Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к автоматике и предназначено для стабилизации температуры в заданной точке объекта с распределеннь ми параметрами . Устройство содержит п измерительных датчиков, распределенных по объекту и один опорный датчик, установленный в точке, где необходимо стабилизировать температуру, с целью повышения точности. Сигналы с п датчиков сум№-1руются и сравниваются со значением задатчика, выходной сигнал которого определяется величиной отклонения температуры в точке установки опорного датчика от заданной и регулируется при помощи блока коррекции, формирующего управляющий сигнал для задатчика. При этом задатчик состоит из последовательно соединенных реверсивного счетчика и ЦАП, а блок коррекции выполнен в виде широтно-импульсного модулятора с заполнением импульсов импульсным сигналом генератора опорной частоты, причем выходы блока коррекции соединены со счетными входами входами реверсивного счетчика, 2 ил. SS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (51) 4 G 05 D 23/19 ($$ Ь

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3966298/24-24 (22) 21.10.85 (46) 07.03.87. Бюл. № 9 (.71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) Г.В. Естратов (53) 621.555.6 (088.8) (56) .Авторское свидетельство СССР

¹ 1101795, кл. G 05 Р 23/30, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 928318, кл. G 05 П 23/19, 1980.

Авторское свидетельства СССР № 334559, кл. G 05 D 23/19, 1970. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и предназначено для стабилизации температуры в заданной точке объекта с распределенными параметраья. Устройство содержит и измерительных датчиков, распределенных по объекту и один опорный датчик, установленный в точке, где необходимо стабилизировать температуру, с целью повышения точности. Сигналы с и датчиков суммируются и сравниваются со значением зацатчика, выходной сигнал которого определяется величиной отклонения температуры в точке установки опорного датчика от заданной и регулируется при помощи блока коррекции, формирующего управляющий сигнал для задатчика. При этом задатчик состоит из последовательно соединенных реверсивного счетчика и

ЦАП, а блок коррекции выполнен в виде широтно-импульсного модулятора с заполнением импульсов импульсным сигналом генератора опорной частоты, причем выходы блока коррекции соединены со счетными входами входами реверсивного счетчика. 2 ип.

1 129

Изобретение относится к автома.тическому регулированию, предназначено для стабилизации температуры в заданной точке теплофизического объекта с распределенными параметрами (РП-объекта), содержащего значительные запаздывания в передаче различных воздействий и подверженного влиянию контролируемых и неконтролируемых возмущений, и может быть использовано в термостатах, предназначенных для поддержания температуры с высокой .точностью.

Целью изобретения является повышение точности, На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграмты его работы.

Устройство для регулирования температуры содержит датчики 1 температуры в количестве и штук сумматор

2, первый элемент 3 сравнения, блок

4 управления, усилитель 5, нагреватель 6, задатчик 7 температуры, опорный датчик 8 температуры, опорный задатчик 9 температуры, второй элемент 10 сравнения, блок 11 коррекции, содержащий первый компаратор

12, второй компаратор 13, третий компаратор 14, четвертый компаратор

15, генератор 16 линейно изменяющегося напряжения, инвертирующий усилитель 17, первый триггер 18, второй триггер 19, генератор 20 импульсов1 первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24 элементы И, задатчик 7 температуры состоит из последовательно соединенных реверсивного счетчика 25 и цифроаналогового преобразователя 26, задатчик 7 снабжен установочным входом 27, Устройство работает следующим образом.

Поскольку объект управления имеет пространственную форму и представляет собой объект с распределенными параметрами, датчики 1-1-1-п температуры рассредоточены по всему пространству термостатируемого объекта, Иалая постоянная времени — основное требование, предъявляемое к датчикам 1, поэтому их желательно выполнять на терморезисторах, например, бусинкового типа, которые при этом обеспечивают и достаточную точность . измерения температуры. Опорный датчик 8 температуры устанавливается в заданную точку объекта термостати5376 2 рования, для которой необходимо под- держивать прецизионное термостатирование (в установившемся режиме).

