книги из ГПНТБ / Дмитриев, В. Н. Основы пневмоавтоматики

Рис. 107. Триггер со счетным входом на элементах УСЭППА:

а — схема триггера; о — циклограмма его работы

Рис. 108. Импульсаторы на элементах УСЭППА:

а — импульсатор со смещением по фронту и спаду; б — пмпуль-- сатор со смещением по фронту; в — генератор прямоугольных импульсов с настраиваемой частотой

памяти 2 запомнит 1, поданную на его вход с элемента НЕ, а эле­ мент памяти 1 пропустит 1, поданную на его вход с элемента памяти 2, на выход р. На входе п выходе элемента НЕ сигналы изменятся на противоположные. После снятия управляющего' импульса сигнал 0 с выхода элемента НЕ пройдет на выход р:!' элемента памяти 2, а элемент памяти 1 запомнит 1 и т. д. Из приведенного описания работы триггера следует, что изменениена выходе элемента памяти 1 наступает при подаче управляюще­ го импульса (передний фронт), а на выходе р* элемента памя­ ти 2 — при снятии управляющего импульса (задний фронт).

Помимо описанного устройства задержки на такт для постро­ ения пневматических многотактных релейных схем используюттак называемые естественные задержки. В отличие от рассмот­ ренной выше задержки на такт естественная задержка не имеет тактового (синхронизирующего) входа. Продолжительность еетакта целиком определяется постоянной времени звена, состав­ ленного из емкости V п пневмосопротивления.

В качестве примеров использования естественной задержки на рис. 108 приведены схемы пмпульсаторов и генератора прямо­ угольных импульсов с настраиваемой величиной времени такта Т. В импульсаторе со смещением переднего и заднего фрон­ тов (рис. 108, а) входной сигнал рхв форме импульсов давления подводится к регулируемому дросселю апериодического звена. При подаче импульса давления емкость апериодического звена начнет постепенно заполняться воздухом через дроссель. Через время то, когда давление в емкости апериодического звена до­ стигнет уровня р\ = 0,7р0, шток, соединяющий мембраны реле,.

перейдет в нижнее положение и закроет своим торцом нижнее сопло, при этом на выход импульсатора будет поступать давле­ ние питания ро• Давление в емкости апериодического звена будет продолжать расти, пока не достигнет своего наибольшего значе­ ния (см. график на рис. 108, а). После снятия импульса рх дав­ ление р * начнет уменьшаться, однако переброс штока в верх­

нее положение и поступление на выход атмосферного давления

ки по заднему фронту п в общем случае не равно времени за­ держки по фронту То-

Чтобы ликвидировать задержку п по заднему фронту им­ пульса, -достаточно вместо давления питания к верхнему соплу подвести входной сигнал р х (рис. 108, б). Тогда при снятии им­ пульса на входе в тот же момент исчезает давление на выходе импульсатора, так как вход при нижнем положении штока сооб-

191

Т а б л и ц а 6

Основные звенья регуляторов УСЭППА

щается с выходом импульсатора. Если подать импульс на вход элемента, то сигнал на выходе появится после того, как в емкости апериодического звена давление р\ достигнет значения давле­

ния подпора р П2 , и шток перейдет в нижнее положение. Это

определяет смещение выходного сигнала по фронту на величину т. В отличие от импульсатора, представленного на рис. 108, а, этот импульсатор является пассивным, так как давление питания к нему не подводится.

192

Генератор прямоугольных импульсов (рис. 108, в) построен с применением тех же элементов, что н описанные пмпульсаторы, а именно пневмореле и регулируемых сопротивлений. Характер­ ной особенностью генератора прямоугольных импульсов являет­ ся то, что в нем осуществлена обратная связь путем подачи вы­ ходного сигнала в нижнюю мембранную камеру через регулируе­ мое сопротивление. Таким образом, работа генератора обеспе­ чивается за счет указанной обратной связи и внутренней положи­ тельной обратной связи, имеющейся в самом реле. Если шток реле находится в нижнем положении, то давление р на выходе равно давлению питания ро. При этом происходит наполнение камеры через регулируемый дроссель. Когда давление в камере

ложение и закроет верхнее сопло, давление на выходе генерато­ ра упадет до нуля п начнется опорожнение камеры. Так как давления в нижней и верхней сопловых камерах теперь равны между собой и равны атмосферному давлению, переброс штока в нижнее положение произойдет в момент, когда давление р і: станет равным рпі . Период прямоугольных импульсов Тп мож­ но изменять с помощью дросселя.

