SU938256A1 - Устройство дл настройки регул торов - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технике автоматического регулировани  и может быть использовано в устройствах, предназначенных дл  настройки промышленных автоматических регул торов с электрическими входными и выходными сигналами.

Известны устройства дл  настройки регул торов (УНР), содержащие возбудитель колебаний, выполненный в виде последовательно соединенных релейного элемента и апериодического звена , и анализатор колебаний tl 3.

Известны также устройства , процедура настройки регул торов которых с помощью УНР  вл етс  итерационной Г2.

Недостатками известного УНР  вл ютс  низка  точность, узкий диапазон возможных значений параметров настройки и низкий уровень эргономических показателей, в частности, низкий показатель удобства обслуживани  УНР оператором.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  устройство дл  настройки регул торов, содержащее первый задатчик, второй задатчик, блок управлени , индикатор и последовательно соединенные третий задатчик, первый сумматор, релейный элемент, второй сумматор, первый преобразователь напр жени  в частоту, первый делитель частоты, первый счетчик , цифро-аналоговый преобразователь и усилитель, последовательно соединенные генератор опорной частоты , второй делитель частоты, второй счетчик, блок усреднени , первый регистр и первый цифровой отсчетный блок и последовательно соединенные второй регистр и второй цифровой отсчетный блок,выход первого сумматора подключен к входу индикатора, первый вход выходного усилител  соединен с вторым, входом второго сумматора , а второй вход - с первым выхо .дом второго задатчика, первый выход 393 блока управлени  подключен к второму входу второго счетчика, второй выход - к второму входу блока усреднени , второй выход которого соединен с входом второго регистра, выход первого задатчика подключен к второму входу первого делител  частоты, второй выход первого преобразовател  напр жени  в частоту подключен к вто рому входу первого счетчика З. Недостатками известного устройству  вл ютс  неудовлетворительные точ ность, надежность и эргономические показатели удобства обслуживани  оператором, обусловленные слабой помехозащищенностью устройства и необходимостью выполнени  оператором вычислительных операций на каждом шаге итерационной процедуры настройки регул тора. Цель изобретени  - повышение точности и надежности устройства. Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство содержит последовательно соединенные второй преобразователь напр жени  в частоту, третий делитель частоты и третий счетчик, подключенный вторым входом к первому выходу блока управлени , а выходом к третьему входу блока усреднени , вход второго преобразовател  напр жени  в частоту соединен с выходом первого сумматора, второй вход треть его делител  частоты соединен с вторым выходом второго задатчика, а тре тий вход - с выходом первого задатчи ка и вторым входом второго делител  частоты. На чертеже изображена блок-схема устройства дл  настройки регул торов Устройство содержит релейный элемент 1, второй сумматор 2, первый преобразователь 3 напр жени  в частоту (ПНЧ), первый делитель частоты , первый счетчик 5, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 6, усилитель 7, первый задатчик 8, второй задатчик 9, генератор 10 опорной частоты, второй делитель 11 частоты, второй счетчик 12, блок 13 управлени , второй преобразователь И напр жени  в частоту, третий делитель 15 частоты, третий счетчик 16, первый сумматор 17, третий задатчик 18, индикатор 19, блок 20 усреднени , первый регистр 21, второй регистр 22, первый цифровой отсчетный блок (ЦОБ) 23, второй цифровой отсчетный блок . Релейный элемент 1 имеет разнопол рные симметричные относительно нул  напр жени  уровни ограничени  выходного сигнала. Сумматоры 2 и 17, ЦАП 6 и выходной усилитель 7 имеют двухпол рные выходныесигналы. Вторые входы сумматоров 2 и 17  вл ютс  вычитающими по отношению к первым входам. ПНЧ 3 и 14 - инте|-рир 1ощего типа, например, каждый из них-содержит входной интегратор и пороговые элементы , соединенные с выходом иитегрэ тора, а также цепь сброса интегратора , управл емую пороговыми элементами , и выполнены так, что преобразуют знакопеременное входное напр жение в частоту следовани  импульсов на выходеJкотора  пр мо пропорциональна абсолютной величине соответствующего входного напр жени . ПНЧ 3 дополнительно формирует на втором выходе логический сигнал знака входного напр жени . В частности ПНЧ 3 и k могут быть выполнены, как ПНЧ в известном УНР. Делители А и 11 частоты выполнены так, что их коэффициенты делени  устанавливаютс  равными числовым эквивалентам параллельных кодов, подаваемых на их входы. Например, дес тичный четырехразр дный код обеспечивает установку их коэффициентов делени  в пределах от 1 до 9999. Делитель 15 частоты выполнен так, что его коэффициент делени  равен произведению числовых эквивалентов параллельных кодов, поданных на второй и третий входы. Например, он содержит два последовательно соединенных делител  частоты, один из которых управл етс  по третьему входу делител  15 и выполнен точно так, как делители j и 11 частоты, а второй по второму входу делител  15, например , восьмиразр дным единичным нормальным позиционным кодом. I Задатчики 8 и 9 выполнены в виде задатчиков параллельного кода, например задатчик 8 - в виде переключател  на восемь положений, снабженных обозначени ми О, 1, 2, , 8., 16, 32, 6, , выдающего в каждом положении различные значени  единичного нормального позиционного кода. Счетчик 5 - двоичный реверсивный, причем направление счета определ етс  логическим сигналом на втором вхде .

