Многоканальное устройство автоматического регулирования температуры

 

Изобретение позволяет повысить точность регулирования температуры значительного количества объектов с электронагревательными элементами путем учета влияния внешних возмущений на объекты регулирования, что достигается использованием 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 устройствэ, позволяет реализовать эффективные алгоритмы позиционного регулирования . 3 ил (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (1Ц (я)5 G 05 0 23/19

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг,1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4672216/24 (22) 31.03.89 (46) 23.05.92. Бюл. М 19 (71) Красноармейский научно-исследовательский институт механизации (72) И, Г,Березин, В, В, Макаров, Н.Н. Павлинов и Н.Н. Прокопьев (53) 621,555.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1341623, кл. G 05 D 23/.19, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1392157, кл. G 05 D 23/19, 1988. (54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕЕ РАТУРЫ (57) Изобретение позволяет повысить точность регулирования температуры значительного количества объектов с электронагревательными элементами путем учета влияния внешних возмущений на объекты регулирования, что достигается использованием для коррекции выдаваемых блоком вычисления управляющих воздействий 10 сигналов на усилители мощности 12, I 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.

1735826

Изобретение относится к технике авто- объекта, а также коммутатор, задатчик темматического регулирования и может быть пературы и задатчик температуры перехода использовано для регулирования темпера- на сниженную интенсивность нагрева, притуры значительного количества объектов с чем выходы датчиков температуры каждого электронагревательными элементами, . 5 канала регулирования и выход датчика темИзвестно устройство для регулирова- пературы контрольного объекта соединены ния температуры, содержащее п-секцион- с соответствующими информационными ный нагреватель, датчик температуры, входами коммутатора, выход которого coåпереключатель секций нагревателя, микро- . диненсвходомбуферногоусилителя-преобпроцессор, ОЗУ, ПЗУ и регистры ввода и 10 разователя, а управляющий вход — с вывода параллельного интерфейса, соеди- выходом управления коммутатором блока ненные 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 выходов

Однако это устройство не обеспечивает 15 блока вычисления управляющих воздейсттребуемую точность при значительных вий, к входу задания которого подключен внешних возмущениях, например при коле- общий выход задатчиков температуры и баниях питающего нагревательные элемен- температуры перехода на сниженную инты напряжения или температуры среды, в тенсивность нагрева, а электронагревателькоторой находятся нагревательные элемен- 20 ный элемент контрольного объекта ты. 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 (CAP) нагрева нитей, 25 ется использование для коррекции содержащая в каждом канале регулирова- алгоритмов регулирования контрольного ниядатчиктемпературы, подсоединенный к объекта с электронагревательным элеменмостовой схеме блока измерений, и элект- том и датчиком температуры с подключениронагревательный элемент, подключенный ем электронагревательного элемента к к регулятору нагрева, а также буферный уси- 30 источнику питания электронагревательных литель, связанный посредством аналого- элементов, а датчика температуры — к соотцифрового преобразователя (АЦП) с входом ветствующему входу коммутатора. блока программного контроля и управле- Наличие этих признаков позволяет ния, 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 объекта с высокой точности регулирования при нали- подключением его электронагревательного чии значительных внешних возмущений в элемента к источнику питания электронагсвязи с отсутствием каналов контроля воз- ревательных элементов, датчика температумущающих факторов и невозможностью по- 40 ры к соответствующему входу коммутатора, строения систем регулирования с а также соединение управляющего входа коммутатора с выходом управления коммуния управляющих

Целью изобретения является повыше- татором блока вычисления и в ние точности регулирования температуры. воздействий дает возможность при послеоставленная цель достигается тем, что 45 довательном опросе датчиков температуры многоканальное устройство автоматическо- рабочих и контрольного объектов отслежиго регулирования температуры, содержа- вать по изменению температуры контрольщее в каждом из каналов регулирования ного объекта совокупность внешних последовательно соединенные усилитель возмущений — колебаний питающего напрямощности, электронагревательный эле- 50 жения и температуры окружающей объекты мент, рабочийобъектидатчиктемпературы, среды, а затем по этому изменению при а также источник питания электронагрева- соответствующем щ м алгоритме регулирования тельных элементов и буферный усилитель- корректировать формируемые блоком выляющих воздействий сигнапреобразователь, связанный через АЦП с числения управляющи правляют посредством информационным входом блока вычисле- 55 лы, которые уп авляют п ния управляющих воздействий, дополни- усилителей мощности подачей напряжения тельно содержит последовательно на электронагревательные элементы объексоединенные электронагревательный зле- тов регулирования. объ к мент контрольного объекта, контрольный Тем самым учитываетс вается влияние внешъект и датчик температуры контрольного них возмуще б нии на о ъекты регулирования, 1735826 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 Вг).

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 электронагревател ь поступает уп равл я ющее воздействие, характеризующееся некоторым увеличением длительности управляющих импульсов (обозначим это воздействие через В4), 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 В1).