Регуляторы непрерывного действия. Принципиальные схе­ мы регуляторов, собранные на элементах УСЭППА, в основном аналогичны схемам регуляторов АУС с той лишь разницей, что регуляторы на базе УСЭППА строят на элементах. Элементы собирают в типовые узлы, из которых можно компоновать регу­ ляторы, реализующие любой закон регулирования.

Основные звенья цепи регулирования на элементах УСЭППА.

Схемы основных звеньев регуляторов на элементах УСЭППА приведены в табл. 6.

Усилительное звено (схема 1 в табл. 6) построено на двухвходовом элементе. При подаче входного давления р\ на выходе появляется усиленный сигнал р, т. е. р = kpі, где /е — коэффи­ циент усиления.

Апериодическое (инерционное) звено представляет собой по­ следовательное соединение дросселя проводимости а, емкости V и двухвходового мембранного усилительного элемента, работаю­ щего в режиме повторителя (схема 2 в табл. 6). Как было пока­ зано ранее, давление на выходе пневматической камеры с дрос­ селем изменяется по экспоненциальному закону так, например, при опорожнении

__ t_ Р = Р(=0 е га

Передаточная функция звена имеет вид

давлений построено на основе четырехвходового усилителя, ра­ ботающего в режиме сумматора, и апериодического звена, охва­ ченного положительной обратной связью (схема 3 в табл. 6).

Работа интегрирующего звена описывается уравнением

1

будет изменяться во времени по линейному закону. Когда давле­ ние на выходе р становится равным входному сигналу типа еди­ ничного скачка Ар, время, прошедшее с момента появления сиг­ нала Ар, станет равным постоянной времени интегратора, т. е.

t = Та-

Величина постоянной времени интегрирующего звена опреде­ ляется значением проводимости а переменного дросселя и вели­ чиной емкости V.

Передаточная функция интегрирующего звена, построенного по рассматриваемой схеме:

Г,,*

Точность выполнения операции интегрирования 2—3% до­ статочна для построения промышленных регуляторов. Однако такая точность недостаточна для выполнения вычислительных операций.

Наиболее часто применяют дифференцирующие звенья двух типов: на одном двухвходовом усилителе (схема 4 в табл. 6) и на двух четырехвходовых усилителях (схема 5 в табл. 6).

Операция р = Тд dt + ри выполняемая на двухвходовом

усилителе, охваченном инерционной отрицательной обратной связью, носит название предварения. Здесь Тя — время предва-

194

давление р\. Передаточная функция звена

H7(SH7>+1.

При выполнении операции собственно дифференцирования уровень отсчета может не совпадать с дифференцируемой вели­ чиной. В этом случае для выполнения операции дифференциро­ вания используют схему 5 в табл. 6, состоящую из двух четырех­ входовых усилителей. Дифференцируемой величиной является

Po

f)

Рис. 109. П-регулятор с суммированием на мембранах:

а — принципиальная схема; б — структурная схема

входной сигнал р и а условным уровнем отсчета — величина рч-

Выходное давление в переходном режиме пропорционально ско­ рости изменения основного входного давления р х и величине не­ зависимого входного давления рч, т. е.

В статическом режиме на выходе отслеживается входное дав­ ление рч- Время предварения (дифференцирования) путем на­ стройки проводимости дросселя а п емкости V можно менять в пределах от 3 с до 10 мин.

