Устройство с переменной структурой для регулирования температуры воздуха в теплице

(19) (11 С 9/26 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и- оОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫВОЗДУХА В ТЕПЛИЦЕ(57) Изобретение относится к сельскому хозяйству. Цель изобретения - повьппение качества регулирования температуры и экономия тепловой энергиина обогрев. Устройство содержит измерительный преобразователь 1 и задатчик 2 температуры воздуха в теплице,блок 3 сравнения, блок 4 дифференцирования. Регулирующие блоки выполненырелейными 5 и пропорционально-интегральными 6. Устройство включает блок7 выбора структуры и переключатель 8изменения структуры. Переключатель8 изменения структуры подключает квходу исполнительного механизма 9выходы релейного 5 или гропорционально-интегрального 6 регулирующих блоков в зависимости от отклонения искорости изменениярегулируемой велчины. Устройство обеспечивает необхдимую точность регулирования в статическом режиме и высокое быстродействие при возникновении сильного неравновесия. Когда значение температуры воздуха превышает заданное значение больше допустимого, устройствообеспечивает быстротечный возврат.2 ил13082Изобретение относится к сельскомухозяйству, в частности к системамавтоматического управления устройствами обогрева воздуха теплиц, и может быть использовано в системах автоматического управления устройствами обогрева почвы теплиц,Цель изобретения - повьшение качества регулирования температуры иэкономия тепловой энергии на обогрев. 10На Фиг. 1 показана блок-схема устройства; на Фиг. 2 - Фазовые траектории системы автоматического регупирования с предлагаемым устройством наФазовой плоскости. 15Устройство с переменной структурой для регулирования температурывоздуха в теплице содержит измерительный преобразователь 1 и задатчик2 температуры воздуха в теплице, блок 2 О3 сравнения, блок 4 дифференцирования, релейный 5 и пропорциональноинтегральный (ПИ) 6 регулирующие блоки, блок 7 выбора структуры, а такжепереключатель 8 изменения структуры,выход которого подключен к исполнительному механизму 9, причем информационные входы переключателя 8 изменения структуры подключены к выходам релейного 5 и ПИ 6 регулирующих .блоков, а управляющий вход подключенк выходу блока 7 выбора структуры,при этом входы релейного регулирующего блока 5 подключены к выходам блоков сравнения 3 и дифференцировав 35ния 4. Вход ПИ регулирующего блока 6подключен к выходу блока 3 сравнения,входы блока 7 выбора структуры подключены к выходам релейного регулирующего блока 5 и блока 4 дифферен Оцирования, .вход блока 3 сравненияподключен к выходам измерительногопреобразователя 1 и задатчика 2 температуры воздуха в теплице, а входблока 4 дифференцирования подключен 45к выходу измерительного преобразователя 1 температуры воздуха,Устройство работает следующим образом. гОЗаданное задатчиком 2 значение требуемой температуры воздуха сравнивается в блоке 3 сравнения с действительным значением температуры возду(ха в теплице, измеренным измерительным преобразователем 1. Выходной сигнал блока 3 сравнения пропорциональный отклонению регулируемой величины (разности между заданным и действительным значениями температуры воздуха в теплице), подается на входырелейного 5 и ПИ б регулирующих блоков. Выходной сигнал блока 4 дифференцирования, пропорциональный скорости изменения регулируемой величины (температуры воздуха в теплице),подается на входы релейного регулирующего блока 5 и блока 7 выбораструктуры. ПИ регулирующий блок 6вырабатывает управляющее воздействие по отклонению регулируемой вепичины соответственно заложенному в него закону регулирования,Релейный регулирующий блок 5 вырабатывает управляющее воздействие ззависимости от следующих условий:если разность между значением отклонения регулируемой величины и значением скорости изменения регулируемойвеличины, умноженным на постоянну 1 овеличину (устанавливаемую в зависимости от значения, имеющегося в объекте регулирования транспортногозапаздывания; при отсутствии запаздывания. эта величина равна нулю) м ныне заранее заданного отрицательно.означения, то выходной сигнал релейного регулирующего блока 5 равенминимальному значению управляющеговоздействия, в противном случае выходной сигнал релейного регулируюцегоблока 5 равен максимальному значениюуправляющего воздействия. Когда выходной сигнал релейног(эрегулирующего блока 5 равен максимальному значениэо угравляющего воз -действия, а скорость изменения регулируемой величины больше заранее заданного отрицательного значения, выходной сигнал блока 7 выбора структуры имеет положительную полярность,при которой переключатель 8 изменения структуры подключает к входу исполнительного механизма 9 выход ПИрегулирующего блока 6, т.е. положе -ние исполнительного механизма 9 определяется управляоцим воздействием,выработанным ПИ регулирующим блоком 6,Если выходной сигнал релейного регулирующего блока 5 принимает максимальное значение управляющего воздействия или скорость изменения регулируемой величины становится меньше заданного отрицательного значения, тоблок 7 выбора структуры изменяет полярность своего выходного сигнала с3 13082положительной на отрицательную, всвязи с чем переключатель 8 изменения структуры переключает управлениеисполнительным механизмом 9 от ПИрегулирующего блока на релейный регу 5лирующий блок 5,В качестве фазовых координат(фиг. 2) выбраны отклонение регулируемой величины х, =Т-Т и скоростьизменения регулируемой величины х = Щ2ЙТ/Й, где Т и Т - соответственнозаданное и действительное значениятемпературы воздуха; 1 - время.Линия переключения релейного регулирующего блока 5 изображена на фазовой плоскости прямой АВ, котораяописывается уравнениемх -1 х =х 3угде К - постоянная величина, значение которой определяется исходя из значения временитранспортного запаздыванияобъекта регулирования;х - заданное отрицательное значе,Эние допустимого откЛЬнения 25регулируемой величины.