Многоканальное устройство автоматического регулирования температуры

ЮЗ СОВЕТСКИХЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 1735826 РЕСПУБЛИК 51)5 Е ИСАН 30 ТЕ В ИДЕТЕЛ ЬСТВУ КО К АВТ ОАТЕМ(57) Изобреность регултельногоэлектронагтем учетавлобъекты ре НАЛЬНОЕ УСТРОЙС ОГО РЕГУЛИРОВАН ет повысить точпературы значиобъектов с элементами пух возмущений на о достигается исозволя ия тем ества ьными тение ирован коли ревател ияния гулировнешни ния, чт ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР М 1341623, кл. 6 05 О 23/.19, 1987,2. Авторское свидетельство СССР М 1392157, кл. 6 05 О 23/19, 1988. пользованием для коррекции выдаваемых блоком вычисления управляющих воздействий 10 сигналов на усилители мощности 12,/контрольного объекта 6 с электронагревательным элементом 5, подключенным к источнику питания электронагревательных элементов 11, и датчиком температуры 4. Кроме того, совокупность задатчиков температур 13 и 14 с подключением их к входу задания блока 10, коммутатора 7 сигналов с датчиков температур 1 рабочих объектов 3 и датчика температуры 4 контрольного объекта 6 с управляющим входом, к которому подключен выход управления коммутатором блока 10, буферного усилителя-преобразователя 8, к входу которого подключен коммутатор 7, а к выходу - АЦП 9, выход которого соединен с информационным входом блока 10, и других элементов, используемых в устройстве, позволяет реализовать эффективные алгоритмы позиционного регулирования. 3 ил.1735826Изобретение относится к технике авто- объекта, а также коммутатор, задатчик темматического регулирования и может быть пературы и задатчик температуры переходаиспользовано для регулирования темпера- на сниженную интенсивность нагрева, притуры значительного количества объектов с чем выходы датчиков температуры каждогоэлектронагревательными элементами, . 5 канала регулирования и выход датчика темИзвестно устройство для регулирова- пературы контрольного объекта соединеныния температуры, содержащее п-секцион- с соответствующими информационныминый нагреватель, датчик температуры, входами коммутатора, выход которого соепереключатель секций нагревателя, микро- динен с входом буферного усилителя-преобпроцессор, ОЗУ, ПЗУ и регистры ввода и 10 разователя, а управляющий вход - свывода параллельного интерфейса, соеди- выходом управления коммутатором блоканенные через шины адреса, данных и управ- вычислений управляющих воздействий,ления с микропроцессором, и ряд других вход каждого из усилителей мощности соеэлементов 1), динен с одним из регулирующих выходовОднако это устройство не обеспечивает 15 блока вычисления управляющих воздейсттребуемую точность при значительных вий, к входу задания которого подключенвнешних возмущениях, например при коле- общий выход задатчиков температуры ибаниях питающего нагревательные элемен- температуры перехода на сниженную инты напряжения или температуры среды, в тенсивность нагрева, а электронагревателькоторой находятся нагревательные элемен ный элемент контрольного объектаты. подключен к источнику питания электронагНаиболее близкой к предлагаемой по ревательных элементов.технической сущности и достигаемому эф- Неизвестным в многоканальных устройфекту является система автоматического ре- ствах автоматического регулирования являгулирования (САР) нагрева нитей, 25 ется использование для коррекциисодержащая в каждом канале регулирова- алгоритмов регулирования контрольногониядатчиктемпературы, подсоединенный к объекта с электронагревательным элеменмостовой схеме блока измерений, и элект- том и датчиком температуры с подключениронагревательный элемент, подключенный ем электронагревательного элемента кк регулятору нагрева, а также буферный уси источнику питания электронагревательныхлитель, связанный посредством аналого- элементов, а датчика температуры - к соотцифрового преобразователя (АЦП) с входом ветствующему входу коммутатора.блока программного контроля и управле- Наличие этих признаков позволяетния, регистр сдвига,логические элементы И обеспечить повышение точности регулирои аналоговые ключи 2. 35 вания, что достигается следующим образом.