Система управления процессом нагрева с использованием моделирующего устройства

ОПИСАНИИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(Я)М. Кл.0 05 В 17/00 О 05 0 23/20 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Н.В.Дилигенский, Э.Я,Рапопорт, Ю.П.Камаев, М.Ю.Лившиц и Ю.Н.Бойков Куйбиаеэский политехнический институт имени В,В, Куйбышева(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАГРЕВА.С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИРУЮЩЕГОУСТРОЙСТВА 1Изобретение относится к областимашиностроения и металлургии и может быть использовано при термооб,"работке деталей, при плавке, принагреве перед пластической деформа"цией и т.д,Известно устройство для решениясопряженных задач, содержащее ЙС -сетку, функциональный преобразовательи блок задания граничных условий (1) .Наиболее близким техническим решением к изобретению является система управления процессом нагрева,содержащая моделирующее устройстводля решения уравнений теплопроводности, один выход которого подключен к выходу оптимизатора, блок выделения модуля, блок задания эталонного напряжения, выход которогосоединен с первым входом блока срав".нения 2.Скорость решения уравнения в известных устройствах ограничиваетсяпостоянной времени интегратора, повтому оптимальное управление, найденное методом поиска, заключающегося в многократном решении уравнЕния теплопроводности с различнымиуправляющими воздействиями, возможно испольэовать в целях упраэления 2нагревом только в следующем техно= логическом цикле,"причем только тогда, когда вариацйями параметров объекта управления, вызывающими вариации управляющего воздействия, на протяжении одного цикла можно пренебречь; Кроме того, наличие неконтролируемых возмущений, стохастически воздействующих на объект, требует непрерывной идентификации объекта н коррекции с одной целью параметров интегратора, что в известных устройствах не предусмотрено.Целью изобретения является повышение точности эа счет учета воздействия неконтролируейис помех.указанная цель достигается тем, что в систему введены регулятор мощности, элемент задержки, релейный коммутатор, синхронизатор, сумматор, интегратсры и датчик температуры, выход которого подключен к первому входу сумматора, выходы которого через первую группу замыкающих контактов релейного коммутатора соединены со входами соответствующих интеграторов, выходы которых через вторую. группу замыкающих контактов релейного ковееутатора подключены ко второму входу сумматора, выходы-интегратора "соедийены с другимивходами моделирующего устройствадйя решеййяуравнений теплопровод "ностй, выход которого подключенко второму входу блока сравнения,выход которого соединен со входомоптимизатора, выход которого черезцепочку из последовательно соединенных элемента задержки и регулятора мощностй подключен ко входуобъекта управЛения, выход которогоподключен ко входам датчика температуры и сйнхронизатора соответственно.выход синхронизатора соединен совходом релейного коммутатора.Блок-схема устройства нредставле-На на чертеже. Устройство содержитобъект управлений 1, представляющийсобой нагреватель с нагреваеьещтелом,"оптймйэатор 2; элемейт "за-держки 3, регулятор мощности 4," дат"чик температуры 5, который контролирует температуру поверхности нагреваемого тела, интеграторы б 7.релейный коммутатор 9, первую груп"пу"замыкающих контактов релейного.коммутатора 10"12, вторую группузамыкающих контактов релейного коммутатора 10 ф.датчик температуры 5 вместе с интеграторами б, 7, 8 релейным коммутатором 9 и синхронизатором 13.составляют идентификатор 14, присоединенный к граничным узлам моделирующего устройства 15 для решенияуравнений теплопроводности, пред"ставляющего собой сеточный йнтегратор, узлы которого подключены ковходу блока 16 выделения модуля.Блок 17 эталонного напряжения"подключей к первому входу блока сравнения 18, Первый вход суМматора19 подключен: к выходу датчики тем-пературы 5.Устройство работает следующимобразом.С поступленйем нагреваемого тела в нагреватель срабатывает синхронизатор 13 и коммутатор 9 своимконтактом 10"присббдйияет Датчйктемпературы 5 к"первомуГремейноМУслою. сеточного интегратора 15 через астатическую систему стабилизаций, состоящую иэ йнтегратора б,охваченного обратной отрицательнойсвязью. Система Уравновешиваетнапряжение иа "границе"пернбго временного слоя сеточного интеграто-.ра:.и напряжение датчика температуры 5, пропорциональное температуреповерхности тела "на первом участкедискретизации временной переменной.