Термостатирующее устройство

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРесп(ублки(51)М, Кл. С 05 О 23/19 9 кудврспкнкый квинтет СССР во делан кзвбрвтекик и вткрцткй. Дата опубликования описания 17.07.82, );Харьковский ордена Ленина политехнический институт,им.В.И.Ленина(54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Изобретение относится к техникеавтоматического регулирования, аболее конкретно - к системам управления термостатами, предназначеннымидля термостатирования различных радиоэлектронных элементов автоматики, атакже относится к программным и оптимальным по быстродействию устройствам управления объектами с распределенными параметрами при неполном измерении.Известно термостатирующее устройство, содержащее термочувствительныймост, подключенный к блоку управленитт,к выходу которого через последовательно соединенные ключевой элементи усилитель мощности подключен нагреватель, а также содержащее подключенные к выходу ключевого элемента пос"ледовательно соединенные генераторлинейно-возрастающего напряжения ипороговый элемент, выход которогоподключен к одному из плеч термочувствительного моста 11,2Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, а также то, что данное устройство работает только иа подогрев, т.е. работает только в тех условиях, когда температура статирования выше температуры окружающей среды.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост и задатчик температур, подключенные к блоку управления, компаратор, последовательно соединенные генератор монотонно возрастающего напряжения и первый пороговый элемент, последовательно соединеные основные усилитель мощности н исполнительный элемент, а также подключенные к первому выходу блока управления последовательно соединенные блок памяти начальной температуры, дифференциальный усилитель, второй пороговый элемент, смеситель видеоимпульсов и управляю15 29 25 3 .94366 щий триггера, а также коммутатор напряжений с зоной нечувствительности, инвертирующий повторитель и коммутатор напряжений первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мощности, причем второй вход дифференциапьного усилителя связан с выходом задатчика температуры, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастающего напряжения, а выход - со вторым входом второго порогового элемента, выходы управляюще-; го триггера подключены к управляющим входам коммутатора напряжений 2).Недостатком данного устройства является низкая точность управления теплофизическим объектом в переходном режиме при различных ограничениях на градиенты температур в заданных точках управляемого объекта с распределенными. параметрами.Цель изобретения - повышение точ" ности управления теплофизическим объ р ектом в переходном режиме при неполном измерении (ограниченных возможностей измерения) параметров объекта управления.Цель достигается тем, что в термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к входу блока управления, коммутатор напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока управления, аю второй и третий входы - с выходом компаратора, причем первый и второй выходы коммутатора напряжений. подключены к входу последовательно соединенных основных усилителя мощностим и исполнительного элемента, а третии выход - ко входу последовательно соединенных форсажных усилителя мощности и исполнительного элемента, управляющий триггер, прямой выход которого соединен с.первым управляющим входом коммутатора напрядений, а инверсный выход - со вторым и третьим управляющими входами коммутатора напряжений введен программный блок формирования временных интервалов, первый выход которого подключен ко входу компаратора, а второй выход - к первому входу управляющего триггера. 6 4Кроме того, указанная цель достигается тем, что блок формирования временных интервалов содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, линейку двоичнодесятичных счетчиков, блок дешифраторов, а также блок логических элементов И, входы каждого из кото-. рых подключены через коммутационнонаборную панель к соответствующим, выходам блока дешифратора, причем выход одного из элементов блока элемен. тов И является вторым выходом блока Формирования временных интервалов, а выходы остальных элементов блока элементов И годключены к входам логичег.- кого элемента ИЛИ, выходом связанногв со счетным входом триггера, выход которого является первым выходом блок 4 формирования временных интервалов, причем установочные входы линейки двоично-десятичных счетчиков и триггера соединены между собой и являются входом блока.На чертеже представлена Функциональная схема предлагаемого устройства.Термостатирующее устройство содержит термочувствительный мост 1, блок управления 2, коммутатор напряжений 3, основной усилитель можнос" ,ти 4, основной исполнительный элемент 5, блок 6 формирования временных интервалов, компаратор 7, управляющий К 5-триггер 8, форсажный усилитель мощности 9, форсажный исполнительный орган 10. Клеммы, на которые подается установочный сигнал (сброс), обозначены позицией 11. Кроме того, блок 6 Формирования временных интервалов содержит генератор 12 импульсов, стабилизированный кварцем, делитель частоты 13 линейку двоично-десятичных счетчиков импульсов 14, блок из К дешифраторов двоично-десятичного кода в десятичный 15, коммутационно-наборную панель 16, блок К-входовых логических элементов И 17, логический элемент ИЛИ 18, В 5-триггер со счетным входом 19.