Устройство для регулирования температуры

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскнкСоцналнстнчесннхРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 190181 (21) 3238844/18-24 РМ Кз с присоединением заявки М -6 05 О 23/19 Государственный комнтет СССР по делам изобретений н открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ Изобретение относится к техникеавтоматического управления, а конкретно к системам регулирования температуры.Известны автоматические устройства для регулирования температуры,содержащие, в основном, задатчики,схемы сравнения, регуляторы, испслнительные блоки, цепи обратной. связии корректирующие звенья. В большинстве случаев используются регуляторы с линейным законом регулирования,например пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы 1,Однако использование этих регуляторов для регулирования температурыв установках для тепловых испытанийширокого класса иэделий, отличающихся,массами, объемами, теплофиэическими характеристиками и программамииспытаний, практически неудобно,таккак необходима настройка блока управления при переходе от одного изделия кдругому и проведение испытаний на макетах, отдельно для каждогоизделия, с целью добиться минимальной погрешности испытаний. Кроме того, в устройствах для регулированиятемпературы с использованием ПИД регуляторов при широких диапазонах измерения температуры погрешность регулирования зависит от скорости изменения температуры и от величины температуры на поверхности изделия.Для уменьшения этой зависимости.в устройствах для регулирования температуры вводятся различные корректирующие .цепи. Это частично улучшает качество регулирования, но вместе с тем усложняет систему в целом.Наиболее близким по техническойсущности является устройство для ре гулирования температуры, содержащее 15 последовательно со,диненный усилитель, сумматор, усилитель мощности, исполнительный механизм, масштабный блок и элемент сравнения, выход которого соединен с одним из входов сумматора. В устройстве, с целью повышения точности управления при наличии транспортного запаздывания объекта управления, введены последовательно соединенный коммутатор с переменным порогом срабатывания и блок запаздывания, выход которого соединен с входом интегратора, пер" вый вход коммутатора связан со вхо" дом усилителя, а второй вход соедиЗ 0 нен с одним иэ выходов исполнитель ного механизма, Сущность известно-, устройства заключается н том, что благодаря коммутатору оно работает в двух режимах с постоянными параметрами, причем переход с режима на режим осуществляется в релейном режиме. Таким образом, с точки зрения закона регулирования н первом режиме осуществляется пропорциональное регулирование с постоянными параметрами, а во втором пропорционально- О интегральное регулирование с запаздыванием 2)Введение дополнительных звеньев частично повышает точность управления, но.не устраняет недостатки, присущие интегральным регуляторам при управлении объектов с переменной постоянной времени, например регули" рование температуры при инфракрасном нагреве объектов с переменнымн тепло" 2 О физическими характеристиками или при переменных возмущающих воздействиях изменение оптических свойств передающей среды, оптических свойств поверхности и др. 25 сравнения от входа блока регулирования, то можно писатьТъ эфрфо. фрфор К (1) где Т - истичная температура наЪобъекте;И - передаточная функция регулятора;.И - передаточная Функция объектаОуправления и тракта измерения температуры, причемТ 2где - текущая погрешность регулиТрования;Т - максимальная абсолютнаядоядопустимая погрещность;К - коэффициент пропорциональности (постоянное число) .Учитывая, что ТФ Т, то можно сократить на Т правую и левую части равенства (1). В этом случае получаем соотношениеЦель изобретения - повышение точности и упрощение настройки устройства.ЗОЭта цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и эадатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, к выходу которогозу подключен усилитель, выходом связанный с первым входом сумматора, и последовательно соединенные усилитель, ,диод и эмиттерный повторитель, выхо" дом соединенный с вторым входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный механизм, причем к точке соединения диода и эмиттерного повторителя подключены параллельно соединенные интегрирующий конденсатор и разрядный резистор, другие выводы которых заземлены, введен блок упранления, а разрядный резистор выполнен регулируемым, при этом блок управления включен между выходом элемента сравнения и управляющим 5 О входом регулируемого разрядного резистора, причем блок управления может быть выполнен н ниде усилителя,.Необходимость регулирования постоянной времени блока регулирования 55 в зависимости от изменения величиныпостоянной времени объекта управления в системах регулирования температуры вытекает из теории автоматического управления. бОВ действительности, если представить, рассогласование ЬТэ, как Функцией от Т причем тТ . змацссТ, имысленно, отсоединить выход схемы 65 о(2)Для того, чтобы выполнялось соотношение (2) в условиях, когда временные параметры Хо изменяются в зависимости от внешних условий или при изменении теплофизических характеристик, необходимо менять соответствующим образом параметры Ир.