Устройство для регулирования температуры

 

Изобретение относится к автоматике и предназначено для регулирования и стабилизации температуры физических объектов, в частности при криогенных температурах в парах криогенной жидкости. Устройство с целью повышения точности при расширении функциональных возможностей содержит два исполнительных элемента (нагреватель и электродинамический клапан), элемент сравнения, обеспечивающий формирование знакопеременного сигнала ошибки, аналого-цифровой преобразователь , три регистра, два коммутатора , два модулятора, два переключателя , сумматор, а также три кодо-импульсных преобразователя в ревербивный счетчик. В устройстве обеспечивается формирование ПИД - закона регулирования при независимой установке коэффициентов каждой из составляющих закона, работа устройства синхронизирована при помощи блока синхронизации , который также формирует устано- BO4H(jie значения коэффициентов ПИД закона регулирования. 1 ил. с 9 (Л со ел со а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1315960

А1 (59 4 G 05 D 23/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР С .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ С, / У.ес - .ят -, /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4007337/24-24 (22) 10 ° 12.85 (46) 07.06.87. Бюп. Р 21 (71) Институт физики АН УССР и Специальное конструкторско-технологическое бюро физического приборостроения с опытным производством Института физики АН УССР (72) К.А.Доценко, В.СвМедведев, В.В.Сафронов и А.ГеЧмуль (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1151932, кл. G 05 D 23/19, 1983.

Авторское свидетельство СССР

В 436334, кл. G 05 D 23/30, 1970.

Цифровой регулятор температуры

Е 3050 фирмы Thor Research instruments, Великобритания, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ТЕИТЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к автоматике и предназначено для регулирования и стабилизации температуры физических объектов, в частности при криогенных температурах в парах криогенной жидкости. Устройство с целью повышения точности при расширении функциональных Возможностей содержит два исполнительных элемента (нагреватель и электродинамический клапан), элемент сравнения, обеспечивающий формирование знакопеременного сигнала ошибки, аналого-цифровой преобразователь, три регистра, два коммутатора; два модулятора, два переключателя, сумматор, а также три кодо-им пульсных преобразователя в реверсивный счетчик. В устройстве обеспечивается формирование ПИД вЂ” закона ре- а ф гулирования при независимой установке коэффициентов каждой иэ составляющих (/) закона, работа устройства синхронизирована при помощи блока синхронизации, который также формирует установочные значения кбэффициентов ПИД закона регулирования. 1 ил.

1315960

Изобретение относится к автоматике и предназначено для регулирования и стабилизации температуры различных физических объектов, в частности при криогенных температурах в парах крио- 5 генной жидкости, например жидкого гелия в диапазоне температур.

Целью изобретения является повышение точности при расширении функциональных возможноскей. 10

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство предназначено для стабилизации температуры объекта 1 напЭ ример термокамеры, в которой установ. лены исполнительные элементы 2 (нагреватель) и 3 (электродииамический клапан).

В термокамере 1 установлен также датчик 4 температуры, подключенный к одному иэ входов элемента 5 сравнения, второй вход которого связан с задатчиком 6 температуры, а выход через усилитель 7 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 8, Элемент 5 сравнения, задатчик 6 и усилитель 7 представляют собой фор,мирователь сигнала ошибки X(t) .

К выходу аналого-цифрового преобразователя 8 подключены первый ком30 мутатор 9 и первый регистр 10, выход которого связан с входом второго регистра 11. При этом выходы обоих регистров 10 и ii подключены к входам сумматора 12. Регистры 10 и 11, а также сумматор 12 образуют формирователь кода производной. Выход сумматора 12 связан с входом коммутатора

9, выход которого подключен к входу первого кодо-импульсного преобразова40 теля 13. Выход последнего связан с одними из входов модуляторов 14 и 15, другие входы которых связаны соответственно с выходами переключателей 16 и 17. Выходы модуляторов 14 и 15 через коммутатор 18 подключены к входам реверсивного счетчика 19, выход которого связан с входом третьего регистра 20. Выход регистра 20 подключен к вхо-50 дам второго кодо-импульсного преобразователя 21 и третьего кодо-импульсного преобразователя 22. Выходы преобразователей 21 и 22 связаны соответственно с электронагревателем 2 и электродинамическим клапаном 3, Преобразователи 21 и 22 представляют, собой формирователи импульсов управления нагревом и охлаждением, соответственно.

Устройство также содержит блок 23 синхронизации, выходы которого подключены к элементам 8 — 22, Блок 23, выполненный на базе генератора тактовых импульсов, счетчика-делителя и логических схем, вырабатывает импульсные сигналы, обеспечивающие согласованную работу устройства 8 — 22 во времени.

Устройство работает следующим образом.

Задатчиком 6 температуры устанавливается напряжение, соответствующее требуемой температуре и поступающее на один из входов элемента 5 сравнения, на второй вход которого с датчика 4 температуры поступает напряжение, соответствующее реальной температуре.