В таком устройстве в качестве исполнительных элементов могут применяться как всевозможные электрические нагреватели (охладители), так и управляемые реверсивные термобатареи, В предлагаемом устройстве объект термостатирования наблюдается только в одной точке, так как датчик температуры термочувствительного моста ус5 94366 тановлен на входе объекта термостатирования (т.е. возле нагревателя).При работе устройства,в котором вкачестве объекта управления берутнапример, кристалл кварца, который 5помещен в теплопроводную камеру термостата. В качестве исполнительногооргана берут управляемую термобатарею,размещенную на боковой поверхности камеры термостата, рядом с которой (на 1 Овходе объекта) размещен также датчиктемпературы, Особенностью управления,данным объектом и ему подобных является то, что такие объекты не наблюдаемы, т.е. в заданных точках объ- Иекта в каждый данный момент временинельзя измерить температуру, так какустановка датчика температуры внутриобъекта (например, кристалла кварца)приводит к полной или частичной потере работоспособности последнего.При включении питания на блок формирования временных интервалов 6 и на управляющий триггер 8 через входной зажим 11 подается установочный сигнал (сброс), который устанавливает схему в исходное положение. Послеэтого коммутатор напряжений 3 под действием управления с триггера 8подключает выход компаратора 7 ко входам основного 4 и форсажного 9 усилителей мощности, а выход блокауправления 2 при этом отключается от входа основного усилителя мощности 4.В начальный момент времени на35 вход компаратора 7 с выхода блока формирования временных интервалов 6 поступает напряжение определенного уровня, которое устанавливает компаратор 7 в заданное начальное состояние. Таким образом, компаратор 7 переводит основной 4 и форсажный 9 усилители мощности в режим насыщения, последние, в свою очередь, выводят блок реверсивных термобатарей 5 и 1045 на полную мощность, определяя тем самым начало форсированного выхода объекта в режим. Температура объекта термостатирования начинает изменяться с максимальной скоростью в сторону50 заданной температуры статирования Т При этом напряжение на.первом выходе блока Формирования временных интервалов 6 скачком переходит в другое состояние (на другой уровень) в тех слу 55 чаях, когда или температура на входе объекта управления (ТВ) достигнет своего предельного значения или градиент температур любой иэ заданных 6 6выходных точек объекта относительно входной превысит допустимую величину. Таким образом, до того момента; пока входные и выходные координаты объекта не достигнут своих предельных значений, объект движется в сторону заданного конечного состояния с максимальной скоростью при предельном значении управляющего воздействия. Как только хотя бы одна из координат объекта достигнет своего предельного, значения, то управляющее воздействие на входе компаратора 7 меняет свой знак на обратный, Объект начинает двигаться с максимальной скоростью в обратную сторону, и снова при переходе границы области допустимых значений координат управляющее воздействие меняет свой знак, Таким образом, программным управлением организуют движение объекта термостатирования по границе области допустимых значений его входных и выходных коордйнат до окончания переходного процесса, в течение которого регулятор и объект управления представляют собой разомкнутую систему, удерживающую входные и выходные координаты объекта на допустимых значениях.При этом после и интервалов программного управления и по истечении определенного Фиксированного времени с начала переходного процесса со второго выхода программного блока формирования временных интервалов 6 поступает импульс, который своим передним фронтом перебрасывает управляаций триггер 8 в другое состояние, последний, в свою очередь, производит переключение каналов коммутатора 3, При этом одновременно выход компаратора 7 отключается от входов усилителей мощности 4 и 9, а выход блока управления 2 подключается ко входу основного усилителя мощности 4. Таким образом, момент срабатывания управляющего триггера 8 свидетельствует об окончании разгона управляемого объекта в режим и начало режима стабилизации его на конечном заданном уровне. Начиная с этого момента, регулятор и блок управления пред" ставляют собой уже замкнутую систему, де блок управления 2 отрабатывает ошибку рассогласования компенсируя запасенную энергию объекту термоста-, тирования. Температура объекта начинает выравниваться по всему объему и это происходит быстрее, когда в943666 качестве исполнительного элемента служит управляемая реверсивная термобатарея, так как в системе появляется возможность отбора лишнего тепла (холода) за счет изменения знакатемпературы нагревателя,Т. При достижении равенства температур во всех точках поля заданной температуре статирования переходный процесс заканчивается, а последующее регули рование осуществляется исключительно блоком управления 2 в соответст.вии с заложенным в него законом регулирования (релейный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и 15 т.д.).