СТРУЙНО-ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПОЛУПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР
JET-PNEUMATIC SEMI-PROPORTIONAL REGULATOR

Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический полупропорциональный регулятор, принцип действия которого основан на использовании управляющего воздействия 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 силовом действии струи на подвижную преграду.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности прототипом является пропорциональный регулятор, состоящий из подвижной части, включающей в себя пластину, подвешенную на газовой опоре, входной дифференциальной пневматической схемы, считывающего элемента в виде узла типа «считывающее сопло-заслонка», пневматического мембранного усилителя мощности, при этом подвижная часть представляет собой пластину, жестко соединенную с двумя соплами газовой опоры, а считывающий элемент охвачен двумя соплами, расположенными до и после пневматического мембранного усилителя мощности, образующего регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления, большим единицы. Обеспечивается повышение чувствительности и быстродействия за счет использования измерительной компенсационной схемы силового действия струи на подвижную преграду и регистрации этого воздействия с помощью пневматической компенсационной схемы [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.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что  струйно-пневматический полупропорциональный регулятор состоит из пропорционального регулятора, узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и её скорости от задания, отличающийся тем, что выход струйно-пневматического пропорционального регулятора соединен через отключающее реле с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими элементами сравнения, причем первый элемент сравнения включает встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым элементом знака ошибки, а второй элемент сравнения содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым элементом определения знака скорости.
1
2
1
2
3
4
5
6
7,
8
9
4
8
10
11
12
12
13
14
15
8
16
11
8
12
14
На фиг.1 представлена схема струйно-пневматического полупропорционального регулятора, состоящего из пропорционального регулятора  и узла  формирования управляющей команды  на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания. Все блоки регулятора представляют собой струйно-пневматические устройства одинаковой конструкции чувствительных элементов, мембранных усилителей и обратных связей. В пропорциональный регулятор  и в узел  входят: чувствительный элемент - пластина , подвешенная на газовой опоре . Входной узел регулятора  представлен соплами  и  находящихся под давлением  переменного параметра  и  давлением задания соответственно. Для регистрации угла поворота пластины  под действием струй предусмотрен считывающий узел, выполненный в виде сопла  и заслонки , жестко закрепленной на пластине . Между соплом  и  питающим дросселем расположена междроссельная камера , связанная с входом усилителя мощности . Выход усилителя  связан с входом элемента , реализующего функцию «Запрет» и управляемым командой  от элемента 30, и с соплом обратной связи . Для смещения нулевой точки регулятора используется сопло , находящееся под давлением . Для компенсации силового действия струи, исходящей из сопла , предусмотрено компенсационное сопло , соединенное с междроссельной камерой . Сопло  совместно с усилителем  и соплом обратной связи образует регенеративную обратную связь, которая придает стабильное исходное положение подвижной системе.
1
17
4
6
7,
4
9
Изменение коэффициента усиления  пропорциональногорегулятора  достигается путем вращения винта и последующим изменением соотношения плеч  и , определяющих расстояния от осей симметрии газовой опоры  до входных сопел  и  и от газовой опоры  до оси симметрии заслонки  соответственно.
Выход пропорционального регулятора  равен:
2
18,
19
20
Узел формирует управляющую команду  на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, и состоят из двух пороговых элементов  и одного блока предварения .
18
18
Пороговый элемент  определяет знак ошибки между опорным давлением  и выходным давлением регулятора . При положительном знаке ошибки  выходной сигнал порогового элемента  выдает сигнал . При отрицательном -  - выдается сигнал .
20
21
22
23
24
4
23
25
26
20
Блок предварения  включает интегральное звено, состоящее из переменного сопротивления , устанавливающего постоянную времени предварения, емкости постоянного объема , точного расходного повторителя  и выходного сопла , расположенное нормально к пластине . Питание расходного повторителя  осуществляется через постоянный дроссель . Входное сопло  блока предварениясвязано с выходом регулятора, а выход блока предварения  равен:
20
22
21.
где  - постоянная времени блока предварения ;  - объем емкости ; - проводимость переменного сопротивления
20
27
19
28
29
Выходной канал блока предварения связан с соплом порогового элемента , на который также поступают сигнал  через сопло  и сигнал выхода регулятора  для его сокращения через сопло .
19
Положительному знаку скорости соответствует выходной сигнал порогового элемента , отрицательному - .
30
Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов  и поступают на вход элемента , реализующего функцию равнозначности:
26,
Сигнал  служит командой, определяющей условия отключения регулятора с помощью элемента  работающему по функции «Запрет».  При , когда знаки ошибки  и ее скорости  не совпадают, то есть  , регулируемая величина приближается к заданному значению. При ,  когда знаки  и  совпадают (),  регулируемая величина удаляется от заданного значения.
[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. Бюл. № 1. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Тютяев Р.Е., Макаров А.В.