Система управления процессом нагрева с использованием моделирующего устройства

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскнк Соцнаннстнческнх Распубпнк(22) Заявлено 301179 (21) 2845792/18-24 с прнсоериненмем заявки Нов(23) Приоритет -С 05 В 17/00 6 05 0 23/20 ГосударственныЯ комитет СССР но делам нзобретеннЯ и открытиЯ(72) Авторы изобретения Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева(71) Заявитель 5 Ф) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАГРЕВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВАИзобретение относится к машино-строению и металлургии, может быть использовано при термообработке деталей, плавке, нагреве перед пластической деформацией и т.д.По основному аат.св. 9760029 известна система управления процессом нагрева, содержащая устройство для решения уравнений теплопроводности, выход которого подключен ко входу блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к,выходу блока задания эталонного напряжения, выход регулятора мощности соединен со входом обьекта управления, выход датчика температуры 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 коммутатора подключены ко второму входу сумматора, выходй интеграторов соединены с одними входами модулирующего устройства для решения уравнений теплопроводности, и синхронизатор, а также блок задания переменных параметров и блок эадания нелинейности, выход которогоподключен ко входу регулятора мощности, вход блока задания нелинейности соединен с выходом блока сравнения,выходы блока задания переменныхпараметров подключены с другими входами моделирующего устройства длярешения уравнений теплопроводйости,вход датчика температуры соединен с 10 выходом релейного коммутатора, входкоторого подключен ко входу синхронизатора 113.Цель изобретения - расширение области применения и повышение точности 15 нагрева заготовок мощностью переменнойвеличины.Указанная цель достигается тем,что в систему управления процессом нагрева с использованием модели рующего устройства введены блокианалоговой памяти и последовательносоединенные датчик мощности, нормирующий преобразователь и управляемыйисточник напряжения, выход которого 25 через соответствующие замыкающие контакты третьей группы подключен ковходам соответствующих блоков аналоговой памяти, выходами присоединенных ко входам блока задания перемен- ЗО ных параметров, а вход датчика мощ 868708ности подключен к соответствующему выходу регулятора мощности.На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.Система управления процессом нагрева включает объект 1 управления, представляющий собой нагреватель с ,нагреваемым телом, блок 2 задания нелинейности, регулятор 3 мощности, датчик 4 температуры, сумматор 5; интеграторы 6-8,релейный коммутатор 9, первую и вторую группы замыкающих .контактов 10-12 релейного коммутатора. Датчик 4 температуры вместе с интеграторами 6-8, релейным коммутатором 9 и синхронизатором 13 составляют идентификатор 14, присоединенный к граничным узлам моделирующего устройства 15 для решения уравнений теплопроводности, представляющего собой сеточный интегратор, узлы которого подключены ко входублока 16 выделения модуля.В систему также входят блок 17 сравнения, блок 18 задания эталонного напряжения и блок 19 задания переменных параметров. Блок 19 содержит набор реэистивных цепочек. Количество резисторов в каждой цепочке может достигать величины, равной количеству узлов в соответствующем временном слое модели, причем с одной стороны каждый резистор подключен к определенному узлу сеточного интегратора, а с другой стороны они объединены и подключаются через блоки 2022 аналоговой памяти и через третьюгруппу замыкающих контактов 23-25, управляемых коммутатором 9, к управляемому источнику 26 напряжения,соединенному через нормирующий преобразователь 27 и датчик 28 мощности с выходом регулятора мощности. Объект управления может быть снабжен системой 29 стабилизации температуры поверхности нагреваемой заготовки, автоматически или с помощью оператора воздействующей на непрерывный вход регулятора 3 мощности при достижении сигнала на ее входе от датчика 4 температуры заданного уставкой Е уровня стабилизации.Система работает следующим образом.С поступлением нагреваемого тела в нагреватель срабатывает синхронизатор 13, и коммутатор 9 своим контактом 10 присоединяет датчик 4 температуры к первому временному слою моделирующего устройства 15 через астатическую систему стабилизации, состоящую из интегратора 6, охваченного отрицательной обратной связью. Система уравновешивает напряжение на границе первого временного слоя и напряжение датчика 4, пропорциональное температуре поверхности т ла на первом участке дискретизации временной переменной. Одновременно автоматически выставляются начальные условия, соответствующие данному процессу, а также контактом 23 присоединяется к управляемому источнику напряжения первая цепочка резисторов 30лЗОблока 19 задания переменных параметров. Ток по резисторам 30 моделирует тепловые источники (стоки ).