Система управления процессом нагрева с использованием моделирующего устройства

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцнаннстнческнх ттаснубпнк

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свмд-ву t» 760029 (51)PA. Кл З (22) Заявлено 301179 (21) 2845792/18-24 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

G 05 В 17/00

G 05 0 23/20

ГосударствеиныЯ комитет

СССР

ro делам изобретеииЯ и открытиЯ

Опубликовано 300981, Бюллетень Йо 36

Дата опубликования описания 300981 (53) УДК 681.ззз (088.8) Ю.Н.Бойков, Н.В.Дилигенский, М.Ю.Лившиц, Э.Я.Рапопорт и Г.Н.Рогачев (72) Авторы изобретения

Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева (71) Заявитель (55} СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ НАГРЕВА

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДЕЛИРУЮЩЕГО

УСТ РОЙ СТВА

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, может быть использовано при термообработке деталей, плавке, нагреве перед пластической деформацией и т.д.

По основному авт.св. 9760029 известна система управления процессом нагрева, содержащая устройство для решения уравнений теплопроводности, выход которого подключен ко входу блока выделения модуля, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого подключен к,выходу блока задания эталонного напряжения, выход регулятора мощности соединен со входом обьекта управления, выход датчика температуры подключен к первому входу сумматора, выходы которого через первую группу замыкающих контактов релейного коммутатора соединены со входами соответствующих интеграторов, выходы которых через вторую группу замыкающих контактов релейного коммутатора подключены ко второму входу сумматора, выходй интеграторов соединены с одними входами модулирующего устройства для решения уравнений теплопроводности, и синхронизатор, а также блок задания переменных параметров и блок эадания нелинейности, выход которого подключен ко входу регулятора мощности, вход блока задания нелинейности соединен с выходом блока сравнения, выходы блока задания переменных параметров подключены с другими входами моделирующего устройства для решения уравнений теплопроводйости, вход датчика температуры соединен с

10 выходом релейного коммутатора, вход которого подключен ко входу синхронизатора f1 ).

Цель изобретения — расширение области применения и повышение точности

35 нагрева заготовок мощностью переменной величины.

Указанная цель достигается тем, что в систему управления процессом нагрева с использованием модели20 рующего устройства введены блоки аналоговой памяти и последовательно соединенные датчик мощности, нормирующий преобразователь и управляемый источник напряжения, выход которого через соответствующие замыкающие контакты третьей групгы подключен ко входам соответствующих блоков аналоговой памяти, выходами присоединенных ко входам блока задания переменЗО ных параметров, а вход датчика мощ868708 ности подключен к соответствующему выходу регулятора мощности.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы.

Система управления процессом нагрева включает объект 1 управления, представляющий собой нагреватель с ,нагреваемым телом, блок 2 задания нелинейности, регулятор 3 мощности, датчик 4 температуры, сумматор 5, интеграторы 6-8,релейный коммутатор

9, первую и вторую группы замыкающих .контактов 10-12 релейного коммутатора. Датчик 4 температуры вместе с интеграторами 6-8, релейным коммутатором 9 и синхронизатором 13 составляют идентификатор 14, присоединенный к граничным узлам моделирующего устройства 15 для решения уравнений теплопроводности, представляющего собой сеточный интегратор, узлы которого подключены ко входу блока 16 выделения модуля.

B систему также входят блок 17 сравнения, блок 18 задания эталонного напряжения и блок 19 задания переменных параметров. Блок 19 содержит набор реэистивных цепочек. Количество резисторов в каждой цепочке может достигать величины, равной количеству узлов в соответствующем временном слое модели, причем с одной стороны каждый резистор подключен к определенному узлу сеточного интегратора, а с другой стороны они объединены и подключаются через блоки 2022 аналоговой памяти и через третью группу замыкающих контактов 23-25, управляемых коммутатором 9, к управляемому источнику 26 напряжения, соединенному через нормирующий преобразователь 27 и датчик 28 мощности с выходом регулятора мощности. Объект управления может быть снабжен системой 29 стабилизации температуры поверхности нагреваемой заготовки, автоматически или с помощью оператора воздействующей на непрерывный вход регулятора 3 мощности при достижении сигнала на ее входе от датчика 4 температуры заданного уставкой Е уровня стабилизации.