Ирн нагреве Ыо можно свести к сумме передаточных Функций апериоди" ческих звеньев первого порядка. В простейшем случае это имеет вид.Кфоор+1 (3)где К - коэффициент пропорциональности;- постоянная времени объектауправления.Бслименяется в процессе регулирования, необходимо изменять ипостоянную времени Ир, которая в таком случае имеет видр 1 4 (4)Ю =. угде 7 - постоянная времени блокарегулирования;К в . коэффициент пропорциональ 2Кности, причем в= К.квеПо аналогии с электрической цепью,выполнение соотношения (2) означаетсведение к нулю реактивной составляющей сопротивления цепи, т.е. сведение к нулю фазового сднига междутоком и напряжением на активном сопротивлении,На чертеже приведена структурнаясхема устройства для регулированиятемпературы,10 где В КТТтК0 30 формула изобретения Устройство содержит задатчик 1 температуры и датчик 2 температуры, усилители 3 и 4, блок 5 управления, разрядный резистор б, сумматор 7, ис" полнительный механизм 8, объект 9, элемент 10 сравнения, диод 11,конденсатор 12, эмиттерный повторитель (истоковый повторитель) 13.Устройство работает следующим ,образом.Сигналы Т и Т с задатчика 1 температуры и датчика 2 температуры поступают на входы элемента 1.0 сравнения. Далее сигнал рассогласования дТ = Кд(Т " Т) подается одновременно на входы усилителя 3, блока 5 15 управления постоянной времени ВС-цепочки, состоящей из интегрирующего конденсатора 12 и регулируемого разрядного резистора б и на вход цепи, состоящей иэ усилителя 4, диода 11 ;.и эмиттерного повторителя 13, причем к точке соединения диода 11 и ,эмиттерного повторителя подключена ;С-цепочка. Сигнал рассогласования дТ = К(Т 1 - Т) воздействует на 25 объект управления по двум контурам регулиРования: один через цепь, состоящую из усилителя 4, диода 11 КС-цепочки и эмиттерного повторителя 13, другой - через усилитель 3. Известно, что температура Т на поверхности объекта при инфракрасном нагреве однозначно зависит от величи ны падающего теплового потока 0 (который пропорционален току управления на входе исполнитзльного механизма 1 ) при постоянных теплофизических характеристиках объекта и при постоянных оптических характе-ристиках поверхности и передающей среды. Изменение этих внешних усло вий фактически приводит к изменению параметров системы регулирования в целом. Это приводит к изменению постоянной времени объекта управле.ния. В этом случае для того, чтобы 45 восстановить общую передаточную функцию системы, необходимо изменить соответствующие параметры регулятора,т.е. в данном конкретном случае необходимо изменить постоянное время 50 разряда ВС-цепочки. В этом случае быстродействие блока регулирования системы.в целом выше.чем в обычных ПИД-регуляторах, и вследствие этого сокращается длительность переходных 55 процессов. регулирование постоянной времени ВС-.цепочки осуществляется через блок 5 управления и регулируемый разрядный резистор б. Практически, блок 5 60 управления осуществляет зависимость величины текущего значения разрядного резистора б от рассогласования д Т = К(Т - Тз). В случае, когда в качестве блока 5 управления приме няется усилитель, а в качестве упрай-.ляемого резистора б переход биполярного транзистора эта зависимостьпринимает вид: ОГ .90 -,)к: якттто(5) значение разрядного резистора при Т = 0;заряд электрона;начальный потенциал смещения на базе транзистора,который задается внутренними потенциометрами блокауправления 5;постоянная Больцмана)температура перехода;коэффициент пропорциональности Как видно из формулы (5), изменение потенциала смещения дает возд . можность задать любые, начальные значения разрядного резистора б, отно- сительно которого проводится регу-лирование постоянной времени С-це" почки. Это позволяет выбрать оптимальный диапазон регулирования. Кроме того, непрерывное регулирование постоянной времени в зависимости от величины рассогласования позволяет приблизиться в устройстве для регулирования температуры к соотношению (2), а это значит и к наименьшей погрешности,1. Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и,эадатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, к выходу которого подключен усилитель, выходом связанный с первым входом сумматора, и последовательно соединенные усилитель, диод и эмиттерный повто-ритель, выходом соединенный с вторым входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный механизм, причем к точке соединения диода и эмиттерного повторителя подключены параллельно соединенные интегрирующий конденсатор и разрядный резистор, другие выводы которых заземлены, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки устройства, оно сд 3 ержит блок управления, а разрядный резистор выполнен регулируемым, при этом блок управления включен между выходом элемента сравнения и управляющим входом регулируемого разрядного резистора.999029 2. Устройство по п. 1, о т л ичаюцееся тем, чтоблокуправления выполнен в виде усилителя.Источники информацйи, принятые во внимание при экспертизе Составитель Л. Птенцовактор Т. Киселева Техред А.фч Корректор Л БокшаиаУ Филиал ППП.Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 1155/71113 Тираж 872 НИИПИ Государств по делам изобре 5, Москва, Ж,1. Авторское свидетельство СССР9 528551, кл. 8 05 0 23/19, 19732. Авторское свидетельство СССР9 454533, кл. С 05 В 11/00, 1973. Подписнного комитета СССРений и открытийРауюская.наб., д. 4/5