Программный регулятор температуры

При включении регулятора разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры, как правило, велика, поэтому элемент 3 сравнения, выполненный на усилителе, работает в режиме ограничения., так как участок его линейной работы из-за необходи,"мости большого коэффициента усиления составляет всего несколько процентов ,от всего (максимального) рабочего температурного диапазона регулятора. Таким образом, хотя разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 уменьшает:ся при приближении температуры элект .ропечи к заданной, выходной сигнал элемента 3 сравнения в начале (когда разница сигналов задатчика 1 и датчика 2 температуры велика) не изменяется и равен максимальному (положи тельному или отрицательному) выходному напряжению, передаваемому через линейный усилитель 6 и сумматор 9 на исполнительный орган 10, обеспечивая тем самым, подачу максимальной мощности на -объект регулирования. Диффе.ренциатор 4 не Функционирует, так как сигнал на его входе не меняется. Напряжение на управляющем входе второго масштабирующего усилителя 8 (который является усилителем постоянного тока с управляемым напряжением коэффициентом усиления и может быть выполнен, например, на умножителе), подающееся с элемента 3 сравнения, максимально, вследствие чего коэффициент его усиления минимален. Поэтому, хотя на вход интегратора 7 подается с элемента 3 сравнения максимальный сигнал, из-за минимальности коэффициента уси 40 ления второго масштабирующего усилителя 8 интегратор 7 оказывается практически отключенным от сумматора 9 и не влияет на работу регулятора. Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью, Когда при приближении температуры электропечи к заданной разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры уменьшается настолько, что элемент 3 сравнения выходит из ограничения и начинает работать в режиме линейного усиления, его выходной сигнал начинает пропорционально уменьшаться (по абсолютному значению). Уменьшение напряжения на подключенном к выходуэлемента 3 сравнения входе второгомасштабирующего усилителя 8 вызываетвозрастание его коэффициента усиления, что приводит к плавному включению интегратора 7 в работу ПИД-регулятора. Дифференциатор 4 тоже начинаетФункционировать, так как выходнойсигнал элемента 3 сравнения началменяться. Вся работа ПИД-регулятораначинается вблизи заданной температуры, когда элемент 3 сравнения выходитиз ограничения и начинает работатьв режиме линейного усиления. Поскольку пока элемент 3 сравнения работал в режиме ограничения, с его выхода на вход интегратора 7 подавался максимальный сигнал, то уменьшение сигнала на выходе элемента 3 сравнения и, как следствие этого, увеличениекоэффициента усиления .второго масштабирующего,усилителя 8 приводит ктому, что на вход сумматора 9 с выхода интегратора 7 через второй масштабирующий усилитель 8 поступает сигнал, который уменьшает мощность, подаваемую на объект регулирования. Этот сигнал плавно увеличивается суменьшением сигнала на выходе элемента 3 сравнения, что не вызывает возникновения колебательного процесса. Такое же тормозящее действие на процесс роста температуры оказывает дифференциатор 4. Выходной сигнал сумматора 9 через исполнительный орган 10 значительно ограничивает мощность, подаваемую на объект регулированияЭтим сильно тормозится скорость нарастания температуры при подходе к заданному значению температу-, ры. Поэтому выход на режим - на заданную температуру - происходит без перерегулирования, асщптотически снизу, В процессе дальнейшей работыПИД-регулятор Функционирует как обычно, обеспечивая нужную точность регу-лирования температуры объекта. При этом точность поддержания температуры объекта предлагаемым программным регулятором температуры выше в более широком интервале температур регулирования из-за работы первого масштабирующего усилителя 5 (который является усилителем постоянного тока суправляемым напряжением коэффициентомусиления и может быть выполнен, например, на умножителе), При температуре динамической настройки ПИД-регулятора Т коэффициент усиления пер" вого масштабирующего усилителя 5 выбран равным единице, поэтому при этойтемпературе он не влияет на работу5 15945 .11 ИД-регулятора и не изменяет точность регулирования температуры. Задание температуры электропечи, отличной от Т, приводит к изменению напряжения на соединенном с датчиком 2 (или задатчиком 1) температуры управляющем входе первого масштабирующего усилителя 5 и пропорциональному изменению его коэффициента усиления, что приводит к пропорциональному изменению поступающего на сумматор 9 сигналадифференциатора 4. Коэффициент пропорциональности выбирают экспериментально для конкретного типа объекта регулирования.Если в программе в процессе ее отработки имеется резкое изменение задаваемого значения температуры, например, в сторону уменьшения (для 20 перехода на поддержание более низкой температуры), то в случае возникновения большой разницы сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры элемент. 3 сравнения опять переходит в 5 режим ограничения и на его выходе появляется максимальный (отрицательный или положительный) неизменный сигналИз-за этого коэффициент усиления второго масштабирующего уси лителя 8 становится минимальным и он значительно ослабляет сигнал с выхода интегратора 7, который поступает на вход сумматора 9. Таким образом, интегратор 7 практически выключается из работы ПИД-регулятора. Дифференциатор 4 тоже перестает функционировать, так как сигнал яа его входе не меняется. На вход сумматора 9 поступает только выходной сигнал линейного усилителя 6. Это приводит к тому, что на объект регулирования прекращается подача мощности и происходит его пассивное остывание. В про- . цессе остывания, когда элемент 3 сравнения выходит из режима ограничения, работа программного регулятора температуры опять становится аналогичной описанной. Коэффициент усиления второго масштабирующего усилите ля 8 возрастает; из-за чего на вход сумматора 9 начинает поступать сигнал с выхода интегратора 7. Начинает функционировать дифференциатор 4, Так как интегратор 7 сохранил свое 00 6состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и выходной сигнал дифференциатора 4, годаваемые на сумматор 9, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры электропечи путем подачи на нее некотороймощности для подогрева. ПИД- регулятор начинает функционировать и асимптотически сверху выводит тем- пературу на заданный уровень без перерегулирования. При этом включение интегратора 7 осуществляется плавно путем постепенного увеличения коэффициента усиления второго масштабирующего усилителя 8, что не вызывает возникновения колебательного процесса. Коэффициент усиления первого масштабирующего усилителя 5 изменяется пропорционально температуре, что приводит к пропорциональному изменению величины сигнала, передаваемого с выхода дифференциатора 4 на вход сумматора 9, и возрастанию точности поддержания, температуры регулятором. Если программное изменение температуры не приводит к переходу элемента 3 сравнения в режим ограничения (небольшое изменение температуры), то предлагаемый программный регулятор температуры работает аналогично обыкновенному ПИД-регулятору.Формула изобретенияПрограммный регулятор температуры, содержащий задатчик и датчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, связанного выходом с входами дифференциатора, интегратора и линейного усилителя, выходом подключенного к входу сумматора, последовательно соединенного с исполнительным органом, о т л и ч а ю щ и й " с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит включенные между выходами дифференциатора и интегратора и соответствующими входами сумматора линейные масштабирующие усилители, управляющие входы которых соединены соответственно в канале дифференциатора с выходом датчика температуры,.в канале интегратора - с выходом элемента сравнения.1594500 Составитель Л.Птенцоваедактор О.Головач Техред Л,Олийнык Коррек еск Заказ 28 изводственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Государственног 113035Тираж 65 б омитета по изобрете осквз, Ж, Раушск Подписноеям и открытиям при ГКНТ .наб., д, 4/5