ЦАП 6 имеет вход параллельного двоичного кода и настроен так, что его выходное напр жение достаточно точно равно нулю при входном коде, содержащем единицу только в старшем разр де.

Усилитель 7 выполнен в виде линейного усилител , коэффициент усилени  которого может быть достаточно точно установлен равным любому из некоторого набора значений, содержащего нулевое значение, например из набора значений %; 0,01; 0,02 0,08; 0,16; 0,32; 0,6А, В частном случае усилитель 7 может представл ть собой усилитель с единичным коэффициентом усилени  и с высоким , входным сопротивлением, например операционный-усилитель, включенный по схеме повторител , на входе которого установлен двоичный резистивный делитель напр жени , управл емый позиционным кодом второго задатчика 9. Блок 20 усреднени  выполнен так, что при поступлении импульса на вто рой вход блок записывает в свои входные регистры цифровые сигналы, имеющиес  к этому времени на первом и третьем входах, затем производит вычисление среднего значени  всех данных, прин тых по первому входу, и всех данных, прин тых по третьему входу, за несколько предыдущих периодов поступлени  импульсов на второй вход и выдает результаты этих вы числений на первый и второй выходы соответственно вместе с командами разрешени  их записи во внешние регистры . В частном случае блок 20 усреднени  представл ет собой два .независимых блока усреднени  с общим ВХОДОМ управлени , в которых обработ ка и выдача данных производитс  параллельно во времени, как в известном УНР. Блок 13 управлени  выполнен так, что при каждом переходе в одну определенную сторону входного цифрового сигнала через значение, соответствующее нулевому напр жению на выходе ЦАП 6, он формирует одиночный импульс сначала на втором выходе, а за тем - на первом выходе, кроме этого, в зависимости от конкретного выполнени  блока 20 усреднени  блок 13 уп равлени  может быть снабжен дополнительными цеп ми, соедин ющими его выходы с соответствующими входами блока 20 усреднени  и регистров 21 и 22.

Задатчик 18 выполнен в виде регулируемого источника напр жени  с диапазоном изменени  не меньшим, чем диапазон изменени  напр жени  на втором входе первого сумматора 17УНР работает следующим образом.