Пропорциональные регуляторы. На элементах УСЭППА мож­ но строить пропорциональные регуляторы по различным схемам. Структурная схема пропорционального регулятора включает сумматор и усилитель. Принципиальная схема П-регулятора, собранного на двух четырехвходовых усилителях и усилителе мощности, показана на рис. 109, а. На вход регулятора поступает

сигнал рассогласования Ар = р \ — р2 и сигнал р3 начального

давления или давления, соответствующего контрольной точке. Найдем уравнение П-регулятора при условии, что время запол­ нения камер четырехвходового решающего усилителя, работаю­ щего в режиме усилителя через дроссели б, (5 п а, пренебрежимо мало. Работа П-регулятора в этом случае может быть описана системой, состоящей из двух уравнений, из которых первое отно­ сится к сумматору, а второе записывается из условия равенства массовых расходов через дроссели а и ß. При этом учитывают тот факт, что в статическом режиме давление р3 = ра , а р = р?. Кроме того, сделаем допущение, что дроссели линейные. Тогда

где k = а— коэффициент усиления. Величину k молено изменять

в пределах от 0 до оо с помощью регулируемого сопротивления ß, входящего в дроссельный сумматор в цепи отрицательной об­ ратной связи точного усилителя мощности.

Для подавления колебаний в П-регуляторе имеется дополни­ тельная демпфирующая гибкая отрицательная обратная связь (дроссель б), действие которой проявляется лишь в переходных режимах.

С учетом закона регулирующего воздействия передаточная функция идеального П-регулятора по входному сигналу рассо­ гласования будет иметь вид

W bPU(s) = k.

По входному сигналу р3\ WРзН(s) = 1.

Определим передаточные функции для реального регулятора. Для этого при записи уравнений, описывающих работу П-регу­ лятора, необходимо учесть процессы заполнения п опорожнения

dt

Рб + Рз = Р а + Р,

196

где

Используя систему уравнений (104), находим реальные пере­ даточные функции по сигналу рассогласования Др и по сиг­ налу р3:

Краткие технические характеристики и пределы изменения па­ раметров рассматриваемого П-регулятора следующие: коэффи­ циент усиления к изменяется в пределах от 0,03 до 20, смещение контрольной точки составляет ±1%, граничная частота пропус­

кания (вгр = ’5tj . П-регулятор марки ПР2.5 выпускается заво­

дом «Тпзприбор».

Пропорционально-интегральные регуляторы. На элементах УСЭППА может быть построено несколько модификаций регу­ ляторов, реализующих пропорционально-интегральный закон (ПИ-регуляторов). Структурно ПИ-регулятор включает пропор­ циональную часть (П-регулятор) и интегральную часть. Инте­ гральную часть реализуют путем включения апериодического звена в цепь положительной обратной связи П-регулятора или путем подачи давления с выхода интегрирующего звена в каме­ ры П-регулятора, куда ранее подавалось давление рг. Регулято­ ры первого типа имеют взаимосвязанные настройки коэффициен­ та усиления и постоянной времени интегрирования. Настройки регуляторов второго типа — независимые.

Схема регулятора первого типа представлена на рис. ПО, а. Закон регулирующего воздействия ПИ-регулятора без учета переходных процессов в камерах с дросселями а, ß и б может

197

быть получен путем исключения переменных р' п р ѵ пз системы уравнений, описывающих его работу:

откуда

(

P = b(Pi— P a ) + - j - \ ( P i — P2)dt,

'v -0

где k = ß/a.

Р,

р?

Закон регулирующего воздействия ПИ-регулятора второго типа без взаимосвязи настроек (рис. ПО, б) имеет вид

198

Передаточная функция реального ПИ-регулятора включает передаточную функцию идеального ПИ-регулятора

дением интегрирующего звена. Постоянная времени интегриру­

(рис. 111), куда ранее было подано давление р\. Уравнения, опи­ сывающие работу идеального ПИД-регулятора, имеют вид

p = k{p\—р2) + ръ,

Рз = ^ т ( Р і—Ра); V

р[ ={T'as + 1 )р{,

где k = Té = у-То- , а Та = VJRTa — постоянная времени

апериодического звена дифференциатора.

199