Спосіб автоматичного регулювання електроімпульсних установок та система для його здійснення

Винахід відноситься до систем промислової автоматики, а саме до систем автоматичного регулювання електроімпульсних установок для очистки виливків або зняття залишкових напружень зі зварених шві в. Відомо спосіб, який використано для автоматичного регулювання електроімпульсних установок (а.св. СРСР 1027699. G05B19/04; G05Д5/00 Регулятор міжелектродного проміжку електроімпульсної установки. Опубл. БВ 1983 №25.) За цим способом величина міжелектродного проміжку регулюється за відхиленням амплітуди розрядного струму від заданного значення. У зв'язку зі стохастичним характером процесів в електроімпульсних установках, в таких регуляторах проводиться статистична обробка інформації, а саме для здійснення керуючого діяння використовуються імовірнісні характеристики вихідних сигналів, які знаходять як результат стохастичної апроксимації. Ознаки, що збігаються з суттєвими ознаками способу, що заявляється є здійснення регулювання по відхиленню величини, яка вимірюється у процесі розряду - амплітуди розрядного струму. Причиною, яка перешкоджає отриманню очікуваного технічного результату с недостатня точність оцінки амплітуди розрядного струму при вмиканні регулювання через старіння інформації, яка використається при статистичній апроксимації, що призводить до виникнення автоколивань. Відомо пристрій для автоматичного регулювання електроімпульсних установок (а.св.СРСР 1027699. G05B19/04; G05Д5/00 Регулятор міжелектродного проміжку електроімпульсної установки. Опубл. ПВ 1983 №25.) В цих приладах величина міжелектродного проміжку регулюється в залежності від величини амплітуди розрядного струму, який виміряють за допомогою датчика, індуктивно зв'язаного з розрядним контуром. Регулятор міжелектродного проміжку електроімпульсної установки містить послідовно з’єднані датчик струму, який зв'язано з розрядним контуром, перетворювач сигнал-імовірність, блок пам'яті, регулюючий блок, підсилювач потужності і виконавчий механізм, а також амплітудний селектор, своїм входом підключений до виходу датчика струму, а ви ходом до формувача тактуючих імпульсів, який підключено до керуючого входу блока пам’яті. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками системи, що заявляється, є такі: наявність послідовно з'єднаних накопичувача енергії, високовольтного комутатора і робочого електрода, датчика струму, який з'єднано з розрядним контуром, регулюючого блока, підсилювача потужності, виконавчого механізму. Причиною, що перешкоджає отриманню аналогом очікуваного технічного результату, є те, що в системі не враховується "старіння" інформації, яка зберігається в блоках пам'яті, що відбувається при включенні виконавчого механізму. Найбільш близьким по технічній суті до винаходу, що заявляється, є спосіб, який використано у системі автоматичного регулювання електроімпульсних установок (патент UF №33541А, МПК6, G05B13/02. Система автоматичного регулювання електроімпульсними установками. Опублік. ПВ, 2001.-№1). За цим способом величина міжелектродного проміжку регулюється за відхиленням амплітуди розрядного струму від заданного значення. При статистичній обробці інформації, яка необхідна при використанні амплітуди розрядного струму, що є стохастичною величиною, як інформаційної координати, враховується старіння інформації, що дозволяє підвищити точність оцінки стану об'єкту регулювання. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками способу, який заявляється, є те, що автоматичне регулювання здійснюється за принципом відхилення величини, що вимірюється у процесі розряду - амплітуди розрядного струму. Причиною, що перешкоджає отриманню очікуваного технічного результату в зазначенім вище способі, є недостатня точність оцінки стану системи за величиною амплітуди розрядного струму і, як наслідок, низька надійність регулювання, які зумовлені тим, що реалізовано спосіб регулювання за відхиленням амплітуди розрядного струму. Ця величина є стохастичною з великим значенням дисперсії, що обумовлює недостатню точність оцінки, і викликає потребу у додаткових