КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ

КОРРЕКТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ
Область техники
Полезная модель относится к области автоматики и телемеханики, а более конкретно - к устройствам для нелинейной коррекции автоматических устройств управления, и может быть использована для ранения автоколебаний, возникающих в релейных автоматических устройствах управления, преимущественно режимами химике-технологических процессов. Вследствие того, что химико-технологичесрше объекты имеют, как правило, значительную инерционность, амплитуда автоколебаний в релейных автоматических устройствах управления может достигать значений, приводящих к нарушению технологического процесса и к снижению качества продукции. По этой причине проблема гашения таких автоколебаний имеет важное народнохозяйственное значение.
Уровень техники
Известен подход к стабилизации неустойчивых режимов в автоматических устройствах управления путём возбуждения вынужденных колебаний за счет подачи периодического сигнала от внешнего генератора (Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 3, часть II. Под ред. В.В.Солодовникова. М., издательство Машиностроение, 1969).
В литературе описаны случаи успешного применения такого подхода для стабилизации неустойчивых режимов в химических реакторах (Софиев А.Э. Стабилизация неустойчивых режимов в химических реакторах. В сб.: VII Всесоюзная конференция МаМПК G 05 в 5/01
тематические методы в химии. Тезисы докладов. Казань, 1У91). Путём подачи периодических импульсов на регулятор давления этилена в реакторе (автоклаве синтеза полиэтилена высокого давления) удалось стабилизировать работу реактора в оптимальном режиме, который без наложения периодического сигнала являлся неустойчивым.
Описанные принципы реализованы в некоторых корректирующих устройствах. Так, известно устройство для вывода цифровой автоматической системы из режима периодических колебаний по авт. свид. СССР N 962837 (МКИ G 05 В 5/01, 1982), в которое введён генератор синусоидальных колебаний. К недостаткам этого устройства относится его сложность и все вытекаюпще отсюда следствия: низкая надёжность, большая масса, значительный объём, большое энергопотребление, высокая стоимость. Для установки такого устройства в существуюшую систему управления необходима, как правило, радикальная переделка системы управления, что ограничивает область применения устройства только вновь создаваемыми системами управления.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является устройство нелинейной коррекции по авт. свид. СССР № 1012192 (МКИ G 05 В 5/01, 1983). Устройство содержит усилитель, выход которого соединён с первым входом сумматора, вход - со входом дифференциатора, причём оно содержит широтно-импульсный блок, вход которого подключён к выходу дифференциатора, а выход - ко второму входу сумматора. Широтно-импульсный блок содержит последовательно соединённые прерыватель, формирующий элемент и нелинейное звено с ограничением, причём вход прерывателя является входом широтно-импульсного блока, а выход не- 3
линейного звена с ограничением - его выходом. Описанное устройство является всё же весьма сложным, так как импульсы, подаваемые в систему управления, предварительно проходят целый ряд звеньев, формирующих управляющей сигнал.
Сущность полезной моде.яи
Задачей данной полезной модели является совершенствование потребительских качеств (повышение надёжности, сношение массы, объёма, энергопотребления, стоимости) корректирующего устройства за счёт его упрощения, а также расширение области применения корректирующего устройства.
Техническим результатом, который может быть получен при использовании данной полезной модели, является упрощение конструкции корректирующего устройства и возможность применения корректирующего устройства для гашения автоколебаний в разнообразных автоматических устройствах управления, преимущественно химико-технологическими и родственными им процессами.
Технический результат достигается тем, что корректирующее устройство для гашения автоколебаний в релейных автоматических устройствах управления содержит генератор сигнала s, периодически изменяющегося во времени t, и сумматор. Выход генератора связан с первым входом сумматора, второй вход сумматора является входом корректирующего устройства, а выход сумматора является выходом корректирующего устройства, при этом сигнал s(t) имеет нулевую постоянную составляюшую
f s(t; dt - 0,(1)
значения величины сигнала sft) равномерно распределены в пределах от (-Smax) ДО Sinax. а период его первой гармонической составляющей Т± связан с постоянной времени объекта регулирования X соотношением
Анализ работы и непосредственные натурные испытания релейных автоматических устройств управления, оснащённых таким корректирующим устройством, показали, что ввод с помощью сумматора периодического сигнала s(t) при выполнении условия (и) приводит к rameHiDO автоколебаний в релейных автоматических устройствах управления, возникающ11х вследствие значительной инерционности объекта управления, что характерно для химико-технологических систем. При этом вынужденные колебания с периодом TI, возникающие в системе, имеют незначительную амплитуду и не оказывают влияния на технологический процесс. Если же TI / 0,3т, то амплитуда вынужденных колебаний значительна и представляет собой помеху осуществлению технологического процесса, то есть использование корректирующего устройства не оправдано.