Соединенные между собой сумматор 2, ПНЧ 3, делитель k частоты, счетчик 5, ЦАП 6 и выходной усилитель 7 совместно с задатчиками 8 и 9 действуют , как апериодическое звено, посто нна  времени и коэффициент усилени  которого устанавливаютс  задатчиками 8 и 9 соответственно. Со- единенные между собой сумматор 17, задатчик 18 и релейный элемент 1 действуют, как релейный элемент, порог срабатывани  которого устанавливаетс  задатчиком 19, так что электрическа  цепь между вторым входом первого сумматора 17 и выходом усилител  7 представл ет собой последовательно соединенные релейные элемент с регулируемым порогом срабатывани  и с фиксированными по абсолютной величине разнопол рными симметричными относительно нул  уровн ми напр жени  ограничени  выходного сигнала и апериодическое звено с регулируемыми посто нной времени и коэффициентом усилени . После каждого изменени  выходного состо ни  релейного элемента апериодическое звено отрабатывает возникший на его входе скачок от уровн  ограничени  прежней пол рности до уровн  ограничени  новой пол рности выходного напр жени  релейного элемента таким образом, что напр жение на выходе усилител  7 стремитс  по экспоненциальному закону с посто нной времени апериодического звена к новому установившемус  значению, равному новому : уровню ограничени  выходного напр жени  релейного элемента, умноженному на-значение коэффициента усилени  апериодического звена, установленное задатчиком 9. Подключение УНР с задатчиком 9 установленным в нулевое, положение, которому соответствует нулевое значение коэффициента усилени  апериодического звена, к замкнутой системе автоматического регулировани  (САР) выходом усилител  7 к свободному входу регул тора, а вторым входом первого сумматора 17 к выходу датчика регулируемого параметра САР, очевидно , не измен ет состо ни  САР. После указанного подключени  напр жение на входе релейного элемента 1 равно разности между напр жением, созда- . ваемым на сумматоре 17 выходным сигн лом датчика регулируемого параметра, и выходным напр жением задатчика 18. Далее будем предполагать, что до пер вода задатчика 9 в какое-либо ненул ,евое положение посто нна  составл юща  напр жени  на входе релейного элемента с помощью задатчика 18 ском пенсирована настолько точно, что ее некомпенсированна  часть мала по сравнению с верхним пределом изменени  входного сигнала УНР и не превышает (в процентном отношении) допуСтимого дл  данной САР изменени  сред него значени  регулируемого параметра во врем  настройки регул тора с помощью УНР. Указанна  компенсаци  может быть выполнена либо вручную on ратором, либо каким-либо известным образом автоматически, дл  чего УНР может содержать дополнительные узлы, не изобраЛенные на чертеже -и не упоминаемые далее, так как способ компенсации не имеет значени  дл  существа изобретени . Дальнейша  процедура настройки регул тора осуществл етс  итерационным способом, основанным на зависимост х оптимальных параметров регул тора от параметров настройки УНР ;и параметров автоколебаний в системе :УНР - регул тор. Последние определ ютс  по показани м ЦОБ 23 и 2k, В частности, дл  САР с ПИ-регул тором настройка регул тора может считатьс  оптимальной, если удовлетвор ютс  слеудющие соотношени  (критерии опти мальндсти) Г2. Т « TC, 3,5 Ти (1) А 0,32d(2) где Т, А - период и амплитуда колебаний на втором входе пер вого сумматора 17 соответ ственно; Тд - посто нна  времени апериодического звена УНР; d - приведенна  к выходу УНРчерез коэффициент усилени апериодического звена по ловина разностей уровней ограничени  выходной характеристики релейного элемента; Т - посто нна  времени интегрировани  регул тора. Задатчик 9 будет  вл тьс  задагчиком величины d и может быть снабжен, обозначением 3, если сумматор 2 выполнить так, что отношение коэффициента передачи по его первому входу к кoэффициeнty передачи по его второму входу равно отношению номинального верхнего предела изменени  напр жени  на выходе усилител  7 к уровню ограничени  выходного напр жени  релейного элемента 1, а задатчик 9 выполнить так, чтобы каждому его положению номинально соответствовало указанное его оцифровкой значение коэффициента передачи выходного усилител  7. После установки задатчиком 9 отличного от нул  значени  величины d при правильной фазировке подключени  ; УНР к САРи при достаточно большом установленном значении величины с1, которое во вс ком случае должно превышать минимальное значение напр жени , подача которого на вход регул тора в соответствующей пол рности приводит в конечном счете к такому :. изменению регулируемого параметра, что напр жение на входе релейного элемента 1 изменит знак, в замкнутой системе САР-УНР возникают автоколебани . При этом в установившемс  режиме колебани  входного сигнала УНР по форме близки к синусоидальным колебани м и совершаютс  относительно такого среднего значени , которому соответствуют симметричные относительно нул  напр жени  колебани  напр жени  на входе релейного элемента 1. Вследствие симметричности относительно нул  напр жени  выходной характеристики релейного элемента 1 и линейности статических характеристик сумматора 2, первого ПНЧ 3, первого делител  k частоты, первого счетчика 5, ЦАП 7 и усилител  7 колебани  выходного напр жени  ЦАП 6 происход т симметрично относительно нул  напр жени , а моменты возникновени  единицы в старшем разр де выходного кода первого счетчика 5 почти точно совпадают с моментами начальной фазы колебаний выходного сигнала УНР, так что интервалы времени между следующими друг за другом, моментами возЭ9 никновени  единицы в старшем разр  де выходного кода первого счетчика 5 равны периоду колебаний Т. Параметры колебаний сигнала на втором входе первого сумматора 17 (амплитуда и период) завис т как от параметров настройки регул тора (посто нна  времени интегрировани  fy , коэффициент усилени  - Кр, так от параметров настройки УНР (посто н на  времени апериодического звена Tg ,, приведенный к выходу УНР через коэффициент усилени  апериодического звена уровень ограничени  выхо ной характеристики релейного элемента -d). Как отмечалось, задатчик 9  вл етс  задатчиком величины d. Коэффициент преобразовани  первого ПНЧ 3 выбран таким, что каждому значению оцифровки положений задатчика 8, выполненной в единицах времени , соответствует посто нна  времени апериодического звени, котора  в 3,5 раза больше установленного по оцифровке этого задатчика значени  времени, Задатчик В снабжен обозначением T, так что этим задатчиком обеспечиваетс  установка посто нной времени апериодического звена, удовлетвор ющей соотношению (1). Каждый раз при возникновении еди ницы в старшем разр де выходного кода первого счетчика 5,. т.