При нагреве с поверхности конвекционный, радиационный нагрев) резисторы 30 присоединены к граничнымузлам моделирующего устройства.В случае нагрева тела внутреннимитеплоисточниками (например, индукционный нагрев) резисторы 0 присоединены также и к внутренним узлам 15 моделирующего устройства. Напряжениеуправляемого исто ника 26, а значити ток резисторов 30, моделирующийтеплоисточники стоки, пропорционален коэффициенту мощности нормирующего преобразователя 27 на выходерегулятора 3, подверженной воздействию неконтролируемых возмущений Ии целенаправленных изменений с помощью систеьы 29 стабилизации.При истечении времени, соответствующего шагу дискретизации, коммутатор 9 размыкает входную цепь и обратную связь первого интегратора 6, накотором запоминается уравновешенноенапряжение, и замыкает цепь второгоинтегратора 7, соответственно замыкается контакт 24, и вторая резисторная цепочка подключается к управляемому источнику 26 напряжения. Одновременно с этим происходит размыкаЗ 5 ние контакта 23 с отключением первойреэистивной цепочки и запоминаниемблоком 20 аналоговой памяти значениявыходного сигнала управляемого источника напряжения в этот момент време 4 я ниТаким образом, осуществляетсяидентификация процесса по граничнымусловиям и по переменному уровнюмощности нагрева; изменения температуры поверхности нагреваемого телаи мощности нагрева благодаря действиюидентификатора 14 и блока 19 задания переменных параметров отражаютсяна состоянии моделирующего устройПоиск и реализация оптимальногодзухинтервального алгоритма управления нагревом в условиях ограниченияна допустимую температуру поверхностинагреваемой заготовки осуществляетсяследующим образом. Первый интервалсостоит в поддержании максимальновозможной величины мощности нагреваи автоматическом отслеживании на модели величины этой мощности. При до"стижении температурой поверхности заготовки заданного уставкойуровня срабатывает система 29 стабилизации температуры снижает уровень мощности, поддерживая температуру поверхности заготовки равной заданной. Пропорционально выходному сигналу регулятора 3 мощности изменяется сигнал на выходе источника 26 регулируемого напряжения, чем отражаются на модели реальные изменения мощности, подводимой к объекту управления.Одновременно с этим ведется поиск оптимального момента переключения. Блок 16, представляющий собой диодную матрицу, выделяет максимальное по модулю напряжение с узлов сеточного интегратора. Это напряжение сравнивается на блоке 17 сравнения - балансном усилителе - с эталонным напряжением блока 18.Если критерием оптимальности служит так называемый минимальный критерий, который требует выбора такого управляющего воздействия, которое в момент окончания процесса нагрева обеспечивает минимально возможное отклонение температуры от заданной во всех точках дискретизации сечения заготовки, то управление в этом случае обеспечивает также и максимально возможную производительность установки.Блок 16 выделения модуля в этом случае подключается к узлам интегратора, соответствующим времени окончания процесса. При этом блок 16 совместно с блоком 17 сравнения и блоком 18 задания эталонного напряжения Формирует экстремальную характеристику, имеющую глобальный экстремум в точке минимума критерия оптимальности. Характеристика Формируется на основе температурного поля во всем временном дйапазоне, включая прогнозируемые моменты Времени.Таким образом, если какой-то И-ый временной слой сеточного интег" ратора соответствует оптимальному моменту переключения, то при достижении этого момента в процессе на" грева оказывается зашунтированным И-нй контакт блока 19 задания переменных параметров, а блок 16 выделя"ет с последнего временного слоя модели максимальный потенциал, равныйэталонному напряжению, что приводитк переключению блока 2 в резУльтатепоявления нулевого потенциала на выходе блока 17 сравнения, а это, всвою очередь, приводит к отключениюмощности, подводимой к нагревателю.Применение предлагаемой систеьыуправления процессом нагрева позволяет повысить точность и качествонагрева за счет сохранения правильного температурного режима при наличии помех и ограничений, накладывае мых на температуру поверхности нагреваемого тела.Формула изобретения20Система управления процессом-нагрева с использованием моделирующегоустройства по авт.св. Р 76002-9, о тл и ч а ю щ а я с-я- тем; что, с це".лью расширения-областиприменениясистемы, она содержит блоки аналоговсй памяти и последовательно соединенные датчик мощности, нсрмирующийпреобразователь и управляемый источник напряжения, выход которого черезсоответствующие замыкающие контактытретьей группы подключен ко входам-оответствующих блоков аналоговойпамяти, выходами присоединенных ковходам блока задания переменных параметров, а вход датчика мощностиподключен к соответствующему выходурегулятора мощности.Источники инФормации,40 принятые во внимание три экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 760029, кл. 6 05 В 17/00,6 05 0 23/291978 (прототип) .