Струйно-фотокомпенсационный полупропорциональный регулятор
JET-PHOTOCOMPENSATED SEMI-PROPORTIONAL REGULATOR

Изобретение относится к области пневмоэлектрических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический полупропорциональный регулятор, принцип действия которого основан на использовании управляющего воздействия на отключение пропорционального регулятора в зависимости от знака ошибки, равной разности между значением контролируемого параметра и его заданием, а также от скорости изменения этой ошибки [1]. Полупропорциональный регулятор состоит из пропорционального регулятора, узла задержки на такт и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора. Пропорциональный регулятор включает в себя элемент сравнения, в обратной связи которого расположен делитель, состоящий из переменного и постоянного дросселей, изменение соотношения проводимостей которых приводит к изменению коэффициента усиления разности входных давлений. Узел формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и её скорости от задания состоит из элементов сравнения и узла предварения, реализующих регулирующее воздействие в зависимости от величины и знака сигнала ошибки и её производной. Все комплектующие прототипа выполнены из мембранных элементов универсальной системы УСЭППА.
Недостатком такого полупропорционального регулятора является низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия регулирования за счет использования в полупропорциональном регуляторе компенсационной схемы, основанной на равенстве моментов силового действии струи на подвижную преграду и противодействующей магнитоэлектрической силы.
Известен также пропорциональный регулятор, состоящий из подвижной части, включающей в себя пластину, подвешенную на газовой опоре, входной дифференциальной пневматической схемы, считывающего элемента в виде узла типа «сопло-заслонка», пневматического мембранного усилителя мощности, охваченного регенеративной обратной связью [2]. Принципом работы указанного решения, как и настоящего изобретения, является применение измерительной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду, однако настоящее изобретение реализует работу регулятора в полупостоянном режиме, что существенно повышает быстродействие пропорционального регулятора.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-фотокомпенсационный полупропорциональный регулятор состоит из пропорционального регулятора, включающего пневматическую часть в виде сопел, нормально расположенных к чувствительному элементу – пластине, угол поворота которой под силовым воздействием струй входной дифференциальной схемы регистрируется оптической частью регулятора, состоящей из источника света, конденсора, диафрагмы и сдвоенного фотосопротивления, входящего в равновесный электрический мост, в обратной связи которого располагается магнитоэлектрический гальванометр, делитель сопротивлений для изменения коэффициента усиления и выходной миллиамперметр для регистрации выходного сигнала, отличающегося тем, что на выходе регулятора расположен узел формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и её скорости от задания, выполненный в виде отключающего реле с двумя параллельно расположенными пороговыми элементами, причем первый пороговый элемент связан с выходом регулятора для определения знака ошибки, а второй пороговый элемент соединен с блоком предварения для определения знака скорости.
1
2
I
1
3
4
5
6
7,
P
P
3
8
9
10
11
11
12
13
14
15
16,
5
к
1
2
На фиг. 1 представлена схема струйно-фотокомпенсационного полупропорционального регулятора, состоящего из пропорционального регулятора  и узла  формирования управляющей команды  на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания. В пропорциональный регулятор  входит чувствительный элемент – пластина , закрепленная на растяжках  магнитоэлектрического гальванометра . Входной узел регулятора представлен соплами  и  из которых выходят струи под давлением  переменного параметра и давлением задания соответственно. Для регистрации угла поворота пластины под силовым воздействием струй предусмотрена оптическая часть регулятора, состоящая из источника света , конденсора , диафрагмы  и зеркала . Отраженный от зеркала луч света, падает на сдвоенное фотосопротивление , входящее в состав равновесного моста . В подвижную часть гальванометра входит рамка , помещенная в поле постоянного магнита . Для изменения коэффициента усиления пропорционального регулятора служит делитель сопротивлений  размещенный в отрицательной обратной связи гальванометра .
P
P
3
11
12
13
I
17.