методах підвищення точності, таких як сто хастична апроксимація і механізм урахування старіння інформації. Найбільш близькою по технічній суті до системи, що заявляється, є система автоматичного регулювання електроімпульсних установок, що містить послідовно з'єднані накопичувач енергії, високовольтний комутатор, і робочий електрод, послідовно з'єднані датчик струму, блок обробки інформаційних сигналів, регулюючий блок, підсилювач потужності і виконавчий механізм, кінематично з'єднаний з робочим електродом, послідовно з'єднані формувач сигналів зворотного зв'язку, з'єднаний з виходом регулюючого блока, і комутаційний ключ, який підключено до другого входу блока обробки інформаційних сигналів, що складається з послідовно з'єднаних амплітудного детектора, повторювана, ключа зв'язку і апроксиматора, який підключено виходом до регулюючого блока, третій вхід блока обробки інформаційних сигналів підключено послідовно до входу формувача сигналу управління, першої лінії затримки, другої лінії затримки, входу розрядного ключа (патент UF №33541А, МПК6, G05B13/02. Система автоматичного регулювання електроімпульсними установками. Опублік. 2001. -№1). У такій системі сигнал з датчика струму, пропорційний амплітудному значенню імпульсного струму, що протікає в розрядному контурі установки при розряді ємнісного накопичувача на деталь, що обробляється, надходить на вхід інформаційного блока, де він обробляється і з затримкою, яка забезпечується двома лініями затримки, передається в апроксиматор, де він апроксимується з урахуванням сигналу зворотного зв'язку, який ураховує "старіння" інформації, і з ви ходу апроксиматора передається у регулюючий блок. При перевищенні встановленої межі різницею між сигналом і заданим значенням, з виходу регулюючого блока через підсилювач потужності подається команда збільшити або зменшити проміжок на виконавчий механізм, кінематично зв'язаний з електродом. Ознаками, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі. Система містить послідовно з'єднані накопичувач енергії, високовольтний комутатор і робочий електрод, датчик струму, який з'єднано з розрядним контуром, регулюючий блок, підсилювач потужності, виконавчий механізм, а також блок обробки інформаційних сигналів. Причиною, що перешкоджає отриманню очікуваного технічного результату в зазначеній вище системі, є низька точність і надійність, зумовлені тим, що в системі в якості інформаційного сигналу використовується сигнал з датчика струму, пропорційний амплітуді розрядного струму. Цей сигнал є сто хастичним з великим значенням дисперсії. Щоб збільшити точність інформації, яку несе у собі цей сигнал, у системі використовується стохастичний апроксиматор і зворотній зв'язок, який ураховує старіння інформації. Це викликає ускладнення установки, зменшення її надійності. В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб автоматичного регулювання слектроімпульсних установок, в якому використання нової інформаційної координати об'єкта керування дозволить підвищити точність і надійність системи автоматичного регулювання. В основу винаходу крім того поставлено задачу удосконалення системи для автоматичного регулювання електроімпульсних установок, в яку введено нові елементи і зв'язки, що дозволить підвищити точність і надійність системи автоматичного регулювання. Суть способу який заявляється полягає в тому, що автоматичне регулювання здійснюється за принципом відхилення величини, виміряної під час розряду, згідно з винаходом ця величина визначається як частка від ділення напруги, виміряної у момент замикання розрядного проміжку, на амплітудне значення розрядного струму. В системі, що заявляється, поставлена задача досягається тим, що в системі автоматичного регулювання електроімпульсних установок, що містить послідовно з'єднані накопичувач енергії, високовольтний комутатор, робочий електрод, послідовно з'єднані датчик струму, блок обробки інформаційних сигналів, який містить амплітудний детектор, регулюючий блок, підсилювач потужності і виконавчий механізм, кінематично з'єднаний з робочим електродом, згідно з винаходом введено подільник