При вторичном изменении знака производной сигнала рассогласования (при достижении минимального значения температуры) на электронагреватель поступает управляющее воздействие, характеризующе5

55 еся первоначальной длительностью импульсов (Вг), B дальнейшем описанный процесс повторяется и в системе устанавливается устойчивый автоколебательный процесс с уменьшенной относительно обычного двухпозиционного 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 опре1735826 деление температуры контрольного объекта, после чего блок 10 выдает сигналы на вход управления коммутатором, обеспечивающие последовательную коммутацию сигналов с датчиков 1 температуры рабочих объектов 3. При каждом поступлении с АЦП

9 информации о температуре блок 10, используя информацию задатчиков 13 и 14, определяет диапазон температуры и знак производной сигнала рассогласования и выдает сигналы управления на соответствующий регулирующий выход, Алгоритм, блок-схема которого изображена на фиг. 2, реализует позиционную систему автоматического регулирования с импульсной коррекцией, а также с компенсацией влияния внешних воздействий, Согласно блок-схеме и обобщенному графику процесса (фиг, 3) регулирование температуры N объектов с электронагревательными элементами происходит следующим образом. После ввода информации посредством АЦП 9 с датчика 4 температуры контрольного объекта 6, определения этой температуры счетчик количества объектов устанавливается в "1" (j=1). Блок 10 выбирает первый рабочий объект и происходит ввод информации с датчика температуры этого объекта, определение диапазона температуры и знака производной. Обозначив через Оо температуру перехода на сниженную интенсивность нагрева, задаваемую задатчиком 14, а через Ор- температуру, задаваемую задатчиком 13, через « — текущую температуру объекта, а через ti — производную от значения этой температуры, получим следующие возможные диапазоны изменения ti. ti< О„, причем знак производной безразличен (первый диапазон);

Оо «< j9p, ti>0 (второй диапазон);

ti Op, «>О (третий диапазон); Ор, «<О (четвертый диапазон);

О„ «< Ор, «<О (пятый диапазон).

Обозначим управляющее воздействие на нагревательный элемент -го объекта в первом диапазоне через BOi, во втором — B2i, в третьем — Взь в четвертом — B4i, в пятом—

В1 (фиг. 3). Воздействие Boj характеризуется подачей на электронагреватель полного напряжения, Bz характеризуется длительностью импульсов yji импульсной последовательности напряжения питания нагревателя i-го объекта при фиксированном периоде этих импульсов у, Вз — длительностью Qj, Bjj — у4ь B4j — yji, На фиг. 3 напряжение, подаваемое на нагреватель, обозначено U1, а среднее значение напряжения Uz. Алгоритм формирования управляющих импульсов, являющийся раскрытием

yik Тк.о.

Тк.о.раси г У де — — относительное изменение длиУи( тельности паузы; каждого из блоков "Управляющее воздействие" (фиг, 2), следующий. Если блок 10 вычисления управляющих воздействий ни разу не производил отсчет времени у

5 (yj =у2 =.:.. =уч =у), то начинается отсчет времени yl. Если же блок 10 уже производил отсчет времени .yi, то, если отсчет закончен, осуществляется подготовка блока

10 к отсчету времени yik =14 — yik где к— номер диапазона температуры i-го рабочего объекта, к=1 — 5; yk — длительность импульсов в к-м диапазоне), после чего повторяется отсчет времени у . Если отсчет времени у не закончен, а блок 10 подготовлен к отсчету

I времени yik т,е, не производится отсчет времени у4 и сброшены отвечающие за отсчет времени yik устройства блока 10, то на

i-м регулирующем выходе блока 10 формируется сигнал логического "О", после чего

20 производится корректировка 14 по температуре контрольного объекта до значения yk u начинается отсчет времени yik. Если отсчет

I, времени yik 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

yik 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

35 увеличении температуры контрольного объекта управляющие воздействия корректируются в сторону уменьшения длительности импульсов (увеличения длительности паузы), при уменьшении этой температуры—

40 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 зависимостью

1735826

Тк.о. — относительное изменение

Тк.о.расч температуры 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, Обозначим

Тк.о.=Тк.о.расч.+ A Т при увеличении температуры контрольного объекта на AT u

Тк.о.=Тк.о.расч. AT при уменьшении температуры контрольного объекта на AT, тогда при увеличении температуры

yg" = К 11 (1.1-т- — ), к.о,расч. при уменьшении

11, =К,1„(1 ат ) 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 температуры контрольного объекта, а затем последовательно, с первого по N-й, датчики темпера5 туры рабочих объектов (фиг. 2).

Формула изобретения

Многоканальное устройство автоматического регулирования температуры, содержащее в каждом из каналов регулирования

10 последовательно соединенные усилитель мощности, электронагревательный элемент, рабочий объект и датчик температуры, а также источник питания электронагревательных элементов и буферный усилитель15 преобразователь, связанный через АЦП с информационным входом блока вычисления управляющих воздействий, о тл и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит по20 следовательно соединенные электронагревательный элемент контрольного объекта, а также. коммутатор и задатчик температуры перехода на сниженную интенсивность нагрева, причем выходы датчиков температу25 ры каждого канала регулирования и выход датчика температуры контрольного объекта соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, выход которого соединен с входом буферного

30 усилителя-преобразователя, а управляющий вход — с выходом управления коммутатором блока вычисления управляющих воздействий, вход каждого из усилителей мощности соединен с одним из регулирую35 щих выходов блока вычисления управляющих воздействий, к входу задания которого подключен общий выход задатчиков температуры и температуры перехода на сниженную интенсивность нагрева, а электро40 нагревательный элемент контрольного объекта подключен к источнику питания электронагревательных элементов, 1735826

1735826

Составитель И.Березин

Техред М,Моргентал Корректор Л.Бескид

Редактор С.Пекарь

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

Заказ 1815 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5