Устройство для регулирования температуры

.8 ет ельство СССР23/30, 1983ьство СССР23/19, 1980,ьства СССР23/19, 1970,ЕГУЛЯРОВАНИЯ атсится к автомадля стабилизаанн точкепараметра змеоитель чика. 2 ип. реверсивного ных по ГОСУДАРСТНЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР Г 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Н АВТОРСКОМУ С(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РТЕМПЕРАТУРЫ(57) Изобретение отнотике и предназначеноции температуры в задобъекта с распределенми Устройство содержиных датчиков, распред ОБРЕТЕНИ объекту и один опорный датчик, установленный в точке, где необходимостабилизировать температуру, с цельповышения точности. Сигналы с идатчиков суммируются и сравниваютсясо значением задатчика, выходнойсигнал которого определяется величиной отклонения температуры в точкеустановки опорного датчика от заданной и регулируется при помощи блокакоррекции, формирующего управляющийсигнал для задатчика. При этом задчик состоит из последовательно соединенных реверсивного счетчика иЦАП, а блок коррекции выполнен ввиде широтно-импульсного модуляторас заполнением импульсов импульснымсигналом генератора опорной частоты, причем выходы блока коррекциисоединены со счетными входами входа129Изобретение относится к автома.тическому регулированию, предназначено для стабилизации температуры взаданной точке теплофизическогообъекта с распределенными параметрами (РП-объекта), содержащего значительные запаздывания в передачеразличных воздействий и подверженного влиянию контролируемых и неконтролируемых возмущений, и можетбыть использовано в термостатах,предназначенных для поддержания температуры с высокой .точностью.Целью изобретения является повышение точности,На фиг, 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - временныедиаграмм его работы,Устройство для регулирования температуры содержит датчики 1 температуры в количестве и штук сумматор2, первый элемент 3 сравнения, блок4 управления, усилитель 5, нагреватель 6, задатчик 7 температуры, опорный датчик 8 температуры, опорныйзадатчик 9 температуры, второй элемент 10 сравнения, блок 11 коррекции, содержащий первый компаратор12, второй компаратор 13, третийкомпаратор 14, четвертый компаратор15, генератор 16 линейно изменяющегося напряжения, инвертирующийусилитель 17, первый триггер 18,второй триггер 19, генератор 20 импульсов 1 первый 21, второй 22, третий 23, четвертый 24 элементы И,задатчик 7 температуры состоит изпоследовательно соединенных реверсивного счетчика 25 и цифроаналогового преобразователя 26, задатчик 7снабжен установочным входом 27Устройство работает следующимобразом. Поскольку объект управления имеет пространственную форму и представляет собой объект с распределенными параметрами, датчики 1-1-1-и температуры рассредоточены по всему пространству термостатируемого объекта, Малая постоянная времени - основное требование, предъявляемое к датчикам 1, поэтому их желательно выполнять на терморезисторах, например, бусинковоготипа, которые при этом обеспечивают и достаточную точность .измерения температуры, Опорный дат" чик 8 температуры устанавливается в заданную точку объекта термостати 5376 2 рования, для которой необходимо под- держивать прецизионное термостатирование в установившемся режиме).В результате приложения возмущающих воздействий к граничным или к внутренним точкам РП-объекта изменяется его температура, Причем температура в точках РП-объекта, куда подается тепловое возмущающее воздействие, начинает изменяться сразу же в момент подачи возмущений, Во всех остальных точках РП-объекта температура изменяется с .некоторым определенным запаздыванием. В ре-, зультате возмущающих воздействий сразу же без запаздывания начинает изменяться средняя температура тела Т (ь). Для оперативной компенсации срвозмущений с помощью датчиков 1 и сумматора 2 измеряют среднее значение температуры ТРП-объекта, которому соответствует напряжениена выходе сумматора 2, т.е. 10 15 20 где и - количество датчиков температуры, подключаемых к соответствующим входам сумматора 2.Результат этого измерения затем сравнивают с помощью элемента 3 с соответствующим значением Бт А, поступающего с задатчика 7, и при наличии отклонения среднего значения Т (:) от заданного изменяют с помощью блоков 4 и 5 мощность нагревателя 6 до устранения этого отклонения, т.е. блок 4 управления отрабатывает ошибку рассогла 35 сования в соответствии с заложеннымв него законом регулирования (релейравления которого через усилитель 5 поступает на нагреватель 6При этом одновременно с помощью опорного датчика 8 измеряют температуру Тщ в заданой точке М РП- объекта. Результат этого измерения затем сравнивают с помощью элемента О с заданным значением температуры статирования Т в этой точке, снимаемого с опорного задатчика 9,50 55 и при наличии отклонения температуры Т от заданного значения Т изменяют (по определенному закону) ранее установленное значение средный, пропорциональный, пропорциональ 45 но-интегральный и т.д.), сигнал уп 1293ней температуры объекта Б (ь) доВОД устранения этого отклонения,В качестве конкретного примера осуществления устройства взят принцип непрерывной (пошаговой) адаптации задающего напряжения Уа (ь) к возмущающим воздействиям, Таким образом, при изменении напряжения задания Пна выходе цифроаналогового преобразователя 26 или при подаче единичного скачка с выхода сумматора 2 система отрабатывает задание по двум контурам регулирования - основного контура регулирования и контура адаптации, Причем основной контур регулирования .