напруги, вхід якого з'єднано з накопичувачем енергії, а в блок обробки інформаційних сигналів введено послідовно з'єднані диференціатор, пороговый елемент і розподілену лінію затримки, а також комутаційний ключ напруги, розрядний ключ напруги, ключ зв'язку напруги, аналого-цифровий перетворювач, регістр коду у каналі напруги, розрядний ключ струму, ключ зв'язку стр уму, регістр коду у каналі струму, центральний процесорний пристрій, запам'ятовуючий конденсатор у каналі напруги, запам'ятовуючий конденсатор у каналі струму, при цьому 9 виходів розподіленої лінії затримки з'єднано відповідно з керуючими входами комутаційного ключа напруги, розрядного ключа напруги, ключа зв'язку напруги, аналого-цифрового перетворювача, регістра коду у каналі напруги, розрядного ключа струму, ключа зв'язку струму, регістра коду у каналі струму, центрального процесорного пристрою; другий вихід подільника напруги з'єднано послідовно з інформаційним входом комутаційного ключа напруги, запам'ятовуючим конденсатором у каналі напруги, який другим виходом з'єднано з розрядним ключем напруги, із інформаційним входом ключа зв'язку напруги, інформаційним входом аналого-цифрового перетворювача, інформаційним входом регістра коду у каналі напруги, із інформаційним входом центрального процесорного пристрою, вихід амплітудного детектора, вхід якого з'єднано з виходом датчика струму, послідовно з'єднано із запам'ятовуючим конденсатором у каналі струму, який другим виходом з'єднано з розрядним ключем струму, із інформаційним входом ключа зв'язку струму, інформаційним входом аналогоцифрового перетворювача, інформаційним входом регістра коду у каналі струму, інформаційним входом центрального процесорного пристрою, вихід якого з'єднано із регулюючим блоком. Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак способу, що заявляється і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відзначити, що регулювання за величиною відхилення частки від ділення напруги, виміряної у момент замикання розрядного проміжку, на амплітудне значення розрядного струму, дозволяє використати у якості інформаційної координати системи регулювання частку від ділення, що дозволяє підвищити точність оцінки реальної довжини міжелектродного проміжку, тому, що ця величина не залежить від стадії формування каналу розряду, яка с найбільш стохастичною стадією, і її дисперсія значно менша ніж у амплітуди розрядного струму. Це забезпечує підвищення точності і надійності системи, яку побудовано за цим способом. Розкриваючи також причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відзначити, що у момент замикання міжелектродного проміжку плазмовим каналом, який визначається шляхом використання послідовно з'єднаних диференціатора, порогового елемента і розподіленої лінії затримки, один із виходів якої з'єднано з комутаційним ключем напруги, додатково виміряна напруга з другого ви ходу подільника напруги, який з’єднано послідовно з інформаційним входом комутаційного ключа напруги, запам’ятовуючим конденсатором у каналі напруги, який другим виходом з’єднано з розрядним ключем напруги, із інформаційним входом ключа зв'язку напруги, інформаційним входом аналого-цифрового перетворювача, інформаційним входом регістра коду у каналі напруги, із інформаційним входом центрального процесорного пристрою, а також виміряна амплітуда розрядного струму з виходу амплітудного детектора (вхід якого з'єднано з виходом датчика струму), який послідовно з'єднано із запам'ятовуючим конденсатором у каналі струму, який другим виходом з'єднано з розрядним ключем струму, із інформаційним входом ключа зв'язку струму, інформаційним входом аналого-цифрового перетворювача, інформаційним входом регістра коду у каналі струму, інформаційним входом центрального процесорного пристрою, вихід якого з'єднано із регулюючим блоком, дозволяє розрахувати частку від ділення напруги у момент замикання міжелектродного проміжку плазмовим каналом на амплітудне значення розрядного струму, використовуючи оцифровані значення цих величин, що не можна зробити при використанні аналогових сигналів, які обробляються в аналозі