Программный регулятор температуры

 

Изобретение относится к устройствам регулирования и управления, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры. Цель изобретения - повышение точности регулятора в более широком интервале температур регулирования. Программный регулятор содержит задатчик и датчик температуры, выходы которых подключены к входу элемента сравнения, связанного выходом с входами дифференциатора и линейного усилителя, подключенного выходом к входу сумматора, соединенного с входом исполнительного органа, а также интегратор и два масштабирующих усилителя. Новым в регуляторе является использование двух масштабирующих усилителей, вход первого из которых подключен к выходу дифференциатора, а выход - к входу сумматора, связанного другим входом с выходом второго масштабирующего усилителя, соединенного входом с выходом интегратора. Управляющий вход первого масштабирующего усилителя подключен к выходу датчика температуры, а управляющий вход второго масштабирующего усилителя - к выходу элемента сравнения, с которым соединен также вход интегратора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК рц G 05 D 23/ I9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

aV t

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ ССОР

1 (21) 4368698/24-24 (22) 25.01.88 (46) 23,09.90. Бюл. у 35 (71) Научно-исследовательский институт прикладных физических проблем им. А.Н.Севченко (72) И.N.Ôèëèïïîâ и А.B.Цикунов (53) 621.555.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 796810, кл. G 05 D 23/19, 1981.

Авторское свидетельство СССР

Н 999029, кл. G 05 D 23/19, 1983. (54) ПРОГРАММНЪ|Й РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к устройствам регулирования и управления, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры. Цель изобретения — повышение точности регулятора в более широком интервале температур регулирования. Программный регулятор содерИзобретение относится к устройствам регулирования и управления темпе ратуры электрических печей сопротивления, имеющих конечную теплую инерционность, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры, и может быть использовано в полупроводниковой электронике для регулирования технологических процессов термообработок полупроводниковых материалов.

Цель изобретения — повышение точности регулятора в более широком интервале температур регулирования.

„„SU„„15945 0 А1

2 жит задатчик и датчик температуры, выходы которых подключены к входу элемента сравненйя, связанного выходом с входами дифференциатора и линейного усилителя, подключенного выходом к входу сумматора, соединенного с входом исполнительного органа, а также интегратор и два масштабирующих усилителя ° .Новым в регуляторе является использование двух масштабирующих усилителей, вход первого из которых подключен к выходу дифферен. циатора, а выход — к входу сумматора, связанного другим входом с выходом второго масштабирующего усилителя, соединенного входом с выходом интегратора. Управляющий вход первого . масштабирующего усилителя подключен к выходу датчика температуры, а уг.— равляющий вход второго масштабирующего усилителя — к выходу элемента сравнения, с которым соединен также вход интегратора. 1 ил.

На чертеже дана схема программного регулятора температуры.

Программный регулятор температуры содержит программный задатчик 1 температуры, датчик 2 температуры для преобразования температуры в электрический сигнал, элемент 3 сравнения, дифференциатор 4, первый масштабирующий усилитель 5, линейный усилитель 6, интегратор 7, второй масштабирующий усилитель 8, сумматор 9 и исполнительный орган 10.

Программный регулятор температуры работает следующим образом.

1594500

При включении регулятора разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры, как правило, велика, поэтому элемент 3 сравнения, выполненный на усилителе, работает в режиме ограничения., так как участок

erо линейной работы из-за необходи,"мости большого коэффициента усиления составляет всего несколько процентов ,от всего (максимального) рабочего температурного диапазона регулятора.

Таким образом, хотя разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 уменьшает :ся IlpH приближении температуры элект- 15 .ропечи к заданной, выходной сигнал элемента 3 сравнения в начале (когда .разница сигналов задатчика 1 и датчика 2 температуры велика) не изменяется и равен максимальному (положи- 2О тельному или отрицательному) выходному напряжению, передаваемому через линейный усилитель 6 и сумматор 9 на исполнительный орган 10, обеспечивая тем самым, подачу максимальной мощности на -объект регулирования. Диффе.ренциатор 4 не функционирует, так как сигнал на его входе не меняется. Напряжение на управляющем входе второго масштабирующего усилителя 8 (который является усилителем постоянного тока с управляемым напряжением коэффициентом усиления и может быть выполнен, например, на умножителе), подающееся с элемента 3 сравнения, максимально, вследствие чего коэффициент его усиления минимален. Поэтому, хотя на вход интегратора 7 подается с элемента 3 сравнения максимальный сигнал, из-за минимальности коэффициента уси40 ления второго масштабирующего усилителя 8 иггтегратор 7 оказывается практически отключенным от сумматора

9 и не влияет на работу регулятора.

Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью. Когда при приближении температуры электропечи к заданной разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры уменьшается настолько, что элемент 3 сравнения выходит из ограничения и начинает работать в режиме линейного усиления, его выходной сигнал начинает пропорционально уменьшаться (по абсолютному значению). Уменьшение напряжения на подключенном к выходу элемента 3 сравнения входе второго масштабирующего усилителя 8 вызывает возрастание его коэффициента усиления, что приводит к плавному включению интегратора 7 в работу ПИД-регулятора. Дифференциатор 4 тоже начинает функционировать, так как выходной сигнал элемента 3 сравнения начал меняться. Вся работа ПИД-регулятора начинается вблизи заданной температуры, когда элемент 3 сравнения выходит из ограничения и начинает работать в режиме линейного усиления. Поскольку пока элемент 3 сравнения работал в режиме ограничения, с его выхода на вход интегратора 7 подавался максимальный сигнал, то уменьшение сигнала на выходе элемента 3 сравнения и, как следствие этого, увеличение коэффициента усиления .второгo масштабирующего,усилителя 8 приводит к тому, что на вход сумматора 9 с выхода интегратора 7 через второй масштабирующий усилитель 8 поступает сигнал, который уменьшает мощность, подаваемую на объект регулирования.

