Струйно-фотокомпенсационный пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор
JET-PHOTO COMPENSATION PROPORTIONAL-INTEGRAL-DIFFERENTIAL (PID) CONTROLLER

Изобретение относится к области пневмоэлектрических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор, состоящий из мембранного пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора и дифференцирующего звена, объединенный 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 постоянного объема и переменного сопротивления для изменения постоянной времени.
Недостатком такого ПИД-регулятора является низкая точность, обусловленная нелинейной характеристикой мембранных элементов сравнения, используемых в конструкции.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении точности регулирования за счет использования в ПИ-регуляторе и в дифференцирующем звене линейной компенсационной схемы, основанной на силовом действии струи на подвижную пластину, закрепленную на петле фотоэлектрического гальванометра, оптически связанного с мостовой электрической схемой.
Более конкретно струйно-фотокомпенсационный ПИД-регулятор состоит из струйно-фотокомпенсационных ПИ-регулятора и дифференцирующего звена, соединенные сумматором, отличающийся тем, что ПИ-регулятор и дифференцирующее звено содержат чувствительный элемент - пластину с нормально к ней расположенными соплами, из которых вытекают струи под давлением переменной и задания, причем в обратной связи ПИ-регулятора расположено электрическое интегральное звено, состоящее из конденсатора и переменного сопротивления, изменяющего постоянную времени интегрирования, а дифференцирующее звено включает пневматические емкость постоянного объема и переменное сопротивление для изменения постоянной времени дифференцирования.
Принцип работы ПИД-регулятора был частично использован в пропорциональном регуляторе [2], также основанным на использовании эффекта силового действия струи на пластину, жестко закрепленную на петле магнитоэлектрического гальванометра, в обратной связи которого располагается мостовая электрическая схема и вторичный прибор для регистрации процесса управления.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5
13,
I
3
На фиг.1 представлена схема струйно-фотокомпенсационного пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора  и дифференцирующего звена . Для регистрации угла поворота чувствительного элемента - пластины , закрепленной на петле  фотоэлектрического гальванометра  предусмотрена оптическая схема, состоящая из зеркала , на которое падает луч света от источника , конденсора  и диафрагмы . Отраженный от зеркала луч света освещает обе половины сдвоенного фотосопротивления , включенного в равновесный мост , образованный сопротивлениями . Рамка  гальванометра  помещена в поле постоянного магнита  образуя при протекании тока обратной связи  магнитоэлектрический момент направленный встречно механическому моменту от силового действия струй на поверхность пластины .
14
15
16
17
18
18
В обратной связи ПИ-регулятора последовательно расположены делитель  для изменения коэффициента усиления пропорционального звена, выходной вторичный прибор миллиамперметр , выходное сопротивление  и интегральное звено, состоящее из конденсатора  и переменного сопротивления . Изменением проводимости α переменного сопротивления можно менять постоянную времени интегрирования:
17
,
-
где  - емкость конденсатора ,  - универсальная газовая постояннаяабсолютная температура.
19
20
Входной канал ПИ-регулятора представлен двумя соплами  и , из которых вытекают струи под давлением, пропорциональным давлению переменной  и давлению задания .
21
22
23
24.
22
Звено дифференциального преобразователя (использована одна и та же нумерация однотипных компонентов схем) состоит из пневматических емкости  и переменного сопротивления  для изменения постоянной времени  дифференцирования. Для получения расходного сигнала, пропорционального производной входного давления  переменной  используется точный повторитель , питание которого осуществляется через постоянный дроссель  Изменением проводимости β переменного сопротивления можно менять постоянную времени дифференцирования:
21
где  - объем емкости .
Выходной сигнал через сопло 25 воздействует на пластину 3 струей под давлением, пропорциональным выражению .
26
Оба выходных канала ПИ-регулятора и дифференцирующего звена поступают на сумматор , выходной сигнал  которого равен:
где  - разность давлений на входе ПИ-регулятора.
Формула (3) отражает закон ПИД-регулирования, реализованный в данном изобретении.
Библиографические данные
[1] Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М., «Машиностроение», 1973. С. 197-199.
[2] Патент РФ №2680614 04.05.2018. Струйно-фотокомпенсационный пропорциональный регулятор // Заявка № 2018116605, 04.05.2018. / Макаров В.А., Королев Ф.А., Макаров А.В, Тютяев Р.Е.