винаходу. На кресленні наведена функціональна схема системи (Фіг.). Система автоматичного регулювання слектроімнульсних установок містить послідовно з'єднані накопичувач енергії 1, високовольтний комутатор 2, робочий електрод 3, деталь, що обробляється 4, послідовно з'єднані датчик струму 5, індуктивно зв'язаний з розрядним контуром за допомогою обмотки 6, блок обробки інформаційних сигналів 7, який містить амплітудний детектор 8, регулюючий блок 9, підсилювач потужності 10 і виконавчий механізм 11, кінематично з'єднаний з робочим електродом 3, послідовно з'єднані подільник напруги 12, вхід якого з’єднано з накопичувачем енергії і, блок обробки інформаційних сигналів 7, у який введено послідовно з'єднані диференціатор )3, пороговий елемент 14 і розподілену лінію затримки 15, а також комутаційний ключ напруги 16, розрядний ключ напруги 17, ключ зв'язку напруги 18, аналого-цифровий перетворювач 19, регістр коду у каналі напруги 20, розрядний ключ струму 21, ключ зв'язку струму 22, регістр коду у каналі струму 23, центральний процесорний пристрій 24, запам'ятовуючий конденсатор у каналі напруги 25, запам'ятовуючий конденсатор у каналі струму 26, при цьому 9 виходів розподіленої лінії затримки з'єднано відповідно з керуючими входами комутаційного ключа напруги 16, розрядного ключа напруги 17, ключа зв'язку напруги 18, аналого-цифрового перетворювача 19, регістра коду у каналі напруги 20, розрядного ключа струму 21, ключа зв'язку струму 22, регістра коду у каналі струму 23, центрального процесорного пристрою 24; другий вихід подільника напруги 12 з'єднано послідовно з інформаційним входом комутаційного ключа напруги 16, запам'ятовуючим конденсатором у каналі напруги 25, який другим виходом з'єднано з розрядним ключем напруги 17, із інформаційним входом ключа зв'язку напруги 18, інформаційним входом аналого-цифрового перетворювача 19, інформаційним входом регістра коду у каналі напруги 20, із інформаційним входом центрального процесорного пристрою 24, вихід амплітудного детектора 8, вхід якого з'єднано з виходом датчика струму 5, послідовно з'єднано із запам'ятовуючим конденсатором у каналі струму 26, який другим виходом з'єднано з розрядним ключем струму 21, із інформаційним входом ключа зв'язку струму 22, інформаційним входом аналого-цифрового перетворювача 19, інформаційним входом регістра коду у каналі струму 23, інформаційним входом центрального процесорного пристрою 24, вихід якого з'єднано із регулюючим блоком 9. Як датчик струму може бути застосований трансформатор струму або котушка Роговського. Як накопичувач енергії в електроімпульсних установках звичайно застосовуються імпульсні конденсатори, зарядка яких до напруги спрацьовування комутатора 2 здійснюється зарядним пристроєм (на кресленні не показано), який підключено до кола. Подільник напруги має бути високочастотним активноємнісним. Як комутатори звичайно використовуються некеровані іскрові розрядники. Спосіб в системі автоматичного регулювання електроімпульсних установок реалізують таким чином. Після спрацьовування високовольтного комутатора 2 починає змінюватися напруга на накопичувачі енергії 1 і сигнал, пропорційній цій напрузі через подільник напруги 12 поступає на диференціатор 13. Так як у момент замикання міжелектродного проміжку плазмовим каналом перша похідна напруги має пік, то цей пік реєструється пороговим елементом 14 і з його виходу поступає сигнал на включення розподіленої лінії затримки 15, з 9 виходів якої подаються сигнали керування послідовно, за часом затримки, на керуючі входи комутаційного ключа напруги 16, ключа зв'язку напруги 18, аналого-цифрового перетворювача 19, регістра коду у каналі напруги 20, розрядного ключа напруги 17, ключа зв'язку струму 22, регістра коду у каналі струму 23, розрядного ключа струму 21, центрального процесорного пристрою 24. Послідовно спрацьовуючи вищезгадані елементи пропускають і перетворюють такі сигнали: з другого виходу подільника напруги 12, вхід якого з'єднано з накопичувачем енергії 1, на інформаційний вхід комутаційного ключа напруги 16 поступає сигнал пропорційний напрузі на накопичувачі енергії 