Выходное напряжение элемента 5 сравнения через усилитель 7 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 8, который преобразует напряжение ошибки в знакопеременный код ошибки

Х(пТ 3.

Формирование управляющего воздействия происходит за период, разделенный на два цикла — цикл ошибки и цикл производной.

В цикле ошибки блок 23 включает в работу цепочку из последовательно включенных коммутатора 9, преобразователя 13 модулятора 14, коммутатора 18, реверсивного счетчика 19. Из аналого-цифрового преобразователя 8 код ошибки "jnT) через коммутатор 9 поступает на вход преобразователя 13, который формирует из кода временной интервал длительностью, пропорциональной значению кода. Код ошибки поступает также через регистр 10 в регистр 11. В модуляторе 14 временной интервал заполняется импульсами с частотой, задаваемой переключателем

16. Регулирование этой частоты позволяет менять коэффициент передачи по каналу ошибки (К ) .

Одновременно знаковый разряд кода ошибки поступает из аналого-цифрового преобразователя 8 на управляющий вход коммутатора i 8, В зависимости от значения этого разряда (О или 1) коммутатор 18 пропускает импульсы с модулятора 14 на суммирующий или на вычитающий вход реверсивного счетчика 19. Состояние счетчика 19 изменит1315960 ся на величину, пропорциональную коду ошибки, В цикле производной блок 23 включает в работу цепочку последовательно включенных регистров 10 и 11 и далее сумматора 12, коммутатора 9, преобразователя 13, модулятора 15, коммутатора 18, реверсивного счетчика 19.

На входы сумматора 12 поступит с регистра 10 код текущего значения ошиб- !О ки X(nT), а с регистра 11 — код предыдущего значения ошибки Х f(n-1) Т) .

Сумматор 12 вычисляет разность (производную) между текущим значением кода ошибки и предыдущим значением это- f5 го кода. Код производной .XfnT)-X t(n-1) T) через коммутатор 9 поступает в преобразователь 13, где преобразуется во временной интервал, длительность которого пропорциональна значению ко-20 да производной. В модуляторе 15 временной интервал заполняется импульсами с частотой, задаваемой переключателем 17. Изменяя эту частоту, меняют коэффициент передачи по каналу произ-25

Воднои (К ) е

Знаковый разряд кода производной из сумматора 12 поступает на управляющий вход коммутатора.18. В зависимости от значения этого разряда ком- 30 мутатор 18 пропускает импульсы с модулятора 15 на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика

19. Состояние счетчика 19 изменяется на величину, пРопоРциональную коду 35 производной.

Таким образом, в счетчике 19 формируется код управляющего воздействия

Y l nT)=Y ((n-1) Т)+К„Х jnT)+K> (Х (пТ)—

-Х f(n-1) T)), который переписывается 40 в регистр 20.

Реверсивный счетчик 19, который работает беэ обнуления, выполняет функцию цифрового интегрирования.

В зависимости от величины и знака 45 кода управляющего воздействия YtnT) преобразователь 21 или преобразователь 22 вырабатывает импульсы управления нагревом или охлаждением, соответственно, длительность которых 50 пропорциональна величине кода управляющего воздействия. Эти импульсы включают один из исполнительных органов: электронагреватель 2 или электродинамический клапан 3. 55

Температура в термокамере изменяется по требуемому оптимальному закону.

Ус тройс тво р еалиэ ует оптимальный апериодический закон подхода к заданной температуре без перерегулирования, что позволяет использовать его при изучении фазовых переходов. Точность стабилизации заданной температуры не хуже + 0,003 К в диапазоне

4,2 — 300 К.

Ф о р м ул а и з о б р е т е н и я

Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и задатчик температуры, последовательно соединенные элемент сравнения, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, а также сумматор, блок синхронизации, реверсивный счетчик и два исполнительных элемента, причем входы элемента сравнения связаны с выходами датчика и задатчика температуры, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности при расширении функциональных возможностей, устройство содержит три регистра, два коммутатора, два модулятора, два переключателя и три кодо-импульсных преобразователя, причем первый выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого регистра и одному из входов первого коммутато. ра, другой вход которого соединен с первым выходом сумматора, входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, выход первого коммутатора через первый кодо-импульсный преобразователь подключен к одним из входов модуляторов, другие входы которых соединены с выходами соответствующих переключателей, входы которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, входы второго коммутатора соединены соответственно с вторыми выходами аналого-цифрового преобразователя, вторым выходом сумматора и выходами модуляторов, выходы второго коммутатора подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, выход которого через третий регистр связан с входами второго и третьего кодо-импульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими исйолнительными элементами, а вход второго регистра связан с выходом первого регистра, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и каждого из

Составитель Г,Крейман

Техред,П.Олийнык Корректор М.Демчик

Редактор А.Шандор

Заказ 2362/50 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 l315960 ь .регистров, а также первый и второй таторов подключены к соответствующим управляющие входы каждого из комму- синхровыходам блока синхронизации.