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

Изобретение относится к области пневматических автоматических регуляторов.
Из уровня техники известен пневматический пропорционально-интегральный 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. Все комплектующие прототипа выполнены из мембранных элементов универсальной системы УСЭППА.
Недостатком такого регулятора являются низкие динамические свойства, присущие мембранным элементам, и применяемая схема, основанная на непрерывном слежении разности между переменным параметром и заданием.
Технический результат, который достигается в настоящем изобретении, заключается в повышении быстродействия за счет применения регенеративной обратной связи в компенсационной схеме, основанной на силовом действии струи на подвижную преграду и полупостоянно работающего пропорционально-интегрального регулятора.
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, основанной на использовании 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 пропорционально-интегральному закону регулирования и обеспечивает работу регулятора в полупостоянном режиме.
Более  конкретно, технический результат достигается тем, что  струйно-пневматический полупостоянно работающий пропорционально-интегральный  регулятор, состоящий из струйно-пневматического пропорционально-интегрального регулятора и узла формирования управляющей команды на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания, характеризующийся тем, что стабильное исходное положение подвижной части регулятора обеспечивается за счет регенеративной обратной связи, в которую входит чувствительный элемент пластина, угол поворота которой регистрируется узлом типа «сопло-заслонка», двумя компенсационными соплами, расположенными до и после усилителя мощности, обладающего коэффициентом усиления по давлению, большим единицы, причем струйно-пневматический пропорционально-интегральный регулятор соединен с отключающим реле, работающим по функции «Запрет» и с двумя параллельно расположенными струйно-пневматическими пороговыми элементами, причем  первый пороговый элемент  содержит встречно расположенные по отношению к чувствительному элементу - пластине сопла, связанные с выходом регулятора и с пороговым сигналом знака ошибки, а второй элемент содержит сопла, соединенные с блоком предварения и пороговым сигналом знака скорости.
1,
2
3
4
5,
6
7
4
8
9
4
8
10
11
12
На фиг. 1 представлена схема струйно-пневматического полупостоянно работающего пропорционально-интегрального  регулятора, состоящего из пропорционально-интегрального регулятора  узла  формирования управляющей команды  на отключение регулятора  при отклонении регулируемой величины от задания и узлаформирования управляющей команды  на отключение регулятора при отклонении регулируемой скорости от задания. В пропорционально-интегральный  регулятор входит чувствительный элемент - пластина , подвешенная на газовой опоре  дифференциальная схема, включающая сопла и, из которых вытекают струи воздуха под давлением переменного сигнала  и постоянного давления задания . Для регистрации угла поворота пластины  под действием силовых воздействий 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 .
Аналогичную конструкцию имеют все элементы струйно-пневматической системы в рассматриваемом регуляторе и имеющие одну и ту же нумерацию.
12,
Выходной канал усилителя находящийся под  давлением , соединен с соплом  обратной связи 13 и интегрирующим  звеном, в который входит:
14
- переменное сопротивление ;
15
- постоянная емкость  объемом  ;
16
- точный повторитель , изменяющий давление замкнутой камеры на расходный сигнал.
17.
18
2
3.
19
Питание точного повторителя осуществляется через постоянный дроссель Выходной канал регулятора связан с логическим элементом , реализующим  функцию «Запрет» и управляемый командой  от узлов  и Выход интегрирующего звенасоединен с соплом смещения нулевой точки.
Выход  пропорционально-интегрального регулятора  равен:
14
где  - коэффициент усиления,  - постоянная времени интегрирующего звена, равная , где  - проводимость переменного сопротивления ,  - газовая постоянная,  - абсолютная температура.
8
20
11
1
21
5
6, 7
5
9
8
12
13
Для компенсации силового действия струи, исходящей из  сопла , предусмотрено компенсационное сопло , соединенное с междроссельной камерой . Изменение коэффициента усиления  регулятора  достигается путем вращения винта и последующим изменением соотношения плеч  и , определяющих расстояния от осей симметрии газовой опоры  до входных сопел  и от газовой опоры  до оси заслонки , соответственно. Сопло  совместно с усилителем  и соплом обратной связи  образует регенеративную обратную связь, которая придает стабильное исходное положение подвижной системе.
2
3
22,
23
24
22
25
26
27
22
Узлы и  формируют управляющую команду  на отключение регулятора при отклонении регулируемой величины и ее скорости от задания и состоят из двух пороговых элементов и блока предварения.  Пороговый элемент  определяет знак ошибки между опорным давлением , формируемым задатчиком давления , силовым действием струи из сопла и выходным давлением регулятора , подаваемого к соплу . При положительном знаке ошибки  выходной сигнал порогового элемента  выдает сигнал . При отрицательном -  - выдается сигнал .
3
23
24
24
28
29
30
31
4
32
33
24
24
Узел  состоит из порогового элемента  и блока предварения .  Блок предварения  включает в обратную связь интегрирующее звено, состоящее из переменного сопротивления , устанавливающее постоянную времени предварения, емкости постоянного объема , точного расходного повторителя  и выходного сопла , расположенного нормально к пластине . Питание точного повторителя осуществляется через постоянный дроссель .  Входное сопло блока предварения связано с выходом регулятора , а выход блока  равен:
,
24
29
28.
где  - постоянная времени блока предварения ;  - объем емкости ;  -проводимость переменного сопротивления
24
34
23
35
36
37
23
Выходной канал блока предварения связан с соплом  порогового элемента . Сопло связано с задатчиком, а выходной сигнал  регулятора поступает к соплу . Положительному знаку скорости соответствует выходной сигнал порогового элемента , отрицательному - .
38
Оба дискретных сигнала с двух пороговых элементов  и поступают на вход элемента , реализующего функцию равнозначности:
Сигнал  служит командой, определяющей условия переключения регулятора. 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.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Берендс Т.К., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Юдицкий С.А. Элементы и схемы пневмоавтоматики. М., Машиностроение, 1976. С.109-44-110 С.
[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.