Этот сигнал плавно увеличивается с уменьшением сигнала на выходе элемента 3 сравнения, что не вызывает возникновения колебательного процесса.

Такое же тормозящее действие на процесс роста температуры оказывает дифференциатор 4. Выходной сигнал сумматора 9 через исполнительный орган 10 значительно ограничивает мощобъект регулирования ° Этим сильно тормозится скорость нарастания .температуры при подходе к заданному значению температу-, ры. Поэтому выход на режим — на заданную температуру — происходит без перерегулирования, асиггптотически снизу. В процессе дальнейшей работы

ПИД-регулятор функционирует как обычно, обеспечивая нужную точность регу- лирования температуры объекта. При этом точность поддержания температуры объекта предлагаемым программным регулятором температуры выше в более широком интервале температур регулирования из-за работы первого масштабирующего усилителя 5 (который является усилителем постоянного тока с управляемым напряжением коэффициентом усиления и может быть выполнен, например, на умножителе). При температуре динамической настройки ПИД-регулятора Tg коэффициент усиления первого масштабирующего усилителя 5 выбран равным единице, поэтому при этой температуре он не влияет на работу

5 15945 .11ИД-регулятора и не изменяет точность регулирования температуры. Задание температуры электропечи, отличной от

Т, приводит к изменению напряжения на соединенном с датчиком 2 (или задатчиком 1) температуры управляющем вход первого масштабирующего усилителя 5 и пропорциональному изменению его коэффициента усиления, что приводит к пропорциональному изменению поступающего на сумматор 9 сигнала дифференциатора 4. Коэффициент пропорциональности выбирают экспериментально для конкретного типа объекта регулирования.

Если в программе в процессе ее отработки имеется резкое изменение задаваемого значения температуры, например, в сторону уменьшения (для 20 перехода на поддержание более низкой температуры), то в случае возникновения большой разницы сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры элемент. 3 сравнения опять переходит в 5 режим ограничения и на его выходе появляется максимальный (отрицательный или положительный) неизменный сигнал..Из-за этого коэффициент усиления второго масштабирующего уси- 30 лителя 8 становится минимальным и он значительно ослабляет сигнал с выхода интегратора 7, который поступает на вход сумматора 9. Таким образом, интегратор 7 практически выключается из работы ПИД-регулятора. Дифференциатор 4 тоже перестает функционировать, так как сигнал яа его входе не меняется. На вход сумматора 9 поступает только выходной сигнал линейного усилителя 6. Это приводит к тому, что на объект регулирования прекращается подача мощности и происходит его пассивное остывание. В про-цессе остывания, когда элемент 3 сравнения выходит из режима ограничения, работа программного регулятора температуры опять становится аналогичной описанной. Коэффициент усиления второго масштабирующего усилите- щ ля 8 возрастает, из-за чего на вход сумматора 9 начинает поступать сигнал с выхода интегратора 7. Начинает функционировать дифференциатор 4.

Так как интегратор 7 сохранил свое оо 6 состояние, соответствующее более высокой температуре, то era выходной сигнал и выходной сигнал дифференциатора 4, годаваемые на сумматор 9, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры электропечи путем подачи на нее некоторой мощности для подогрева. ПИДрегулятор начинает функционировать и асимптотически сверху выводит тем- пературу на заданный уровень без перерегулирования. При этом включение интегратора 7 осуществляется плавно путем постепенного увеличения коэффициента усиления второго масштабирующего усилителя 8, что не вызывает возникновения колебательного процесса.

Коэффициент усиления первого масштабирующего усилителя 5 изменяется пропорционально температуре, что приводит к пропорциональному изменению величины сигнала, передаваемого с выхода дифференциатора 4 на вход сумматора 9, и возрастанию точности поддержания, температуры регулятором.

Если программное изменение температуры не приводит к переходу элемента

3 сравнения в режим ограничения (небольшое изменение температуры), то предлагаемый программный регулятор1 температуры работает аналогично обыкновенному ПИД-регулятору.

Ф о р м ул а и э о б р е т е н и я .Программный регулятор температуры, содержащий задатчик и датчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, связанного выходом с входами дифференциатора, интегратора и линейного усилителя, выходом подключенного к входу сумматора, последовательно соединенного с исполнительным органом, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит включенные между выходами дифференциатора и интегратора и соответствующими входами сумматора линейные масштабирующие усилители, управляющие входы которых соединены соответственно в канале дифференциатора с выходом датчика температуры,.в канале интегратора— с выходом элемента сравнения.

1594500

Составитель Л.Птенцова

Техред Л,Олийнык

Корректор Л.Бескид

Редактор О.Головач

Тираж 65б

Заказ 2828

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101