4.6.4. Регулятор р-27

Р-27 – блок импульсного регулирования для работы с ИМ постоянной скорости выпускается подобно регулятору Р-17 в аналогичных модификациях.

Р27- блок регулирующий с импульсным выходным сигналом. Предназначен для алгебраического суммирования с гальваническим разделением и масштабированием до 4 унифицированных токовых сигналов, ввода задания и формирования П, ПИ, ПИД законов регулирования совместно с исполнительным механизмом постоянной скорости, а также для формирования двух и трехпозиционных законов регулирования.

Р27.1 отличается тем, что имеет 3 входа для подключения дифференциально-трансформаторных преобразователей и один токовый вход.

Р27.2 рассчитан на работу с термометрами сопротивления (2 входа) и имеет еще один токовый вход.

Р27.3 предназначен для работы с термопарой.

При работе с исполнительными механизмами постоянной скорости реализуется передаточная функция типа

, где , K_п- коэффициент передачи в сек/% ( физический смысл -длительность первого импульса на 1% изменения сигнала рассогласования от полного диапазона); Т_им- время полного хода ИМ; Т_из- время изодрома (изменяется от 20 до 200 и от 200 до2000сек);Т_пв- время предварения ( изменяется от 4 до 400с); Т_ф постоянная демпфирования.

Кроме этого блок имеет настройки зоны нечувствительности и зоны возврата. Регулятор состоит из измерительного модуля И001.1, регулирующего модуля Р27.01 и источника питания. Функциональная схема регулирующего модуля приведена на рис.4.46.

Рассмотрим более подробно аппаратную реализацию регулирующего модуля и используемые в нем схемные решения. Входным сигналом модуля является сигнал рассогласования с выхода измерительного модуля, который подается на один из двух входов содержащий демпфирующую RC цепочку. С выхода регулируемого демпфера сигнал поступает на входы усилителя-сумматора и дифференциатора. Модуль имеет также недемпфируемый вход. Диапазон всех входов - (-10 +10в). Входной усилитель-сумматор охвачен отрицательной обратной связью. Небольшая емкость в цепи ОС демпфирует выходной сигнал усилителя. Выходной сигнал входного усилителя-сумматора через регулируемый делитель на сопротивлениях поступает на трехпозиционный элемент, который охвачен положительной обратной связью через входной усилитель-сумматор для получения зоны возврата. Для реализации ПИ-законы регулирования выходной сигнал релейного элемента поступает на интегратор, охваченный отрицательной обратной связью через сумматор сигналов интегратора и дифференциатора. Выходной сигнал этого сумматора поступает на вход усилителя сумматора таким образом, что сигнал дифференциатора складывается с входным сигналом, а сигнал с интегратора вычитается, реализуя отрицательную обратную связь с выхода релейного элемента.

Д ля аппаратной реализации трехпозиционного элемента с зоной возврата используется операционный усилитель, охваченный обратными связями. Во внутреннем контуре для реализации трехпозиционного регулирования с зоной нечувствительности используется нелинейная обратная связь через диодный мост (Рис.4.47). Сопротивления R₁ и R₂, через которые поступает в диагональ моста напряжения от источника питания, одинаковые и имеют достаточно большую величину (порядка 1Мом). При входном сигнале равном нулю выходной сигнал усилителя равен нулю и мост находится в равновесном состоянии. Выходной сигнал моста равен 0 и обратная связь отсутствует. При увеличении входного сигнала от 0 выходное напряжение усилителя будет уменьшаться. Ток, протекающий через диод VD3 в прямом направлении будет увеличиваться, напряжение в точке А будет уменьшаться из-за падения напряжения на сопротивлении R₁, ток от источника (–15в) начнет протекать через сопротивления R₂, R₄, компенсируя входной ток током отрицательной обратной связи. Переключение усилителя в режим насыщения произойдет, если входной ток будет больше тока обратной связи. Максимальный ток обратной связи ограничен величиной . Аналогично, при отрицательном входном сигнале ток обратной связи поступает от источника (+15в). Таким образом, если U_ВХ по абсолютному значению станет больше значения, при котором действует отрицательная обратная связь, то выходной сигнал сразу ступенчато изменится до максимального значения выходного сигнала усилителя. Условие переключения . Изменением входного сопротивления (R₃), изменяется величина зоны нечувствительности.