е.. в моменты начальной фазы колебаний выход ного сигнала УНР, блок 13 управлени  формирует на его первом выходе одиночный импульс, обнул ющий второй счетчик 12, и третий счетчик 16 (некотора  задержка в формировании этих импульсов пренебрежимо мала по сравнению с величиной периода колебаний) так что к моменту.очередного обнулени  счетчиков 12 и 16, их выходные цифровые сигналы отображают числа импульсов, наклонные ими за закончив шийс  предыдущий период колебаний. Число импульсов N, накопленное за врем  Т во втором счетчике 12, соответствует величине, определ емой следующей формулой N 4- Vi м где f,- - выходна  частота генератора 10;. Т - период колебаний на втором входе первого сумматора 17; Ту - введенное в УНР задатчиком 8 значение посто нной времени интегрировани  регул тора. 610 При выборе 100 Гц из (3) получаем М 100-, С) W при ЭТОМ четырехразр дный дес тичный отсчетный блок 23 с зап той после двух старших разр дов будет отображать усредненный результат измерени  величины Т/Ту, который может быть использован оператором дл  определени  бйлее оптимальных значений параметров настройки регул тора дл  осуществлени  следующего шага итерационной процедуры настройки регул тора, с помощью номограммы, аналогичной номограмме , приведенной в работе 2, но построенной не дл  параметра Е ЗэБ, т.е. пр мо пропорционального вeличин§.., а дл  параметра ). Величина 7./Т, может быть также использована дл  оценки степени близости параметров настройки регул тора к их оптимальным значени м, поскольку, как следует из соотноше- . ни  (1), приоптимальной настройке регул тора T/T 3,5. Число импульсов Мд, накопленное за врем  Т в третьем счетчике 16, соответствует величине, определ емой формулой -f 5ix(t)i где X(t) - наг{Ь жение на входе второго ПНЧ U; Кд - коэффициент передачи второго ПНЧ U; t - текущее врем . Хот  колебани  выходного сигнала УНР отличаютс  от синусоидальных колебани  сигнала на втором входе первого сумматора 17 и, следовательно , колебани  напр жени  на входе второго ПНЧ И, но вследствие свойства инерциии промышленных объектов. которое способствует сильной фильтрации высших гармоник вводимого в САР сигнала, можно считать указа ные сигналы синусоидальными, т.е. X(t) Asln4 t .(6) Тогда из формулы (5) имеем 2 Т А Так какГвепичина Ыд  вл етс  функцией величин Т/Т и A/d, как и коэффициент Ч С2, она может быть использована дл  определени  более оптимальных значении параметров настройки регул тора дл  следующего 119382 шага итерационной процедуры настройки регул тора, например с помощью номограммы, аналогичной номограмме, приведенной в работе 2, но построенной не дл  параметра, а дл  параметра Мд (7). Из изложенного видно, что измерение функций параметров колебаний производитс  -путем синхронного интегрировани  входного сигнала (со оком-ю пенсированнои посто нной составл ющей ) интегратором, (последовательное соединение второго ПНЧ 1Л, третьего делител  15 частоты и третьего счетчика 16) и интегрировани  опорной частоты интегратором, каковым  вл етс  последовательное соединение вто рого делител  11 частоты и второго счетчика 12, за интервалы времени, автоматически определ емые блоком 13 управлени , вход которого соединен с входом УНР через интегратор, каковым  вл етс  последовательное соединение первого ПНЧ 3 первого- делител  i частоты и первого счетчика 5Интеграторы эффективно подавл ют импульсные и высшие гармонические составл ющие входных сигналов, поэтому результаты измерений -функций параметров колебаний предлагаемым УНР значительно меньше завис т от указанных составл ющих его входного сигнала, чём результаты измерений ве личин А, Т известными УНР. Правильное действие блока 13 управлени  не нарушаетс  при наличии дополнительных переходов через нуль входного напр жени  нуль-органа, йызванных импульсными и высшими гамоническими составл ющими входного сигнала, так что отпадает необходимость в демпфировании входного сигнала, которое в известных УНР вносит дополнительную погрешность измерени . Таким образом, предлагаемое УВР точнее и надежнее в работе, чем известные аналогичные устройства. На- р ду С этим предлагамое УНР проще известных аналогичных устройств, что также способствует его более надежной работе. Кроме того предлагаемое УНР не требует от оператора выполнени  в процессе настройки регул тора многократных промежуточных вычислений , следовательно имеет более высокие эргономические .показатели удоб ства в работе. Предлагаемое УНР может найти применение дл  оптимизации настройки 6 регул торов при вводе в эксплуатацию или периодически во врем  эксплуатации промышленных САР без нарушени  их функционировани . формула изобретени  Устройство дл  настройки регул торов , содержащее первый задатчик, второй задатчик, блок управлени , индикатор и последовательно соединенные Третий задатчик, первый сумматор, релейный элемент, второй сумматор, первый преобразователь напр жени  в частоту, первый делитель частоты, первый счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель, последовательно соединенные генератор опорной частоты, второй делитель .частоты, второй счетчик, блок усреднени , первый регистр и первый цифровой отсчетный блок и последовательно соединенные второй регистр и второй цифровой отсчетный блок, выход первого сумматора подключен к входу индикатора, первый вход усилител  соединен со вторым входом второго сумматора, а второй вход - с первым выходом второго задатчика, первый выход блока управлени  подключен к второму входу второго счетчика, второй выход - к второму входу блока усреднени , второй выход которого соединен с входом второго регистра, выход первого задатчика подключен к второму входу первого делител  частоты, второй выход первого преобразовател  напр жени  в частоту подключен к второму входу первого счетчика, отлича. ющ е е с   тем, что, с целью повышени  точности, надежности и эргономических показателей устройства, оно содержит последовательно соединенные второй преобразователь напр жени  в частоту, третий делитель частоты и третий счетчик, подключенный вторым входом к первому выходу блока управлени , а выходом - к третьему входу блока усреднени , вход второго преобразовател  напр жени  в частоту соединен с выходом первого сумматора, второй вход третьего делител  частоты соединен с вторым выходом второго задатчика, а третий вход - с выходом первого задатчика и вторым входом второго делител  частоты. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ff 253207, кл. G, 05 В 13/02, 1968.

