СТРУЙНО-ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНО-ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ (ПИД) РЕГУЛЯТОР
JET-PNEUMATIC PROPORTIONAL-INTEGRAL-DIFFERENTIAL (PID) REGULATOR

Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из мембранных пропорционального-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, объединенных с помощью сумматора [1].  ПИ-регулятор  включает в себя пропорциональное звено, содержащее элемент сравнения, в обратной связи которого расположен делитель, состоящий из переменного и постоянного сопротивлений, изменение соотношения проводимостей которых приводит к изменению коэффициента усиления разности входных давлений. Интегральное и дифференциальное звенья выполнены на базе апериодических звеньев, состоящих из переменного сопротивления и постоянного объёма для изменения постоянной времени.
Недостатком такого ПИД-регулятора является низкая точность, обусловленная нелинейной характеристикой  мембранных элементов сравнения, используемых в конструкции регулятора.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности регулирования за счет использования линейных компенсационных схем, основанных на силовом действии струи на подвижную преграду, и за счет выполнения операций интегрирования и дифференцирования с помощью расходных апериодических звеньев.
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 по полному закону ПИД-регулирования.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что  струйно-пневматический пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор состоит из двух схем с идентичными чувствительными элементами, выполненными в виде пластин, подвешенных на газовых опорах, со считывающими устройствами, представленных  узлами типа «сопло-заслонка», охваченные двумя компенсационными соплами, расположенными до и после пневматических мембранных усилителей мощности,образующих регенеративную обратную связь с коэффициентом усиления большим единицы, характеризуемый тем, что одна из схем представляет собой пропорционально-интегральный регулятор с двумя соплами, расположенными по обе стороны пластины и перемещаемыми с помощью верньера в продольном направлении для изменения коэффициента усиления, причем в положительной обратной связи регулятора расположено расходное  интегральное звено, состоящее из переменного сопротивления для изменения постоянной времени интегрирования, постоянного объёма, точного расходного повторителя  и сопла; а в другой схеме расположены дифференцирующее звено, аналогичное по составу интегрирующему звену с переменным сопротивлением, изменяющим постоянную времени дифференцирования, и сопло, связанное с выходом первой схемы.
1
2
3
4
5
6
3
5
7
8
9
9
10
5
11
8
5
9
10
На фиг.1 представлена схема струйно-пневматического пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД)  регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора  и дифференцирующего звена . Для регистрации угла поворота чувствительного элемента - пластины , закрепленной на газовой опоре , - под силовым воздействием струй предусмотрен считывающий узел, выполненный в виде сопла  и заслонки , жестко закрепленной на пластине . Между соплом  и питающим дросселем  расположена камера , связанная со входом усилителя мощности . Выходной канал усилителя соединен с  соплом обратной связи . 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, устанавливающая нулевое положение подвижной системы.
12
4
13(1)
13(2),
4
5.
Изменение коэффициента усиления ПИ-регулятора достигается путем вращения винта и последующим изменением соотношения плеч  и , определяющих соответственно расстояния от осей симметрии газовой опоры до входных сопел ии от оси газовой опоры  до оси сопла
14
15
16
17
16
18
14
Интегральное звено, расположенное в положительной обратной связи П-регулятора, включает в себя переменное сопротивление , емкость , точный повторитель , на который подано давление питания через постоянный дроссель . Выходной канал повторителя  соединен с соплом . Изменением проводимости  переменного сопротивления можно менять постоянную времени интегрирования:
(1)
15
-
,
-
где  - объем емкости , универсальная газовая постояннаяабсолютная температура.
2
19
20
21
22
21
23
19
Дифференцирующее звено  состоит из переменного  сопротивления , емкости , точного повторителя , на который подано давление питания через постоянный дроссель . Выходной канал повторителя  соединен с соплом . Изменением проводимости  переменного сопротивления можно менять постоянную времени дифференцирования:
(2)
20
где  -  объем емкости .
Выходной сигнал  равен:
(3)
где  - разность давлений на входе в ПИ-регулятора.
Формула (3) отражает закон ПИД-регулирования, реализованный в данном изобретении.
[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1973. С. 197-199.
[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.