э что затрудняет вычисление оптималь40 ной настройки регулятора для достижения высокого качества регулирова ния. Для параметров настройки полу чим следующие отношения: т, 45

Г, — 1

Т г

Г тР" т, т,(ф+ )

TK1 Т< — — =к, (3( (i + - ) (i + к )

Т< где г = т

ТР - постоянная времени инверсного апериодического блока;

T — постоянная времени сервомотора.

Т,+Т) < т

I т, т, И

Т вЂ” +1 р — ф1 где К = К вЂ” + 1! Т. = Т - +11 г ч!Т )Р, Р Т / т

5 2 Р

1218366

Найдя первую производную выражения (3) по параметру и приравняв ее к О, находим, что к = 0,25 при макс щ=

Таким образом, ограниченность изменения параметров настройки и малое значение отношения Т 1/Т не позволя1 ют реализовать рассчитанные оптимальные настройки регулятора, что отрицательно сказывается на качестве регулирования. Взаимосвязь настроенных параметров регулятора и ограниченность их изменения присущи регуляторам, использующим цепь обратной связи по положению регулирующего органа.

Недостатком известных регуляторов является также сложная реализация разных законов регулирования, что в значительной степени сужает их функциональные возможности. Так, в регуляторах, йостроенных по принципу охвата обратной связью усилителя или усилителя и сервомотора, для перехода от одного к другому закону регулировайия необходимо включать в обратную связь звенья с различными передаточными функциями.

Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение качества регулирования регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе, содержащем ПЦблок 15, сервомотор 10, суммирующий блок 9 и последовательно соединенные измеритель 1 отклонения регулируемой величины и усилитель 2 дополнительно установлены пропорциональный блок 4, измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины, измеритель 3 ускорения от клоненйя регулируемой величины, входами соединенные с выходом усилителя 2, а выходами - с соответствующими входами суммирующего блока 9, выходом подключенного к входу сервомотора 10, измеритель скорости отклонения регулируемой величины вь1полнен в виде дифференциатора 16, а измеритель ускорения отклонения регулируемой величины - в виде двух последовательно соединенных дифференциаторов 17 и 18, каж. дый из дифференциаторов 16, 17 и 18 содержит последовательно соединейные ПД-блок 15 и блок 14 сравнения, инверсным входом подключенный к входу ПД-блока 15 и входу одноro из дифференциаторов 16-18, а выходом — к выходу одного иэ дифферен" циаторов 16-18.

Кроме того, в регуляторе дополнительно установлены первый, второй и третий ключи 6, 7 и 8, выходы измерителя 3 ускорения отклонения регулируемой величины, пропорционального блока 4 и измерителя 5

1О скорости отклонения регулируемой величины подключены к соответствующим входам суммирующего блока 9 чее рез соответствующие. ключи 6, 7 и 8.

На фиг. 1 представлена блок-схе15 ма регулятора; на фиг. 2 — блоксхема дифференциатора.

Регулятор содержит измеритель !. отклонения регулируемой величины, усилитель 2, измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины, пропорциональный блок, т.е.

П-блок 4, измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины, третий, первый и второй ключи 6, 7 и

25 8, суммирующий блок 9, сервомотор 10, инверсное апериодическое звено 11, первый и второй сумматоры 12 и 13, блок 14 сравнения, пропорциональ но-дифференцирующий блок (II@-блок)

3Q 15, дифференциаторы 16, 17 и 18.

На фиг ° 1 обозначено. g(t) - задающее воздействие; y(t) — регулируемая величина; g x(t) — отклонение регулируемой величины; х (t) - сигнал уп-, н равления.

Измеритель 5 скорости отклонения регулируемой величины содержит один дифференциатор 16. Измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины содержит два последователь40 но соединенных дифференциатора 17 и 18. Каждый иэ дифференциаторов 16, 17 и 18 содержит блок 14 сравнения и пропорционально-дифференцирующий . блок 15. Пропорционально-дифффренцирующий блок 15 содержит инверсное апериодическое звено ll и первый и второй сумматоры 12 и 13.

Регулятор работает следующим образом.

Сигнал отклонения регулируемой величины х(1), вырабатываемый измерителем 1 отклонения регулируемой величины из регулируемой величины

y(t) и задающего воздействия g(t), поступает на вход усилителя 2 с коэффициентом усиления к . Его выходной сигнал поступает на входы изме" рителя 3 ускорения отклонения регу" !218366 лируемой величины, пропорционального блока 4 и измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины.

