Программный регулятор температуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

=Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22).Заявлено 231178 (21) 2687518/18-24 (М с присоединением заявки Но (23) Приоритет

6 05 0 23/19

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий

Опубликовано 1501.81. Бюллетень No 2

Дата опубликования описания 180181 (53) УДК 621.. 555. 6 (088.8) (72) Авторы изобретения

П.П. Яшинскас и В.В. Лещенко (71) 3аяв итель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики полупроводников AH Литовской CCP (54) ПРОГРАММНЫЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к регулиро ванию и управлению температуры, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры.

Известны прецизионные регуляторы температуры с программным заданием температуры, содержащие задающее устройство, датчик температуры (измеритель), регулирующее устройство для осуществления пропорциональноинтегрально-дифференциального (ПИД) закона регулирования (1).

В таких регуляторах температуры при выводе температуры на задаваемый уровень имеет место перерегулирование, возникающее из-за специфики работы ПИД-регулятора.

Наиболее близким к предлагаемому является регулятор температуры

РПТ-ÇM, содержащий задатчик и датчик для преобразования контролируемого параметра (температуры) в электрический сигнал, выходы которых подключены к элементу сравнения, выполненному на усилителе, который подключен своим выходом ко входам линейного усилителя, дифференциатора и интегратора, которые своими выхоцами подключены к входам сумматора.

Выход сумматора подключен ко входу исполнительного органа(2).

Недостатком этого регулятора температуры является наличие перерегулирования при выводе температуры на задаваемое программой значение. Это связано со спецификой работы ПИД-регулятора, которая заключается в слецующем. Линейный участок работы регулятора иэ-эа необходимости большого коэффициента усиления в элементе сравнения составляет только несколько процентов (около 2-3% для РТП-3N) от всего рабочего диапазона регулято15 ра, поэтому при больших разностях задаваемой и действительной температур элемент сравнения выходит в режим ограничения, ПИД-регулятор перестает работать пропорцйонально и должен

20 быть отключен. В известных программных регуляторах температуры вывод температуры на заданное значение выполняется вручную с применением специальных схемных решений для "безу25 дарного" переключения на автомати- ческое регулирование. Нормальная работа ПИД-регулятора возможна только на программах с участками конечной небольшой крутизны, пока при отработке программы регулятор не выходит из

796810 своего линейного участка. Невозможно автоматически выйти на заданную температуру без перерегулирования при отработке задаваемых программой резких больших изменений значения температуры.

Цель изобретения — повышение точности регулятора.

Цель достигается тем, что регуля тор температуры, содержит первый ключ и последовательно соединенные компаратор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — со входом сумматора, причем выход элемента сравнения подключен ко входу компаратора и первому входу первого ключа, вторым входом связанного с выходом компаратора, а выходом — со входом интегратора.

На чертеже представлена блок-схема одного из возможных вариантов программного регулятора температуры. Щ

Регулятор температуры содержит программный .задатчик температуры 1, датчик температуры 2 для преобразования контролируемого параметра (температуРы) в электрический сигнал, эле- 2 мент сравнения 3, линейный усилитель

4, дифференциатор 5, компаратор б, первый ключ 7 и второй ключ 8, интегратор 9, сумматор 10, исполнительный орган 11 и схему установки интегратора в исходное состояние 12.

Регулятор температуры работает следующим образом.

При включении регулятора для отработки заданной программы на вход Х схемы установки в исходное состояние

12 интегратора 9 подается. сигнал пуска программы, устанавливающий интегратор 9 в исходное состояние, соответствующее установившемуся состоянию интегратора 9 при начальной тем- 40 пературе объекта регулирования (например, состояние, соответствующее

"нулевой" начальной температуре).

Этим искусственно для интегратора 9 создается предыстория, приводящая к тому, что. начальный скачок программы с исходной температуры на заданную приравнивается очередному скачку в пределах программы. В процессе ра- . зогрева управляемого объекта и приближения к задаваемой программой температуре элемент сравнения 3, выполненный на усилителе, работает сначала в режиме ограничения, так как участок его линейной работы иэ-за необходимости большого усиления состав- ляет всего несколько процентов от всего (максимального) рабочего температурного диапазона регулятора.

Таким образом, хотя разница сигналов с задатчика 1 и с датчика 2 и меняет- go ся (в сторону уменьшения), выходной сигнал элемента сравнения 3 неизменен и равен максимальному (положительному или отрицательному) выходному напряжению, передаваемому через 65 линейный усилитель 4 и сумматор 10 на исполнительный орган 11, обеспечивая тем самым подачу максимальной мощности на объект регулирования.

