СТРУЙНО-ФОТОКОМПЕНСАЦИОННЫЙ ПОЛУПОСТОЯННО РАБОТАЮЩИЙ ПРОПОРЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРАЛЬНЫЙ (ПИ) РЕГУЛЯТОР
JET-PHOTOCOMPENSATION SEMI-CONTINUOUSLY OPERATING PROPORTIONAL-INTEGRAL (PI) REGULATOR

Изобретение относится к области пневмоэлектрических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегральный (ПИ) регулятор, состоящий из мембранных пропорционального регулятора и интегрального звена, соединенных с помощью сумматора [1]. Пропорциональный регулятор включает в себя 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 звено выполнено на базе апериодического звена, состоящего из переменного сопротивления и постоянного объема, включенных в цепь положительной обратной связи для изменения постоянной времени интегрирования.
Недостатками такого регулятора являются низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам и продолжительное время переходных процессов.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия регулирования за счет использования принципа полупостоянно действующего регулятора [1] и 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 ПИ-регулятора, что существенно повышает его быстродействие.
Более конкретно, технический результат достигается тем, что струйно-фотокомпенсационный полупостоянно работающий пропорционально-интегральный регулятор состоит из пропорционально-интегрального регулятора, включающего входные сопла, нормально расположенные 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 в обратной связи регулятора включено интегральное звено, состоящее из электрических конденсатора и переменного сопротивления для изменения постоянной времени интегрирования, а 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
Е
14
15
16
5
к
1
2
На фиг.1 представлена схема струйно-фотокомпенсационного полупостоянно работающего пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального регулятора  и узла  формирования управляющей команды  на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания. В пропорционально-интегральный регулятор  входит чувствительный элемент – пластина , закрепленная на растяжках  магнитоэлектрического гальванометра . Входной узел регулятора представлен соплами  и , находящихся 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 электрического моста , в питающей диагонали которого расположена батарея . 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  и служащий для изменения коэффициента усиления.
P
P
3
11
12
13
I
17.
18
19
T
α
19
T
1
2
и
и
Изменение разности входных воздействий давлении  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  В обратной связи ПИ-регулятора расположено интегральное звено, состоящее из конденсатора  и переменного сопротивления  для изменения постоянной времени  интегрирования. Изменением проводимости  переменного сопротивления  можно менять постоянную времени  интегрирования:
C
18
R
,
T
и
где  – емкость конденсатора ,  – универсальная газовая постоянная – абсолютная температура.
I
Выходной сигнал  ПИ-регулятора равен:
P
P
k
k
1
2
1
где ( – ) – разность давлений на входе ПИ-регулятора,  – коэффициент усиления,  – коэффициент преобразования.
I
Выходной ток  также поступает:
14
5
– к рамке  и в соответствии с законом Фарадея возвращает подвижную часть гальванометра  в исходное положение;
20
«Запрет»,
I
к
– к элементу , работающему по функции  второй вход которого связан с запрещающим сигналом .
На фиг.2 представлена схема анализа работы регулятора. В периодах A и C, когда регулируемая величина удаляется от задания, происходит включение регулятора, а в периодах B и D его отключение.
I
к
Сигнал  на отключение регулятора согласно фиг. 2 равен:
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
При положительном знаке ошибки  ( – пороговое значение сигнала элемента) выдает сигнал  При отрицательном –  выдается сигнал
21
1 и 21
3
4
11.
8
9
10
11
3
12
13
E
4
14
15.
Для определения знака скорости используется струйно-компенсационный блок предварения , определяющий скорость изменения переменного параметра  Блок предварения состоит (нумерация одинаковых элементов схем  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
12,
13,
I
17
При силовом воздействии струи пластина  поворачивается на угол, пропорциональный этому 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 .
22
23
24
25.
24
26
22
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
21
Выходной сигнал блока при реализации закона предварения равен  при постоянной времени
28
Положительному знаку скорости соответствует выходной сигнал порогового элемента  отрицательному –
20
Сигнал  служит командой, определяющей условия отключения регулятора с помощью элемента , работающему по функции «Запрет». При  когда знаки ошибки  и ее скорости Δ' не совпадают, то есть  регулируемая величина приближается к заданному значению. При  когда знаки Δ и Δ' совпадают  регулируемая величина удаляется от заданного значения.
27
28
I
I
29
0
c
Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов  и  и  поступают на вход элемента , реализующего функцию неравнозначности.
Библиографические данные
[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: «Машиностроение», 1973. С. 197-199.
[2] Патент РФ по заявке 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.