При работе программного блока фор мирования временных интервалов 6 (см. чертеж) после того, как входной установочный сигнал (сброс), поданный 20 на клемму 11, установит в нуль счетчики линейки двоично-десятичных счетчиков 14, импульсы с задающего генератора 12, стабилизированного кварцем,поступают через делитель частоты 13 3 на линейку последовательно включенных двоично-десятичных счетчиков 14. Подключенные к выходам счетчика 14 дешифраторы 15 преобразуют последовательность импульсов в десятичный код. М На выходах каждого дешифраторд (каждой декады) блока 15 появляются импульсы, сдвинутые на время, равное 10 ) Т относительно импульса на предыдущем выходе, Где М - номер декады, з начиная со старшей, Т - период (сек) повторения десятичного кода на выходах блока дешифраторов 15, определяе. мый емкостью Й счетчика 14, частотой ,Г (Гц) генератора импульсов 12, и коэффициентом К деления частоты на выходе делителя частоты 13, т.е. 8 Собст венно программу управления объектом набирают на коммутационно наборной панели 16, а с выхода В 5 триггера 19 получают и в общем случае неравномерных интервалов управления, в каждом из которых управляющий сигнал принимает свое предельное значение, т.е, управление является релейным. В конце каждого интервала происходит изменение знака управляющего сигнала, Последний (и+1)-ый интервал управления набирается с помощью (и+1)го элемента И блока 17,свыхода которого подается импульс на управляющийтриггер 8, который осуществляет скачкообразный переход от программногоразомкнутого управления к замкнутому управлению. Причем вход компаратора 7 подключается к прямому или обратномувыходу к 5-триггера 19 в зависимостиот знака разности между температурой статирования Тт и начальной температурой объекта То(ов), т.е. в зависимости от знака Т Тот То(оВ) В предлагаемом устройстве программа оптимального управления объектом зависит от начальных и граничных ус" ловий, а также зависит от ограничений, накладываемых на входное и выходные коорбинаты объекта, т.е. зависит от температурного перепада межжу температурой статирования и начальной температурой объекта, от предельно допустимой температуры на входеобъекта, а также зависит от величиныпредельно допустимых градиентов температурного поля. Поэтому программа управления определяется предварительно для конкретных условий, например методом электромоделирования.Предлагаемое устройство выгодно отличается от известных тем, что на нем можно с высокой точностью осу И. КЬ ЕтПериод Т при необходимости регули руют посредством изменения коэффициента К делителя частоты 13 На коммутационно-наборной панели 16 с помощью К-входовых логических элементов И блока 17 можно выделять любой из импульсов в периоде Т. Таким образом, выделяя нужные импульсы в периоде Т с помощью логических элементов И блока 17 и подавая их через элемент ИЛИ 18 на счетный вход к 5-триггера 19, фф тем самым осуществляют программное управление теплофизическим объектом с распределенными параметрамиществлять программный выход (в том числе и оптимальный) объекта в режим при неполном измерении для различных конкретных условий теплообмена с окружающей средой, при которых осуществляется переходный процесс.Формула изобретения1. Термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к входу блока управления, коммутатор напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй и третийвходы - с выходом компаратора, причем первый и второй выходы коммута" тора напряжений подключены к входу последовательно соединенных основных усилителя мощности и исполнительного элемента, а третий выход - к входу последовательно соединенных форсажных усилителя мощности и исполнительного элемента, управляющий триггер, прямой выход которого соединен с первым управляющим входом коммутатора напряжений, а инверсный выход - со вторым и третьим управляющими входами коммутатора напряжений, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности управления тепло- физическим объектом в переходном режиме при неполном измерении состояния объекта.и при различных ограничениях измерения параметров объекта управления, оно содержит программный блок формирования временных интервалов, первый выход которого подключен ко входу компаратора, а второй выход - к первому входу управляющего триггера.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования временных интервалов содер 3666 10жит последовательно соединенные гегнератор импульсов, делитель частоты, линейку двоично-десятичных счетчиков, блок дешифраторов, а также % блок логических элементов .И, входыкаждого из которых подключены черезкоммутационно-наборную панель к соответствующим выходам блока дешифраторов, причем выход одного из элемен 1 в тов блока элементов И является вторымвыходом блока формирования временныхинтервалов, а выходы остальных элементов блока элементов И подключеныко входам логического элемента ИЛИ, 15 выходом связанного со счетным входомтриггера, выход которого являетсяпервым выходом блока формированиявременных интервалов, причем установочные входы линейки двоично"десято тичных счетчиков и триггера соединены между собойи являются входом блока.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе25 1. Авторское свидетельство СССРй 549792, кл. С 05 0 23/24, 1977.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2922725/18-24,кл. 6 05 0 23/19, 08.05.80 (прототип)."Патент", г. Ужгород ВНИИ лиал аказ 5106 943666 Проектная, 4