Дифференциатор 5 не функционирует, так как сигнал на е2"о входе не меняется. Компаратор б выдает управляющий сигнал, запирающий оба ключа 7 и 8, следовательно, интегратор 9 отключен и остается в исходном состоянии. Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью. Когда разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 уменьшается настолько, что элемент сравнения 3 выходит из ограничения, начиная работать в линейном режиме усиления, и его выходной сигнал начинает пропорционально уменьшаться (по абсолютному значению) срабатывает компаратор б. С выхода компаратора б на управляющие входы ключей 7 и 8 подается сигнал, открывающий эти ключи. Через ключ 7 вход интегратора 9 подключается к выходу элемента сравнения 3. Через ключ 8 выход интегратора 9 подключается ко входу сумматора 10. Таким образом интегратор 9 включается в работу ПИДрегулятора. Дифференциатор 5 тоже начинает функционировать, так как выходной сигнал элемента сравнения 3 начал меняться. Вся работа ПИД-регулятора начинается вблизи заданной температуры, когда элемент сравнения 3 выходит из ограничения и срабатывает компаратор б, выставленный на уровень (по абсолютному значению) несколько ниже максимального выходного напряжения элемента сравнения 3.

Так как начальная установка интегратора 9 в исходное состояние соответствует низкой начальной температуре (условно "нулевой"), то интегратор 9 выдает со своего выхода сигнал, который уменьшает мощность, подаваемую на объект регулирования. Такое же тормозящее действие оказывает и дифференциатор 5. Выходной сигнал сумматора 10 через исполнительный орган

11 значительно ограничивает мощность, подаваемую на объект регулирования.

Этим сильно тормозится скорость нарастания температуры при подходе к заданному значению температуры. Поэтому выход на режим — на заданную температуру — происходит без перерегулирования, асимптотически "снизу". В процессе дальнейшей работы

ПИД-регулятор функционирует как обычно, обеспечивая нужную точность peryлирования температуры объекта. ПИД-регулятор работает таким образом, пока в программе нет резких изменениЯ величины задаваемой температуры. При этом элемент. сравнения 3 не выходит из своего линейного режима, и компаратор 6 своим выходным сигналом удерживает ключи 7 и 8 открытыми.

Если в программе, в процессе ее от796810 работки, имеется резкое изменение зацаваемого значения температуры, например, в сторону уменьшения (для перехода на поддержание более низкой температуры), приводящее к переходу элемента сравнения 3 в ограничение, компаратор 6 срабатывает и выдает сигнал, запирающий ключи 7 и 8. Интегратор 9 отключается своим входом от выхода элемента сравнения 3 и своим выходом — от входа сумматора 10.

Так как на выходе элемента сравнения

3 имеется опять максимальный (отрицательный или положительный) неизмен,ный сигнал, дифференциатор 5 тоже перестает фУйкционировать. На вход сумматора 10 поступает толъко выходной сигнал линейного усилителя 4. Это приводит к тому, что на объект регу-. лирования прекращается подача мощности. Происходит пассивное остывание регулируемого объекта. В процессе остывания, когда элемент сравнения 3 выходит из ограничения, работа регулятора температуры опять становится аналогичной описанной. Срабатывает компаратор 6, подавая со своего выхода сигнал, открывающий ключи 7 и 8. B результате интегратор 9 подключается ключами 7 и 8 к контуру ПИД-регулятора. Начинает функцио- нировать дифференциатор 5. Так как интегратор 9 сохранил свое состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и выходной сигнал дифференциатора 5, подаваемые на сумматор 10, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры (остывания) в регулируемом объЪкте путем подачи в него некоторой мощности для подогрева. ПИД-регулятор начинает функционировать и.асимптотически "сверху" выводит температуру на заданный уровень без перерегулирования.

Использование такого программного регулятора температуры позволяет повысить качество автоматической обработки задаваемых температурных программ путем устранения перерегулирования на резких скачках программы, Это позволяет улучшить воспроизводимость параметров и улучшить качество получаемых образцов, полнее автоматизировать технологический процесс термической обработки материалов.

Такой регулятор позволит автоматичес« ки, без ручного вывода на заданную температуру, и по более сложным программам обрабатывать вещества, температура плавления которых близка к критической температуре, при которой происходит разложение или даже взрыв данного вещества.

Ъ формула изобретения

Программный регулятор температуры, содержащий задатчик и датчик темпера2О туры, выходы которых подключены ко входу элемента сравнения, выход которого связан со входами линейного усилителя и дифференциатора, выходами подключенных ко входам сумматора, выход которого соединен со входом исполнительного органа, а также интегратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулятора, он содержит первый ключ и последовательно соединенные компаЗо ратор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — со входом сумматора, причем выход элемента сравнения подключен ко входу компаратора и перво35 му входу первого ключа, вторым входом связанного с выходом компаратора, а выходом — co входом интегратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

4О 1. Певзнер В.B. Прецизионные регуляторы температуры. М., "Энергия", 1973, с. 176-187.

2. Регулятор температуры программный РТП-ЗМ. Техническое описание.

%Н СССР, Институт радиотехники и электроники, 1977 (прототип).

796810 тираж949 Подписное

BHHHIIH Государственного Комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 9768/65

Филиал ППП "Патент, r. У кгород, ул. Проектная, 4

Составитель С. Стрелецкий

Редактор К. Волощук Техред Т . Маточка Корректор И. Муска т