Однако эта система не обеспечивает Использование контрольного обьекта свысокой точности регулирования при нади- подключением его электронагревательногочии значительных внешних возмущений в элемента к источнику питания электронагсвязи с отсутствием каналов контроля воз- ревательных элементов, датчика температумущающих факторов и невозможностью по ры к соответствующему входу коммутатора,строения систем регулирования с а также соединение управляющего входакоммутатора с выходом управления коммуния управляющихЦелью изобретения является повыше- татором блока вычисления и вние точности регулирования температуры. воздействий дает возможность при послеоставленная цель достигается тем, что 45 довательном опросе датчиков температурымногоканальное устройство автоматическо- рабочих и контрольного объектов отслежиго регулирования температуры, содержа- вать по изменению температуры контрольщее в каждом из каналов регулирования ного объекта совокупность внешнихпоследовательно соединенные усилитель возмущений - колебаний питающего напрямощности, электронагревательный эле жения и температуры окружающей объектымент, рабочийобъектидатчиктемпературы, среды, а затем по этому изменению приа также источник питания электронагрева- соответствующемщ м алгоритме регулированиятельных элементов и буферный усилитель- корректировать формируемые блоком выляющих воздействий сигнапреобразователь, связанный через АЦП с числения управляющиправляют посредствоминформационным входом блока вычисле лы, которые уп авляют пния управляющих воздействий, дополни- усилителей мощности подачей напряжениятельно содержит последовательно на электронагревательные элементы объексоединенные электронагревательный зле- тов регулирования,объ кмент контрольного объекта, контрольный Тем самым учитываетсвается влияние внешъект и датчик температуры контрольного них возмуще бнии на о ъекты регулирования,что обеспечивает повышение точности системы, а использование для коррекции выдаваемых блоком вычисления управляющих воздействий сигналов контрольного объекта с электронагревательным элементом и датчиком температуры является ранее неизвестным, Кроме того, совокупность задатчиков температур и других элементов, используемых в устройстве, позволяет реализовать в устройстве эффективные алгоритмы позиционного регулирования, например следующий (описание дано для одного канала регулирования, так как предлагаемым устройством предусматриваются идентичные режимы регулирования для всех объектов, за исключением контрольного, т.е. регулирование одной и той же температуры, с помощью одних. и тех же воздействий).При включении устройства происходит нагрев при подаче на электронагреватель полного напряжения до момента достижения температурой значения, задаваемого задатчиком температуры перехода на сниженную интенсивность нагрева.Далее на электронагреватель поступает управляющее воздействие, характеризующееся определенной длительностью импульсов импульсной последовательности напряжения питания нагревателя при фиксированном периоде этих импульсов (обозначим это воздействие через В 2).При достижении заданного значения температуры, задаваемого задатчиком температуры, на электронагреватель поступает управляющее воздействие, характеризующееся меньшей длительностью импульсов и осуществляющее форсирующее охлаждение объекта (обозначим это воздействие через Вз).В момент изменения производной сигнала рассогласования по знаку (в момент достижения максимального положительного значения температуры) на электронагреватель поступает управляющее воздействие, характеризующееся некоторым увеличением длительности управляющих импульсов (обозначим это воздействие через В 4),При снижении температуры ниже заданного значения на объект поступает управляющее воздействие, характеризующееся дальнейшим увеличением длительности импульсов управления и осуществляющее форсирующий нагрев объекта (обозначим это воздействие через В 1),При вторичном изменении знака производной сигнала рассогласования (при достижении минимального значения температуры) на электронагреватель поступает управляющее воздействие, характеризующе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 еся первоначальной длительностью импульсов (В 2),В дальнейшем описанный процесс повторяется и в системе устанавливается устойчивый автоколебательный процесс с уменьшенной относительно обычного двух- позиционного регулирования амплитудой автоколебаний.На фиг. 1 представлена функциональная схема многоканального устройства автоматического регулирования температуры; на фиг, 2 - блок-схема алгоритма работы устройства; на фиг. 3 - обобщенный график процесса регулирования.