1, і заряджає запам'ятовуючий конденсатор у каналі напруги 25 до рівня, який відповідає значенню напруги в момент часу спрацьовування комутаційного ключа напруги 16, у момент, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, далі цей сигнал передається через ключ зв'язку напруги 18, у момент часу, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, на інформаційний вхід аналого-цифрового перетворювача 19, який спрацьовує, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, з виходу аналогоцифрового перетворювача 19 оцифрований сигнал подається на інформаційний вхід регістра коду у каналі напруги 20, де він записується у момент часу, коли на керуючий вхід регістра коду у каналі напруги 20 подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15. Після спрацьовування високовольтного комутатора 2 в розрядному контурі установки протікає струм, який наводить ЕРС в обмотці 6 датчика струму 5. З виходу датчика струму 5 сигнал, пропорційний струму в розрядному контурі, надходить на входи амплітудного детектора 8, і амплітуда стр уму запам'ятовується за допомогою запам'ятовуючого конденсатора у каналі струму 26, з виходу якого сигнал поступає на інформаційний вхід ключа зв'язку струму 22, і передається через нього у момент часу, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15. Звідти сигнал поступає на інформаційний вхід аналого-цифрового перетворювача 19 і, у момент часу, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, перетворюється у цифровий код. Оцифрований сигнал поступає на інформаційний вхід регістра, коду у каналі струму 23, де у момент часу, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, запам'ятовується. З виходу регістра коду у каналі напруги 20 і з виходу регістра коду у каналі струму 23 відповідні оцифровані сигнали напруги і струму подаються на інформаційні входи центрального процесорного пристрою 24, де у момент часу, коли на його керуючий вхід подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, розраховується частка від ділення напруги у момент замикання міжелектродного проміжку плазмовим каналом на амплітудне значення розрядного струму і на виході центрального процесорної о пристрою 24 з'являється сигнал рівний цій частці Потім на керуючий вхід розрядного ключа напруги 17 подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, і запам'ятовуючий конденсатор у каналі напруги 25 розряджається і стає готовий для нового циклу роботи системи керування. Потім на керуючий вхід розрядного ключа струму 21 подається сигнал з розподіленої лінії затримки 15, і запам'ятовуючий конденсатор у каналі струму 26 розряджається і стає готовий для нового циклу роботи системи керування. З виходу центрального процесорного пристрою 24 сигнал поступає на вхід регулюючого блока 9, де він порівнюється із заданим значенням, розраховується різниця між ними і в залежності від величини цієї різниці в регулюючому блоці 9 виробляється керуючий сигнал, який через підсилювач потужності 10 надходить на відпрацювання виконавчим механізмом 11. Додатковий вимір напруги у момент замикання міжелектродного проміжку плазмовим каналом, і визначення частки від ділення цієї напруги на амплітудне значення розрядного струму, дозволяє використати у якості інформаційної координати системи регулювання частку від ділення, що дозволяє підвищити точність інформації про реальну довжину міжелектродного проміжку, тому, що цей сигнал не залежить від стадії формування каналу розряду, яка є найбільш стохастичною стадією, і його дисперсія значно менша ніж у сигналу, який формується з датчика струму і є пропорційним амплітуді розрядного струму. Це забезпечує підвищення точності і надійності системи і дозволяє спростити її структуру, вилучивши сто хастичний апроксиматор і канал зворотного зв'язку. Використання нових елементів і зв'язків дозволяє розрахувати частку від ділення напруги у момент замикання міжелектродного проміжку плазмовим каналом на амплітудне значення розрядного струму, використовуючи оцифрован) значення цих величин, що не можна зробити при використанні аналогових сигналів, які обробляються в прототипі винаходу.