1
2
Изменение разности входных воздействий давлений  и  приводит к повороту пластины  вместе с зеркалом , что влияет на освещенность сдвоенного фотосопротивления , последующего разбаланса моста  и возникновению тока в цепи обратной связи регулятора, который регистрируется миллиамперметром
Выходной ток также поступает:
14
5
- к рамке и в соответствии с законом Фарадея возвращает подвижную часть гальванометра  в исходное положение;
18
«Запрет»,
I
к
- к элементу , работающему по функции  второй вход которого связан с запрещающим сигналом .
I
Выход пропорционального регулятора  равен:
I
5,  k
k
см
1
Где  - смещение нулевой отметки, которое обеспечивается первоначальной настройкой подвижной части гальванометра  - коэффициент усиления, - коэффициент преобразования.
A
C
B
D
На фиг. 2 представлена схема анализа работы регулятора. В периодах  и , когда регулируемая величина удаляется от задания, происходит включение регулятора, а в периодах  и  его отключение.
I
к
Сигнал согласно фиг. 2 равен:
I
P
P
I
P
0
1
2
с
1
Где =-, сигнал ошибки, равный разности давлений переменной и задания,  – сигнал разности производной ошибки (знака скорости), принимающие положительное или отрицательное значения в зависимости от направления касательных прямых к синусоиде изменения переменного параметра .
P
P
P
I
P
P
I
1
по
по
0
1
по
0
При положительном знаке ошибки> ( - пороговое значение сигнала элемента ПЭО) выдает сигнал =0. При отрицательном – < выдается сигнал =1.
19
P
1
19
3
4
11.
8
9
10
11
3
12
13
R
R
E
4
14
15.
1
1
4
Для определения знака скорости используется струйно-компенсационный блок предварения , определяющий скорость изменения переменного параметра . Блок предварения состоит (нумерация одинаковых элементов схем пропорционального регулятора и блока предварения сохранена) из пластины , жестко закрепленной на растяжках  вместе с зеркалом Оптическая часть блока состоит из источника света , конденсора  и диафрагмы , направляющая луч света на зеркало . Для регистрации угла поворота пластины  предусмотрен считывающий узел, выполненный в виде сдвоенного фотосопротивления , дифференциально включенного в электрический равновесный мост , образованный сопротивлениями - и источником напряжения , расположенного в питающей диагонали моста. На растяжках  закреплена рамка , помещенная в поле постоянного магнита
3
P
12,
13,
I
17
1
При силовом воздействии струи пластина  поворачивается на угол, пропорциональный силовому воздействию входного давления переменного параметра, что приводит к изменению освещенности дифференциального фотосопротивления  последующему разбалансу мостовой схемы  возникновению тока обратной связи  и регистрации его вторичным прибором – миллиамперметром .
P
20
21
22
23.
22
24
20
T
1
д
Входное давление переменного параметра  подводится к апериодическому звену, состоящему из пневматических переменного сопротивления , ёмкости постоянного объёма , точного повторителя , на который подано давление питания через постоянный дроссель  Выходной канал повторителя  соединен с соплом . Изменение проводимости переменного сопротивления  приводит к изменению постоянной времени  предварения.
19
T
д
Выходной сигнал блока при реализации закона предварения равен , при постоянной времени =1.
26 I
I
с
с
Положительному знаку скорости соответствует выходной сигнал порогового элемента ПЭС =1, отрицательному –  =0.
I
P
P
I
к
1
2
к
При =1, когда знаки ошибки Δ=|-| и ее скорости Δ' не совпадают, то есть Δ⋅Δ'<0, регулируемая величина приближается к заданному значению. При =0, когда знаки Δ и Δ' совпадают (Δ⋅Δ'>0), регулируемая величина удаляется от заданного значения.
25
26
I
I
27
0
с
Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов  и  и поступают на вход элемента , реализующего функцию неравнозначности.
Библиографические данные
[1] Берендс Т.К., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Юдицкий С.А. Элементы и схемы пневмоавтоматики. М., Машиностроение, 1976. С.144-146.
[2] Патент РФ №2018116604, 04.05.2018. Струйно-пневматический пропорциональный регулятор // Патент России №2676362, 28.12.2018./Макаров В.А., Королев Ф.А., Тютяев Р.Е., Макаров А.В.