Многоканальное устройство автоматического регулирования температуры содержит датчики 1 температуры и электронагревательные элементы 2 рабочих объектов 3, датчик 4 температуры и электронагревательный элемент 5 контрольного объекта б, коммутатор 7, буферный усилитель-преобразователь 8, АЦП 9, блок 10 вычисления управляющих воздействий, источник 11 питания электронагревательных элементов усилители 12 мощности, задатчик 13 темйературы, задатчик 14 перехода на сниженную интенсивность нагрева, причем датчики 1 температуры подключены к соответствующим входам коммутатора 7, выход которого соединен с входом буферного усилителя-преобразователя 8, а управляющий вход соединен с выхоДом управления коммутатором блока 10, регулирующие выходы которого соединены с входами усилителей 12 мощности, электронагревательные элементы 2 рабочих объектов 3 подключены к соответствующим выходам усилителей мощности, электронагревательный элемент 5 контрольного объекта б подключен к источнику 11 питания электронагревательных элементов, выход буферного усилителя-преобразователя 8 соединен с входом АЦП 9, выход которого связан с информационным входом блока 10 вычисления управляющих воздействий, к входу задания которого подключен общий выход задатчиков 13 и 14,Устройство работает следующим образом.При включении устройства от блока 10 с выхода управления коммутатором на управляющий вход коммутатора 7 поступает сигнал, обеспечивающий прохождение через коммутатор 7 сигналов с датчика 4 температуры контрольного объекта б, нагревательный элемент 5 которого подключен к источнику 11 питания. Усиленные буферным усилителем-преобразователем 8 и преобразованные в цифровую форму АЦП 9 сигналы поступают на информационный вход блока 10, в котором происходит опре 1735826деление температуры контрольного объекта, после чего блок 10 выдает сигналы навход управления коммутатором, обеспечивающие последовательную коммутациюсигналов с датчиков 1 температуры рабочих 5объектов 3. При каждом поступлении с АЦП9 информации о температуре блок 10, используя информацию задатчиков 13 и 14,определяет диапазон температуры и знакпроизводной сигнала рассогласования и 10выдает сигналы управления на соответствующий регулирующий выход,Алгоритм, блок-схема которого изображена на фиг. 2, реализует позиционную систему автоматического регулирования с 15импульсной коррекцией, а также с компенсацией влияния внешних воздействий,Согласно блок-схеме и обобщенномуграфику процесса (фиг, 3) регулированиетемпературы М объектов с электронагревательными элементами происходит следующим образом. После ввода информациипосредством АЦП 9 с датчика 4 температурыконтрольного обьекта 6, определения этойтемпературы счетчик количества объектов 25устанавливается в "1" (1=1). Блок 10 выбирает первый рабочий обьект и происходитввод информации с датчика температурыэтого объекта, определение диапазона температуры и знака производной. Обозначив 30через Оп температуру перехода на сниженную интенсивность нагрева, задаваемую задатчиком 14, а через Ор- температуру,задаваемую задатчиком 13, через- текущую температуру объекта, а через- производную от значения этой температуры,получим следующие возможные диапазоныизменения .О, причем знак производной безразличен (первый диапазон);Оп Ор, 0(второй диапазон); 40Ор, О (третий диапазон);Ор, О (четвертый диапазон);О Ор,.0 (пятый диапазон).Обозначим управляющее воздействиена нагревательный элемент 1-го объекта впервом диапазоне через В 0 ь во втором - В 2 ьв третьем - Взь в четвертом - В 4, в пятом -В 1 (фиг. 3). Воздействие Вв характеризуется подачей на электронагреватель полногонапряжения, В 2 характеризуется длительностью импульсову 1 импульсной последовательности напряжения питаниянагревателя -го объекта при фиксированном периоде этих импульсов у 1, Вз - длительностью у 2, В 1 - у 4 ь В 4 - уЗь На фиг. 3напряжение, подаваемое на нагреватель,обозначено 01, а среднее значение напряжения 02, Алгоритм формирования управляющих импульсов, являющийся раскрытием каждого из блоков "Управляющее воздействие" (фиг, 2), следующий. Если блок 10 вычисления управляющих воздействий ни разу не производил отсчет времени у (71 =У 2 =. =уй =у), то начинается отсчет времени у). Если же блок 10 уже производил отсчет времени и, то, если отсчет закончен, осуществляется подготовка блока 10 к отсчету времени к = - уа, где к - номер диапазона температуры 1-го рабочего объекта, к=1 - 5; уа - длительность