с минимальным запаздыванием и с максимальнымзапаздыванием и с максимальным быстродействием реагирует на все возмущения в РП-объекте,осуществляя грубую регулировку температуры в заданной точке М. Контур адаптации работает в более медленном темпе и осуществляет точную (по/ шаговую) регулировку температуры в точке М. В качестве цели итеративного процесса адаптации, исходя из которой выбирается алгоритм изменения Б (ь), берется цель управления(км 1 ксЕ(ь) Т (т) Т ш 1 игде 1=1, 2,- номер итерации, а Т - температура в заданной точке М РП-объекта, в которой необходимо с определенной точностью поддерживать заданное значение Т температуры, Для достижения цели (1) применяется градиентный метод, состоящий в изменении задающего напряжения Б (с) в направлении, противоположном градиенту функции Е " покннастраиваемому параметру Б А (ь,).При этом градиентный алгоритм адаптации функции (1) принимает видк+, к к+1( )=П - рЕ(") где р0 - множитель, характеризующий длину шага алгоритма, выбор которого осуществляется из условия работоспособности систею.Контур адаптации работает следующим образом.Сигнал Тс выходной переменмной РП-объекта управления в заданной точке М поступает на второй элемент 10 сравнения, где из него вычи 5376 25 55 5 10 15 20 30 35 40 45 50 тается сигнал Т о заданном значении, В зависимости от знака сигналаошибки Е(с)=Т-Тна выходах компараторов 12 и 15 устанавливаютсялогические сигналы "0" или "1"(фиг, 2 д и е), Импульсами с выходагенератора 20 импульсов периодическизапускается генератор 16 линейноизменяющегося напряжения и устанавливаются в единичное состояние триггеры 18, 19 (фиг. 2 в и г). Линейноизменяющееся напряжение с выхода генератора 16 и инвертирующего усилителя 17 сравнивается на компараторах13 и 14 с сигналомЕ, поступающим с выхода элемента 10 сравнения(фиг. 2 а и б). На выходах триггеров18 и 19 формируются импульсы, ширина которых пропорциональна сигналурассогласования Е и которые заполняются с помощью элементов И 23 и 24 импульсами стабилизированнойчастоты с выхода генератора 20 импульсов (фиг. 2 ж и з). На реверсивном счетчике 25 получается алгебраическая сумма начальных условий и импульсов, поступающих с выходов элементов И 23 и 24. Таким образом, навыходе цифроаналогового преобразователя 26 периодически с периодом,."- а + о работы генератора 16 линейно изменяющегося напряженияформируется напряжение задания11 зад(") ю равное П ъадЬ) =Пад (,)цЕ(фиг. 2 и) гдемаксимальное запаздывание в какой-либоточке РП-объекта относительно управляющего;воздействия, с - постояннаявремени объекта. При необходимостиприведенный или какой-либо другойалгоритм адаптации может осуществлять микропроцессор, подключенныйв контур адаптации,Предлагаемое устройство позволяет добиться инвариантности точности, быстродействия и запаса устойчивости самонастраивающейся системыот детерминированных и случайныхвозмущений на РП-объект в установившемся режиме,Формула изобретения Устройство для регулирования температуры, содержащее датчики температуры, сумматор, последовательно соединенные первый элемент сравнения, блок управления, усилитель и нагре5 12953 ватель, а также задатчик температуры, опорный датчик температуры, опорный задатчик температуры, второй.элемент сравнения, а также блок коррекции содержащий три компаратора, генератор линейно изменяющегося напряжения, инвертирующий усилитель и первый триггер, причем датчики температуры соединены с входами сумматора, выходы задатчика температуры и сумматора подключены к входам первого элемента сравнений, а выходы опорных датчика и задатчика температуры - к входам второго элемента сравнения,выход которого подключен к входу блокакоррекции, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности, выходы блока коррекции связаны с управляющими входами задатчика температуры, состоящего из20 Последовательно соединенных реверсивного счетчика и цифроаналогового преобразователя, причем счетные входы реверсивного счетчика подключены к входам задатчика.температуры,25 а выход цифроаналогового преобразователя - к его выходу, установочный вход реверсивного счетчика соединен с установочным входом задатчика, блок коррекции дополнительно содераЖит генератор импульсов, четвертый Компаратор, второй триггер и четыре 76 6элемента И, причем один из входов каждого компаратора соединен с входом блока коррекции, другие входы первого и четвертого компараторов соединены с общей шиной, другой вход второго компаратора соединен с выходом генератора линейно изменяющегося напряжения и входом инвертирующего усилителя, к выходу которого подключен другой вход третьего компаратора, выходы первого и второго компараторов соединены с входами первого элемента И, а выходы третьего и четвертого компараторов - с входами второго элемента И, выходы первого и второго элементов И соединены с одним из входов каждого триггера, выход первого триггера связан с первым входом третьего элемента И, а выход второго триггера - с первым входом четвертого элемента И, выход генератора импульсов соединен с управляющим входом генератора линейно изменяющегося напряжения, с другими входами каждого триггера и с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых связаны соответственно с выходами первого и четвертого койпараторов, а выходы третьего и четвертого элементов И соединены с выходами блока коррек ции а1295376 Г Фиг Зака ное Проектная 4 Ужгород, у ияти ское Составител дактор И, Шулла Техред Л.С17/54 Тираж 864 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Р оизводственно-полигра Крейманова .Корректор И. Муска митета СССРкрытийская наб д. 4