Программный регулятор температуры

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22),Заявлено 231178 (21) 2687518/18-24с присоединением заявки Мо(23) ПриоритетОпубликовано 150181, Бюллетень йо 2Дата опубликования описания 1801,81 Р 1 М Клз 6 05 0 23/19 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий(71) 3 аяв итель Ордена Трудового Красного Знамени институт физики полупроводников АН Литовской ССР(54) ПРОГРАММНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к регулиро ванию и управлению температуры, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры.Известны прецизионные регуляторы температуры с программным заданием температуры, содержащие задающее устройство, дачик температуры (измеритель), регулирующее устройство для осуществления пропорционально- интегрально-дифференциального (ПИД) закона регулирования 1.В таких регуляторах температуры при выводе температуры на задаваемый уровень имеет место перерегулирование, возникающее из-за специфики работы ПИД-регулятора.Наиболее близким к предлагаемому является регулятор температуры РПТ-ЗМ, содержащий задатчик и датчик для преобразования контролируемого параметра (температуры) в электрический сигнал, выходы которых подключены к элементу сравнения, выполненному на усилителе, который подключен своим выходом ко входам линейного усилителя, дифференциатора и интегратора, которые своими выхоцами подключены к входам сумматора. Выход сумматора подключен ко входуисполнительного органа 2).Недостатком этого регулятора температуры является наличие перерегулирования при выводе температуры назадаваемое программой значение. Этосвязано со спецификой работы ПИД-регулятора, которая заключается в слецующем. Линейный участок работы регулятора иэ-эа необходимости большого коэффициента усиления в элементесравнения составляет только несколькопроцентов (около 2-3 для РТП-ЗМ)от всего рабочего диапазона регулято ра, поэтому при больших разностях задаваемой и действительной температурэлемент сравнения выходит в режимограничения, ПИД-регулятор перестаетработать пропорцйонально и должен 20 быть отключен. В известных программных регуляторах температуры выводтемпературы на заданное значение выполняется вручную с применением специальных схемных решений для "безу дарного" переключения на автомати-ческое регулирование. Нормальная работа ПИД-регулятора возможна толькона программах с участками конечнойнебольшой крутизны, пока при отработке программы регулятор не выходит изсвоего линейного участка. Невозможно автоматически выйти на заданную температуру без перерегулирования при отработке задаваемых программой резких больших изменений значения температуры.5Цель изобретения - повышение точности регулятора.Цель достигается тем, что регулятор температуры, содержит первый ключ и последовательно соединенные компаратор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - со входом сумматора, причем выход элемента сравнения подключен ко входу компаратора и первому входу первого ключа, вторым входомсвязанного с выходом компаратора, а выходом - со входом интегратора.На чертеже представлена блок-схема одного из возможных вариантов программного регулятора температуры. ЩРегулятор температуры содержит программный .задатчик температуры 1, датчик температуры 2 для преобразования контролируемого параметра (температуры) в электрический сигнал, элемент сравнения 3, линейный усилитель 4, дифференциатор 5, компаратор 6, первый ключ 7 и второй ключ 8, интегратор 9, сумматор 10, исполнительный орган 11 и схему установки интегратора в исходное состояние 12.Регулятор температуры работает следующим образом.При включении регулятора для отработки заданной программы на вход Х схемы установки в исходное состояние 12 интегратора 9 подается. сигнал пус- ь ка программы, устанавливающий интегратор 9 в исходное состояние, соответствующее установившемуся состоянию интегратора 9 при начальной тем пературе объекта регулирования (например, состояние, соответствующее "нулевой" начальной температуре). Этим искусственно для интегратора 9 создается предыстория приводящая 45 к тому, что. начальный скачок программы с исходной температуры на заданную приравнивается очередному скачку в пределах программы, В процессе ра- . зогрева управляемого объекта и приближения к задаваемой программой температуре элемент сравнения 3, выполненный на усилителе, работает сначала в режиме ограничения, так как участок его линейной работы иэ-за необходимости большого усиления состав- Ю ляет всего несколько процентов от всего (максимального) рабочего температурного диапазона регулятора. Таким образом, хотя разница сигналов с задатчика 1 и с датчика 2 и меняет- що ся (в сторону уменьшения), выходной сигнал элемента сравнения 3 неизменен и равен максимальному (положительному или отрицательному) выходному напряжению, передаваемому через у 5 линейный усилитель 4 и сумматор 10на исполнительный орган 11, обеспечивая тем самым подачу максимальноймощности на объект регулирования.Дифференциатор 5 не функционирует,так как сигнал на его входе не меняется. Компаратор б выдает управляющий.