В результате приложения возмущающих воздействий к граничным или к внутренним точкам РП-объекта изменяется его температура. Причем температура в точках РП-объекта, куда подается тепловое возмущающее воздействие, начинает изменяться сразу же в момент подачи возмущений, Во всех остальных точках РП-объекта температура изменяется с .некоторым определенным запаздыванием. В ре-, зультате возмущающих воздействий сразу же без запаздывания начинает изменяться средняя температура тела

Т (). Для оперативной компенсации

Ср возмущений с помощью датчиков I u сумматора 2 измеряют среднее значение температуры Т (c ) РП-объекта, которому соответствует напряжение и на выходе сумматора 2, т.е.

f0

f5

20 и

Т () Пс (с,) . !Ю;()

i=1 где п — количество датчиков температуры, подключаемых к соответствующим входам сумматора 2.

Результат этого измерения затем сравнивают с помощью элемента

3 с соответствующим значением

Б,„,„(), поступающего с задатчика

7, и при наличии отклонения среднего значения Т () от заданного изменяют с помощью блоков 4 и 5 мощность нагревателя 6 до устранения этого отклонения, т.е. блок 4 управления отрабатывает ошибку рассогла35 сования в соответствии с заложенным в него законом регулирования (релейравления которого через усилитель

5 поступает на нагреватель 6 °

При этом одновременно с помощью опорного датчика 8 измеряют температуру T„(<) в заданой точке М РПобъекта. Результат этого измерения затем сравнивают с помощью элемента 10 с заданным значением температуры статирования Т в этой точке, снимаемого с опорного задатчика 9, 50

55 и при наличии отклонения температуры Т () от заданного значения Т изменяют (по определенному закону) ранее установленное значение средный, пропорциональный, пропорциональ45 но-интегральный и т.д.), сигнал уп129

3 ней температуры объекта Б (ь) до

ЗОД устранения этого отклонения, В качестве конкретного примера осуществления устройства взят принцип непрерывной (пошаговой) адаптации задающего напряжения У к„(ь) к возмущающим воздействиям. Таким образом, при изменении напряжения. задания U> > () на выходе цифроаналогового преобразователя 26 или при подаче единичного скачка с выхода сумматора 2 система отрабатывает задание по двум контурам регулирования — основного контура регулирования и контура адаптации. Причем основной контур регулирования .с минимальным запаздыванием и с максимальным запаздыванием и с максимальным быстродействием реагирует на все возмущения в РП-объекте,осуществляя грубую регулировку температуры в заданной точке М. Контур адаптации работает в более медленном темпе и осуществляет точную (по/ шаговую) регулировку температуры в точке М. В качестве цели итеративного процесса адаптации, исходя из которой выбирает ся ал горитм изменения

V,",, (), берется цель управления (11 к

E(()=Т ()-Т =ппп, где k=1 2, ... — номер итерации, а

T„(i) — температура в заданной точке

М РП-объекта, в которой необходимо с определенной точностью поддерживать заданное значение Т температуры. Для достижения цели (1) применяется градиентный метод, состоящий в изменении задающего напряжения U (c,) в направлении, противоположном градиенту функции Е""() по кн настраиваемому параметру U А (ь,).

При этом градиентный алгоритм адаптации функции (1} принимает вид к+ к к+1

U () =U»> — p Е (i ), где р > 0 — множитель, характеризую-. щий длину шага алгоритма, выбор которого осуществляется из условия работоспособности систем. .

Контур адаптации работает следующим образом.