Одновременно Выставляются начальные условия, соответствующие данно"му процессу. Поистечении врейеии,соответствующеошагу дискретизации,релейный"кое 4 утатор 9 ра 4 Ьейает"входную цепь и обратную связь первогоинтегратора б, иа котором.эайойи"йается уравновешенное напряжение иГзамыкает цепь второго интегратора 2,процесс повторяется для следующеговременного слоя,Таким образом осуществляетсяидентификация процесса по граничным5 условиям.Если в процессе нагрева на объектвоздействуют помехи, изменяющие температуру его поверхности, то благодаря действию идентификатора, эти10 изменения отразятся на состоянии сеточйого интегратора.Оптимальное по большинству критериевуправляющее воздействие представляет собой комбинацию импульсов15 максимальной мощности нагревателя,. чередующихся с периодами отключенйянагревателя, Поэтому поиск оптимального управленйя заключается в поиске моментов переключения мощности.Блок 16 выделения модуля, представляющий собой диодную матрицу, выделяет максимальное модулю напряжение" "с узлбв Сеточного иитеграторй 15,Это напряженке сравнивается на бло 25ке сравнения 18 - балансном Усилите 5 ле с эталонным напряжением с блока17 задания эталонного напряжения.Еслй критерием оптимальностислужит"так называемый минимаксныйкритерий,"который требует выбора30 такого управляющего воздействия,которое в моментокончания процесса нагрева обеспечит;минимальновозможное отклонение температурот заданной во всех точках дискретизаций сечения заготовки, то управление в этом случае обеспечиттакже и максимально возМожную производительность установки.Диодная матрица - блок 16 выделе 40 ния модуля, в этом случае подключается к узлам интегратора, соответст.вующим времени окончания процесса.Влок 16 выделения модуля совместнос блоком сравнения 18 и блоком 17задания эталонного напряжения формируют в этом случае экстремальнуюхарактерйстику, имеющую глобальный"экстремум в точке минимума критерия оптимальности, Принципиальным5 О является то, чтохарактеристика формируетсяна основе температурногополя вовсей временном диапазоне,включая прогноэируемые моменты вре- менна В сйлу безинерцяонности сеточного интегратора 15, оптимизатор 2, отыскивает оптимальное управление (моменты переключения значительно раньше чем наступает время переключать управление на объекте и через элемент задержки 3, это управлениереализуетсяна объекте. Непрерывнаяработа идентификатора 14 обуславли" вает сохранение оптимальности управления при наличии неконтролируемыхпомех,Составитель и,дубининаРедактор С.Равна Уехред ,М. Петко Корректор М. Вигула аказ 4073/43 Тираж 1014. ПодписноеЦНИИПИ ГосударственноГо комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-ЗБ, Раущская наб;д.4/5 илиал ППП фПатент 1, г.ужгород, ул.Проектная 5Применение устройства для управления процессом нагрева заготовок перед штамповкой позволит увеличить стойкость штампов за счет сохранения правильного температурного режима штамповки при наличии помех и увеличить производительность труда. Формула изобретенияСистема управления процессом нагрева с использованием иоделируюцего устройства, содержащая моделирующее устройство для решения уравнений теплопроводностн, один выход которого подключен к выходу оптимизатора, блок выделения модуля; блок задания эталонного напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что с целью повышения точнос- ти за счет учета воздействия неконтролируемых помех, в нее введены- регулятор мощности, элемент задержки, релейный коммутатор, синхронизатор, сумматор, интеграторы и дат чик температуры, выход кбторого подкйочен к первому входу сумматора,673984 6выходы которого через первую группу замыкающих контактов релейногокоммутатора соединены.со входамисоответствуюйрх интеграторов, выходы которых через вторую. группуэаьжкающих контактов релейного5 коммутатора подключены ко второмувходу сумматора, выходы интеграторов соединены с другими входамимоделирующегоустройства для решения ураэкений теплопроводности,вы ход которого подключен ко второмувходублока сравнения, выход которого соединен со входом оптимизатора,выход котороо через цепочку из последовательно соединенных элементазадержки"и регулятора мощности подключен ко входу объекта управления,выход которого подключен ко входамдатчика температуры Й синхронизаторасоответственно, выход синхронизатора соединен со входом релейногокоьиутатора.Источники ннФормацин, принятыево внимание при экспертизе1 Авторское свидетельство СССРВ 394810, О 06 О 7/46, 3.971.2, Авторское свидетельство СССРВ 147030, 6 06 О 7/46, 1960