Линия переключения блока выбораструктуры 7 изображена ломанной АСВ,где луч СП описывается уравнением,= а, ЗОх - заданное отрицательное значе,ание скорости изменения регулируемой величины,Линии переключения релейного регулирующего блока 5 и блока 7 выбора З 5структуры разбивают фазовую плоскость на три листа а,б,Ь, Когда изображающая точка, показывающая состояниеСАР с предлагаемым регулирующим устройством, находится в области листа 40а, на исполнительный механизм 9 поступает управляющее воздействие от ПИрегулирующего блока 6, Когда изображающая точка находится в.области листа О управляющее воздействие имеет 45минимальное значение, а в областилиста 6 - максимальное значение,Фазовая траектория 1 (фиг.2) показывает поведение САР при скачкооб разном увеличении задающего значения температуры воздуха, если до этого она находилась в установившемся состоянии, изображенном на фазовой плоскости особой точкой Я . Скачкообраз ное увеличение задающего воздействия вызывает скачкообразное увеличение отклонения регулируемой величины, и изображающая точка мгновенно переме 59 4щается иэ точки Б фазовой плоскости в точку Я которая также находится на листе ц, Так как изображающая точка не выходит из области листа й, то управляющее воздействие на исполнительный механизм 9 формируется по ПИ закону регулирования и дальнейшее движение изображающей точки в случае отсутствия существенных изменений внешних воздействий происходит по траектории 1 (типа "устойчивый фокус"), постепенно приближаясь к особой точке Б . Фазовая траектория 11 (фиг. 2) показывает поведение САР при резком возмущении с большой амплитудой, направленной на увеличение температуры воздуха. В этом случае ПИ регулирующий блок 6 не может быстро компенсировать возмущающее воздействие и изображающая точка, двигаясь по листу а, достигает луча СА в точке Я. В этот момент происходит переключение релейного регулирующего блока 5 и блока 7 выбора структуры, и наисполнительный механизм 9 поступает сигнал, равный минимальному значению управляющего воздействия, однако характер движения изображающей точки сохраняется в течение времени, равного длительности транспортного запаздывания обьекта регулирования. После этого, в результате того, что управляющее воздействие приняло минимальное значение, САР с максимально возможной быстротой приостанавливает увеличение температуры воздуха, а потом начинает понижать ее. Движение изображающей точки полисту Б происходит по траектории типа "узел . В момент достижения изображающей точки луча СВ происходит переключение релейного регулирующего блока 5 и на исполнительный механизм 9 поступает сигнал, равный максимальному значению управляющего воздействия. Через время, равное длительности запаздывания, характер движения,изображающей точки изменяется, так как САР стремится с максимально возможной быстротой приостановить уменьшение температуры воздуха. В момент достижения изображающей точки луча СЭ происходит переключение блока 7 выбора структуры и на исполнительный механизм 9 поступает управляющее воздействие, выработанное ПИ регулирующим блоком 6, Через время, равное13082длительности запаздывания., когда значение х близко к нулю, характер движения изображающей точки изменяется и она по траектории, аналогичной траектории 1, приближается к особой точке БРассматривая также траектории 111 и 1 Ч, начатые,в произвольно выбранных точках Я и Б 4 (куда система может попасть в результате изменения задаю- Ю щего значения или сильных возмущений), можно убедиться, что когда система находится в состоянии сильного неравновесия, блок 7 выбора структуры обеспечивает подключение к ис полнительномумеханизму 9 релейного регулирующего блока 5, который форсирует движение системы в область, близкую к состоянию равновесия. Далее блок 7 выбора структуры обеспечи вает подключение к исполнительному механизму 9 ПИ регулирующего блока б, который осуществляют окончательную стабилизацию температуры воздуха в теплице.25Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает необходимую точность регулирования в статическом режиме, высокое быстродействие при возникновении сильного неравно- ЗО весия, т.е. повышение качества регулирования температуры воздуха в теплице.1(огда значение температуры воздуха превышает заданное значение боль ше,цопустимого, устройство обеспечивает быстротечный возврат что является достаточным условием для повыше 59ния экономии тепловой энергии на обогрев,Ф о р м у л а и э о б р е т е н и яУстройство с переменной структурой для регулирования температурывоздуха в теплице, включающее измерительный преобразователь и эадатчиктемпературы воздуха, блок сравнения,релейный и пропорционально-интегральный регулирующие блоки и переключа.тель изменения структуры, выход которого подключен к исполнительному механизму, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения качестварегулирования температуры и экономиитепловой энергии на обогрев, оноснабжено блоком выбора структуры иблоком дифференцирования, причем информационные входы переключателя изменения структуры подключены к выходам пропорционально-интегрального ирелейного регулирующих блоков, а управляющий вход подключен к входублока выбора структуры,при этом входы релейного регулирующего блокаподключены к выходам блоков сравненияи дифференцирования, а вход пропсрционально-интегрального регулирующего блока подключен к выходу блокасравнения, входы блока выбора структуры подключены к выходам релейногорегулирующего блока и блока дифференцирования, входы блока сравнения подключены к выходам измерительного преобразователя и задатчика температуры:воздуха, а вход блока дифференцирования подключен к выходу измерительногопреобразователя температуры воздуха.