импульсов в к-м диапазоне), после чего повторяется отсчет времени и. Если отсчет времени у 1 не закончен, а блок 10 подготовлен к отсчету времени )Ъ, т,е, не производится отсчет времени у 4 и сброшены отвечающие за отсчет времени уа устройства блока 10, то на 1-м регулирующем выходе блока 10 формируется сигнал логического "0", после чего производится корректировка 1 апо температуре контрольного объекта до значения уа и начинается отсчет времени )1. Если отсчет времени у 1 закончен, то на -м регулирующем выходе блока 10 формируется сигнал логической "1", после чего происходит переход к следующему за блоком "Управляющее воздействие" блоку, Если же отсчет времени ) не закончен, то происходит переход к следующему за блоком "Управляющее воздействие" блоку (фиг, 2),Корректировка управляющих воздействий производится блоком 10 с учетом температуры контрольного объекта; при увеличении температуры контрольного объекта управляющие воздействия корректируются в сторону уменьшения длительности импульсов (увеличения длительности паузы), при уменьшении этой температуры - наоборот (изменение температуры контрольного обьекта под воздействием внешних возмущений рассматривается в каждом цикле опроса относительно расчетного или установленного экспериментально значения температуры контрольного объекта, полученного при определенных заданных усредненных внешних условиях и хранящегося в постоянном запоминающем устройстве, входящем в состав блока 10), поэтому аналитическое соотношение между изменением температуры контрольного объекта и соответствующим изменением длительности паузы может быть представлено зависимостью1 м Тк.о.Тк.о.расиТк.о.- относительное изменениеТк.о.расчтемпературы контрольного объекта;Тк,о, - температура контрольного объекта;Тк.о,расч. рассчитанное теоретически (или определенное экспериментально) значение температуры контрольного объекта, полученное при определенных заданных усредненных внешних условиях;К - коэффициент пропорциональности в к-м диапазоне, определяемый опытным путем при настройке системы исходя из действующих в системе возмущений,ОбозначимТк.о.=Тк.о.расч,+ Ь Тпри увеличении температуры контрольногообъекта на ЛТ иТк.о.=Тк.о.расч. - ЛТпри уменьшении температуры контрольного объекта на ЬТ, тогда при увеличении температурыа" = кх(1.1- - ),к,о,расч.при уменьшенииа" = Кх(1- - )к.о.расч.Смена управляющего воздействия (или его подтверждение) происходит в следующем цикле работы после выдачи управляющих воздействий на все остальные объекты и опроса датчика температуры контрольного объекта, Последовательность опроса датчиков, задаваемая алгоритмом, такова: сначала опрашивается датчик температурыконтрольного объекта, а затем последовательно, с первого по Й-й, датчики темпера 5 турц рабочих объектов (фиг. 2).Формула изобретенияМногоканальное устройство автоматического регулирования температуры, содержащее в каждом из каналов регулирования10 последовательно соединенные усилительмощности, электронагревательный элемент, рабочий объект и датчик температуры,а также источник питания электронагревательных элементов и буферный усилитель 15 преобразователь, связанный через АЦП синформационным входом блока вычисленияуправляющих воздействий, отл ича ющ е е с я тем, что, с целью повышенияточности, оно дополнительно содержит по 20 следовательно соединенные электронагревательный элемент контрольного объекта, атакже. коммутатор и задатчик температурыперехода на сниженную интенсивность нагрева, причем выходы датчиков температу 25 ры каждого канала регулирования и выходдатчика температуры контрольного объектасоединены с соответствующими информационными входами коммутатора, выход которого соединен с входом буферного30 усилителя-преобразователя, а управляющий вход - с выходом управления коммутатором блока вычисления управляющихвоздействий, вход каждого из усилителеймощности соединен с одним из регулирую 35 щих выходов блока вычисления управляющих воздействий, к входу задания которогоподключен общий выход задатчиков температуры и температуры перехода на сниженную интенсивность нагрева, а электро 40 нагревательный элемент контрольного объекта подключен к источнику питания электронагревательных элементов, 17358261735826 Составитель И. БерезинТехред М,Моргентал рректор Л.Бе актор С.Пекарь изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 1815 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5