Сигнал Т (c ) с выходной переменм ной РП-объекта управления в заданной точке М поступает на второй элемент 10 сравнения, где из него вычи5376

55

f5

50 тается сигнал T>ä„о заданном значении. В зависимости от знака сигнала ошибки Е(c )=Т () -Т на выходах компараторов 12 и 15 устанавливаются логические сигналы "0" или "1" (фиг. 2 д и е), Импульсами с выхода генератора 20 импульсов периодически запускается генератор 16 линейно изменяющегося напряжения и устанавливаются в единичное состояние триггеры 18, 19 (фиг. 2 в и г). Линейно изменяющееся напряжение с выхода генератора 16 и инвертирующего усилителя 17 сравнивается на компараторах

13 и 14 с сигналом ) E(), поступающим с выхода элемента 10 сравнения (фиг. 2 а и б). На выходах триггеров

18 и 19 формируются импульсы, ширина которых пропорциональна сигналу рассогласования Е() и которые saполняются с помощью элементов И 23 и 24 импульсами стабилизированной частоты с выхода генератора 20 импульсов (фиг. 2 ж и з). На реверсивном счетчике 25 получается алгебраическая сумма начальных условий и импульсов, поступающих с выходов элементов И 23 и 24. Таким образом, на выходе цифроаналогового преобразователя 26 периодически с периодом „, ма кс, --i »„+ o работы генератора 16 линейно изменяющегося напряжения формируется напряжение з адания

Б „„„(), равное U " (Ñ)=Б ()-рЕ (c ) (фиг. 2 и), где ь максимальное запаздывание в какой-либо точке РП-объекта относительно управляющего;воздействия, с — постоянная времени объекта. При необходимости приведенный или какой-либо другой алгоритм адаптации может осуществлять микропроцессор, подключенный в контур адаптации.

Предлагаемое устройство позволяет добиться инвариантности точности, быстродействия и запаса устойчивости самонастраивающейся системы от детерминированных и случайных возмущений на .РП-объект в установившемся режиме, Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее датчики температуры, сумматор, последовательно соединенные первый элемент сравнения, блок управления, усилитель и нагре5 12953 ватель, а также задатчик температуры, опорный датчик температуры, опорный задатчик температуры, второй. элемент сравнения, а также блок коррекции содержащий три компаратора, генератор линейно изменяющегося напряжения, инвертирующий усилитель и первый триггер, причем датчики температуры соединены с входами сумматора, выходы задатчика температуры и сумматора подключены к входам первого элемента сравнений, а выходы опорных датчика и задатчика температуры — к входам второго элемента сравнения,выход которого подключен к входу блокакоррекции, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, выходы блока коррекции связаны с управляющими входами задатчика температуры, состоящего из

Последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя, причем счетные входы реверсивного счетчика подключены к входам задатчика.температуры, 25 а выход цифроаналогового преобразователя — к его выходу, установочный вход реверсивного счетчика соединен с установочным входом задатчика, блок коррекции дополнительно содерЖит генератор импульсов, четвертый

Компаратор, второй триггер и четыре

76 6 элемента И, причем один из входов каждого компаратора соединен с входом блока коррекции, другие входы первого и четвертого компараторов соединены с общей шиной, другой вход второго компаратора соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и входом инвертирующего усилителя, к выходу которого подключен другой вход третьего компаратора, выходы первого и второго компараторов соединены с входами первого элемента И, а выходы третьего и четвертого компараторов — с входами второго элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены с одним из входов каждого триггера, выход первого триггера связан с первым входом третьего элемента И, а выход второго тригrepа — с первым входом четвертого элемента И, выход генератора импульсов соединен с управляющим входом генератора линейно изменяющегося напряжения, с другими входами каждого триггера и с вторыми входами третьего и четвертого элементов

И, третьи входы которых связаны соответственно с выходами первого и четвертого компараторов, а выходы третьего и четвертого элементов И соединены с выходами блока коррек ции а

12953? 6

Составитель Г. Крейман

Техред Л.Сердвкова .Корректор H. Муска

Редактор И, Шулла

Заказ 617/54 Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие r, Ужгород, ул. Проектная„ 4