13938256

2. Ротач В.Я. Расчет динамики 3- Устройство дл  настройки регу промышленных автоматических сие- л торов (УНР). Техническое описание тем регулировани . М., Энерги , и инструкци  по эксплуатации 1973.ЗЯа. 679.503 ТО (прототип).

Claims (1)

1. формула изобретения

   Устройство для настройки регуляторов, содержащее первый задатчик, второй задатчик, блок управления, индикатор и последовательно соединенные третий задатчик, первый сумматор, релейный элемент, второй сумматор, первый преобразователь напряжения в частоту, первый делитель частоты,

   15 первый счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и усилитель, последовательно соединенные генератор опорной частоты, второй делитель .частоты, второй счетчик, блок усреднения, первый

   20 регистр и первый цифровой отсчетный блок и последовательно соединенные второй регистр и второй цифровой отсчетный блок, выход первого сумматора подключен к входу индикатора, ₂₅ первый вход усилителя соединен со вторым входом второго сумматора, а второй вход - с первым выходом второго задатчика, первый выход блока управления подключен к второму входу ₃₀ второго счетчика, второй выход - к второму входу блока усреднения, второй выход которого соединен с входом второго регистра, выход первого задатчика подключен к второму входу пер вого делителя частоты, второй выход первого преобразователя напряжения в частоту подключен к второму входу первого счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, надежности и эргономических показателей устройства, оно содержит последовательно соединенные второй преобразователь напряжения в частоту, третий делитель частоты и третий счетчик, подключенный вторым входом к первому выходу блока управления, а выходом - к третьему входу блока усреднения, вход второго преобразователя напряжения в частоту соединен с выходом первого сумматора, второй вход третьего делителя частоты соединен с вторым выходом второго задатчика, а третий вход - с выходом первого задатчика и вторым входом второго делителя частоты.