сигнал, запирающий оба ключа 7 и 8, следовательно, интегратор 9 отключен и остается в исходном состоянии, Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью. Когдаразница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 уменьшается настолько, что элемент сравнения 3 выходит из ограничения, начиная работать в линейномрежиме усиления, и его выходной сигнал начинает пропорционально уменьшаться (по абсолютному значению) срабатывает компаратор 6. С выхода компаратора 6 на управляющие входы ключей 7 и 8 подается сигнал, открывающий эти ключи. Через ключ 7 вход интегратора 9 подключается к выходу элемента сравнения 3. Через ключ 8 выход интегратора 9 подключается ковходу сумматора 10, Таким образом интегратор 9 включается в работу ПИД- регулятора. Дифференциатор 5 тоже начинает функционировать, так как выходной сигнал элемента сравнения 3 начал меняться. Вся работа ПИД-регулятора начинается вблизи заданной температуры, когда элемент сравнения 3 выходит из ограничения и срабатывает компаратор 6, выставленный науровень (по абсолютному значению) несколько ниже максимального выходного напряжения элемента сравнения 3,Так как начальная установка интегратора 9 в исходное состояние соответствует низкой начальной температуре (условно "нулевой"), то интегратор 9выдает со своего выхода сигнал, который уменьшает мощность, подаваемуюна объект регулирования. Такое жетормозящее действие оказывает и дифференциатор 5, Выходной сигнал сумматора 10 через исполнительный орган11 значительно ограничивает мощность, подаваемую на объект регулирования. Этим сильно тормозится скорость нарастания температуры при подходе к заданному значению температуры. Поэтому выход на режим - на заданную температуру - происходит без пере- регулирования, асимптотически "снизу". В процессе дальнейшей работы ПИД-регулятор функционирует как обычно, обеспечивая нужную точность регулирования температуры объекта. ПИД-регулятор работает таким образом, пока в программе нет резких изменений величины задаваемой температуры. При этом элемент. сравнения 3 не выходит из своего линейного режима, и компаратор 6 своим выходным сигналом удерживает ключи 7 и 8 открытыми. Если в программе, в процессе ее отработки, имеется резкое изменение зацаваемого значения температуры, например, в сторону уменьшения (для перехода на поддержание более низкой температуры), приводящее к переходу элемента сравнения 3 в ограничение, компаратор 6 срабатывает и выдает сигнал, запирающий ключи 7 и 8. Интегратор 9 отключается своим входом от выхода элемента сравнения 3 и своим выходом - от входа сумматора 10. Так как на выходе элемента сравнения 3 имеется опять максимальный (отрицательный или положительный) неизменный сигнал, дифференциатор 5 тоже перестает фуйкционировать. На вход сумматора 10 поступает толъко выходной сигнал линейного усилителя 4, Это приводит к тому, что на объект регу-, лирования прекращается подача мощности. Происходит пассивное остывание регулируемого объекта. В процессе остывания, когда элемент сравнения 3 выходит из ограничения, работа регулятора температуры опять становится аналогичной описанной. Срабатывает компаратор 6, подавая со свое" го выхода сигнал, открывающий ключи 7 и 8. В результате интегратор 9 подключается ключами 7 и 8 к контуру ПИД-регулятора, Начинает функцио- нировать дифференциатор 5. Так как интегратор 9 сохранил свое состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и выходной сигнал дифференциатора 5, подаваемые на сумматор 10, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры (остывания) в регулируемом объЪкте путем подачи в него некоторой мощности для подогрева. ПИД-регулятор начинает функционировать и.асимптотически "сверху" выводит температуру на заданный уровень без перерегулирования.Использование такого программного регулятора температуры позволяет повысить качество автоматической обработки задаваемых температурных про 15 г 1 умм путем устранения перерегулиро. вания на резких скачках программы, Это позволяет улучшить воспроизводимость параметров и улучшить качество получаемых образцов, полнее автоматизировать технологический процесс термической обработки материалов. Такой регулятор позволит автоматичес ки, без ручного вывода на заданную температуру, и по более сложным программам обрабатывать вещества, температура плавления которых близка к критической температуре, при которой происходит разложение или даже взрыв данного вещества.Ъ Формула изобретения Программный регулятор температуры,содержащий задатчик и датчик темпера 2 О туры, выходы которых подключены ковходу элемента сравнения, выход которого связан со входами линейногоусилителя и дифференциатора, выходами подключенных ко входам сумматора,выход которого соединен со входомисполнительного органа, а также интегратор, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностирегулятора, он содержит первый ключи последовательно соединенные компаЗО ратор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - со входом сумматора,причем выход элемента сравнения подключен ко входу компаратора и перво 35 му входу первого ключа, вторым входомсвязанного с выходом компаратора, авыходом - со входом интегратора,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе40 1. Певзнер В.В. Прецизионные регуляторы теМпературы, М., "Энергия",1973, с, 176-187.2. Регулятор температуры программный РТП-ЗМ. Техническое описание.796810 Составитель ССтреТехред Т. Маточка ийКорре Вол Муска едакт каз 97"Патент, г тираж 949ВНИИПИ Государпо делам иэ3035, Москва, й Подписноевенного Комитета СССРретений и открытий5, Раушская наб., д. 4/5 город, ул. Проектная, 4