Д ля реализации трехпозиционного звена с зоной возврата рассмотренное выше трехпозиционное звено охватывают положительной обратной связью через входной усилитель D2 (Рис.4.48). Величина обратной связи, регулируемая переменными сопротивлениями R₁ и R₂ , определяет ширину зоны возврата и, следовательно, длительность импульсов интегрирования. Коэффициент передачи регулируется сопротивлением R₁. Вход отрицательной обратной связи (U_О.О.С.) используется для реализации ПИ-закона регулирования. На этот же вход поступает выходное напряжение дифференциатора для реализации ПИД законы регулирования. Функциональная схема регулирующего модуля без выходного блока, представлена на рис. 4.49. Рассмотрим более подробно функционирование регулирующего блока.

Входной сигнал с измерительного блока поступает через демпфирующую RC цепочку на прямой вход входного усилителя-сумматора D2. Конденсатор С3 в цепи обратной связи усилителя установлен для незначительного сглаживания выходного сигнала. Демпфер необходим для подавления импульсных помех. Постоянная времени демпфирования Т_ДФ устанавливается сопротивлением R₁. Входной сигнал через конденсатор С₂ поступает также на инверсный вход дифференциатора, выход которого подключен к прямому входу усилителя сумматора D3. Постоянная времени предварения Т_ПВ регулируется сопротивлением R₂ (плавно) и R₃ (дискретно). Учитывая, что с выхода сумматора D3 далее сигнал поступает на инверсный вход входного усилителя D2, на входе релейного элемента продифференцированный сигнал не будет инвертирован и будет просуммирован с прямым входным сигналом.

Выходной сигнал входного усилителя-сумматора поступает на вход трехпозиционного релейного элемента через сопротивление R₄, определяющее зону нечувствительности релейного элемента. Выходной инверсный сигнал релейного элемента подается через сопротивление R₆ обратно на инверсный вход усилителя. Этим реализуется положительная обратная связь для преобразования трехпозиционного элемента без зоны возврата в элемент с зоной возврата. Ширина зоны возврата устанавливается сопротивлением R₇.

Инверсный выходной сигнал трехпозиционного элемента поступает на инверсный вход интегратора (объекта первого порядка). Сопротивление R₈ регулирует плавно коэффициент передачи регулятора. Интегратор D₄ охвачен отрицательной обратной связью через усилитель-сумматор D₃. Постоянная времени изодрома регулируется изменением плавно сопротивлением R₉ и дискретно – R₁₀.

Выходной сигнал интегратора D₄ через сумматор-усилитель D₃ поступает на инверсный вход усилителя-сумматора D₂ . В результате на входе релейного элемента сигнал будет увеличиваться при увеличении входного сигнала на входе интегратора. Учитывая, что релейный элемент выдает инверсный выходной сигнал, он будет охвачен отрицательной обратной связью через интегрирующее звено. Таким образом, на входе релейного элемента присутствует необходимая совокупность сигналов для реализации ПИД-закона регулирования с исполнительным механизмом постоянной скорости.

Выходной блок ключей предназначен для гальванической развязки внутренних цепей регулятора от цепи управления пускателя исполнительного механизма (рис.4.50). Каждый из двух ключей содержит генератор синусоидальных колебаний, включаемый выходным напряжением релейного элемента. В зависимости от полярности выходного сигнала включается генератор одного из ключей. Выходной сигнал каждого из генераторов через трансформатор, служащий для гальванической развязки, поступает на свой однополупериодный выпрямитель и далее на базу выходного транзисторного ключа. Таким образом, полярность выходного сигнала релейного элемента определяет включение одного из ключей ”Больше” или ”Меньше”.