Наиболее эффективно гашение автоколебаний происходит, если значения величины сигнала s(t) равномерно распределены в пределах от (-Sniax) ДО  Величина Ьспах выбирается опытным
- . // / ,У,
///ош
- 4 TI  .(И)
путём для конкретного объекта управления.
Поотоянная составляющая сигнала s(t) суммируется с сигналом измерительной информации, подаваемым на вход корректирующего устройства, и тем самым вносит дополнительный вклад в статическую ошибку автоматического управляющего устройства. По этой причине целесообразно, чтобы сигнал s(t) имел нулевую постоянную составляющую.
Описанное корректирующее устройство имеет весьма простую конструкцию, высокую надёжность, малую массу и объём, потребляет мало энергии, недорого. Корректир тощее устройство BKJBOчается в разрыв цепи между источником измерительной информации (датчиком) и автоматическим управляющим устройством и может устанавливаться в любую релейную систему автоматического управления. Тем самым технический результат достигается за счёт описанной выше конструкции корректирующего устройства.
Перечень фигур чертежей и иных материалов
На фиг.1 приведена функциональная схема корректирующего устройства. На схеме применены следуюшдю обозначения:
1- генератор сигнала sf t);
2- сумматор;
6(t)  сигнал измерительной информации;
6(t) - сумма сигналов 6(tJ и sft).
На фиг.2 приведены кривые температуры в котле для варки целлюлозы, выражающие зависимость температуры от времени при отсутствии корректирующего устройства и при его наличии. Кривая 1 записана при отсутствии корректирующего устройства (ис- xV/y
- 5 ходнэя структура, системы автоматического управления); кривая 2 записана после включения корректирующего устройства в разрыв цепи термопары.
сведения, подтверждающие возможность осуществления
полезной модели
Лучший вариант осуществления полезной модели иллюстрируется функциональной схемой (фиг.1). Корректирующее устройство содержит генератор 1. Выход генератора 1 связан с первым входом сумматора 2, второй вход сумматора 2 является входом корректирующего устройства, а выход сумматора 2 является выходом корректирующего устройства.
Корректирующее устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает периодический сигнал s(t.), который подают на первый вход сумматора 2. На второй вход сумматора подают сигнал измерительной информации oft). Сигналы s(t) и 6(t) суммируют и их сумму 6(t) с выхода корректирующего устройства подают на автоматическое устройство управления. В результате происходит возбуждение вынужденных колебаний, период которых связан с постоянной времени объекта управления соотношением (2). В силу последнего а лплитуда вынужденных колебаний незначительна из-за инерции объекта управления. Автоколебания же релейного автоматического управляющего устройства гасятся.
Пример. Котёл для варки цел.шолозы снабжён термопарой типа ХК, соединённой с многофункциональным вторичным прибором, показывающим температуру и вырабатывак1щим релейный сигнал управления, который под.эют на клапан, регулирующий подачу теплоносителя на обогрев котла. Котёл с загрузкой щепы и варочного щёлока имеет значительную тепловую инерцию. Это приводит к возникновению в релейном автоматическом управляющем устройстве описанной конструкции автоколебаний с алшлитудой 15-20  (фиг.2, кривая 1). Эти колебания приводят к снижен1то качества целлюлозы и к возрастанию расхода тепла на обогрев котла.
Для предотвращения этих нежелательных явлений за счёт гащения автоколебаний в разрыв цепи термопары было включено корректирующее устройство описанной конструкции. Период сигнала Bit) составил TI  180 с, а амплитуда   2 мВ, что в соответствии с градуировкой термопары ХК составляет около 30 -С. В результате автоколебания прекратились (фиг. 2, кривая 2). Амплитуда вынужденных колебаний составляет около 1,5 -С, что не оказывает влияния на качество продукции.
Промышленная применимость
Корректирующее устройство для гашения автоколебаний может найти применение в любой отрасли промышленности, в которой применяется автоматическое управление технологическими peжимa ли с помощью релейных автоматических управляющих устройств, в первую очередь, в нефтехимической, целлюлозно-бумажной, металлургической и пищевой промышленности. Простота устройства, его малые масса и габариты, низкая энергоёмкость, дещевизна и универсальность способствуют успешному примененгда корректирующего устройства в промышленности.
у мш