Дифференциатор 16, входящий в состав измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины, и два дифференциатора 17 и 18, кото- . рые в последовательном соединении образуют измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины, изображены на фиг. 2. Каждый из указанных дифференциаторов 16, 17 и. 18

ПД-блока 15 и безынерционного блока 14 сравнения с единичными коэффициентами усиления по обоим входам.

Пропорционально-дифференцирующий блок 15 выполнен в виде положительной обратной связи, охватывающей сумматор 13. Обратная связь представляет собой параллельное соединение. безынерционного сумматора 12 с единичным коэффициентом усиления по обоим входам и инверсного апериодического звена 11 с единичным коэффициентом передачи.

В соответствии с изложенным передаточная функция дифференциатора 16 (фиг. 2).имеет следующий вид:

W (p) =-1 +, = -1 +

+ (Т„р+ 1) =Т р, (4) где Т - постоянная времени инверсЦ ного апериодического звена 11 °

Следовательно, указанное построение дифференциатора 16 весьма близко идеальному дифференцирующему звену. Таким образом, измеритель 3 ускорения отклонения регулируемой величины имеет передаточную функцию

W(p) = 11 1(р)" 0 8(р) =Т» Тц р (5) где Т„, Т» — постоянные времени двух последовательно соединенных дифференциаторов 17 и 18, входящих в состав измерителя 3 ускорения отклонения регулируемой величины.

Пропорциональный блок 4 представляет собой безынерционное звено с коэффициентом передачи к". Из11 меритель 5 скорости отклонения регулируемой величины имеет передаточную функцию

W (Р) = 1" (ь(p) = Т„р, (6) где Т„ — постоянная времени дифференциатора 16, входящего в состав измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины. !

Выходные сигналы измерителя 3. ускорения отклонения регулируемой величины, пропорционального блока 4 и измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины поступают через ключи 6, 7 и 8 на входы суммирующего блока 9 и через его выход †. на сервомотор 10 с передаточ1О ной функцией Ч „ р) = 1/T< р, где Т „- постоянная времени сервомотора 10.

Таким образом, регулятор в це-. лом имеет передаточную функцию

Wpi(p) кv (Тч Тч р + к" +.

T„p1 = к.„— (I

Tus ц3 Тбмр Ф ТФФ

+- -+ =к 1+ т», Т, 1

Т р

20 (7) +Тр еае к =, Т.=

Kv Tu

Т,„

Т к

11, х„т„, 1 т„, к — коэффициент усиления усилителя 2;

30 .к, - коэффициент передачи пропорцйонального блока 4;

T„ „ T„ Т» — постоянные време1 ни дифференциаторов 16, 17 и 18, вхо-. дящих в состав измерителя 3 ускоре35 ния отклонения регулируемой величины и измерителя 5 скорости отклонения регулируемой величины;

Т вЂ” постоянная времени сервозм мотора 10;

Кг Т Та — соответственно ко7 Ф . эффициент передачи, постоянная времени интегрирования, постоянная. времени дифференцирования регулятора в целом.

45 .г

Из выражения (7) видно, что.настроечные параметры регулятора к Т. Э и Т практически независимы. Настроечный параметр к изменяется иэмег

50 нением к, Т вЂ” изменением к а Т,1

yÝ «1» изменениями Т0 и Т» . Таким образом

1 2

Ф достигаются широкие пределы настройки параметров настройки. Это позволяет реализовать практически любую рассчитанную оптимальную на-, 55 строику регулятора, что расширяет его функциональные возможности и обеспечивает высокое качество регулирования.при автоматизации раэ!

21836б

ПИД

Замкнутое Замкнутое

Замкнутое

Разомкнутое

Разомкнутое Замкнутое

Разомкнутое Замкнутое

Разомкнутое

Разомкнутое Разомкнутое Замкнутое

Замкнутое Разомкнутое

Замкнутое фиг.2

1 ВНИИПИ Заказ 1130/55 Тираа 837 По сиое.В

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

Ъ личных технологических процессов ., Кроме того, предложенный регулятор не имеет "балластного" звена, что повышает его- точность и быстродействие.

Использование ключей 6, 7 и 8 позволяет легко формировать алгоI

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной б ритм формирования регулятором различных регулирующих воздействий.

Возможность формирования разных законов регулирования в зависимости от состояния ключей 6, 7 и 8 иллюстрирует следующая таблица.

Ю

Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.