Система работает следующим образом.

С поступлением нагреваемого тела в нагреватель срабатывает синхронизатор 13, и коммутатор 9 своим контактом 10 присоединяет датчик 4 температуры к первому временному слою моделирующего устройства 15 через астатическую систему стабилизации, состоящую из интегратора 6, охваченного отрицательной обратной связью.

Система уравновешивает напряжение на границе первого временного слоя и напряжение датчика 4, пропорциональное температуре поверхности т ла на первом участке дискретизации временной переменной. Одновременно автоматически выставляются начальные условия, соответствующие данному процессу, а также контактом 23 присоединяется к управляемому источнику напряжения первая цепочка резисторов 30,, л

30 > блока 19 задания переменных параметров. Ток по резисторам 30 моделирует тепловые источники (стоки ).

При нагреве с поверхности (конвекционный, радиационный нагрев) резисторы 30 присоединены к граничным узлам моделирующего устройства.

В случае нагрева тела внутренними теплоисточниками (например, индукционный нагрев) резисторы 0 присоединены также и к внутренним узлам

15 моделирующего устройства. Напряжение управляемого исто ника 26, а значит и ток резисторов 30, моделирующий теплоисточники (стоки), пропорционален коэффициенту мощности нормирующего преобразователя 27 на выходе регулятора 3, подверженной воздействию неконтролируемых возмущений И и целенаправленных изменений с помощью систеьы 29 стабилизации.

При истечении времени, соответствующего шагу дискретизации, коммутатор 9 размыкает входную цепь и обратную связь первого интегратора 6, на котором запоминается уравновешенное напряжение, и замыкает цепь второго интегратора 7, соответственно замыкается контакт 24, и вторая резисторная цепочка подключается к управляемому источнику 26 напряжения. Одновременно с этим происходит размыкание контакта 23 с отключением первой реэистивной цепочки и запоминанием блоком 20 аналоговой памяти значения выходного сигнала управляемого источника напряжения в этот момент време4О ни °

Таким образом, осуществляется идентификация процесса по граничным условиям и по переменному уровню мощности нагрева: изменения температуры поверхности нагреваемого тела и мощности нагрева благодаря действию идентификатора 14 и блока 19 задания переменных параметров отражаются на состоянии моделирующего устрой50

Поиск и реализация оптимального дзухинтервального алгоритма управления нагревом в условиях ограничения на допустимую температуру поверхности нагреваемой заготовки осуществляется следующим образом. Первый интервал состоит в поддержании максимально возможной величины мощности нагрева и автоматическом отслеживании на модели величины этой мощности. При достижении температурой поверхности заготовки заданного уставкой уровня срабатывает система 29 стабилизации температуры снижает уровень мощности, поддерживая температуру поверхности заготовки равной заданной. Пропор868708 ционально выходному сигналу регулятора 3 мощности изменяется сигнал на выходе источника 26 регулируемого напряжения, чем отражаются на модели реальные изменения мощности, подводимой к объекту управления.

Одновременно с этим ведется поиск оптимального момента переключения.

Блок 16, представляющий собой диодную .матрицу, выделяет максимальное по модулю напряжение с узлов сеточного интегратора. Это напряжение сравнивается на блоке 17 сравнения — балансном усилителе — с эталонным напряжением блока 18.

Если критерием оптимальности служит так называемый минимальный критерий, который требует выбора такого управляющего воздействия, которое в момент окончания процесса нагрева обеспечивает минимально возможное отклонение температуры от заданной во всех точках дискретизации сечения заготовки, то управление в этом случае обеспечивает также и максимально возможную производительность установки.

Блок 16 выделения модуля в этом случае подключается к узлам интегратора, соответствующим времени окончания процесса. При этом блок 16 совместно с блоком 17 сравнения и блоком 18 задания эталонного напряжения формирует экстремальную характеристику, имеющую глобальный экстремум в точке минимума критерия оптимальности. Характеристика формируется на основе температурного поля во всем временном дйапазоне, включая прогнозируемые моменты Времени.

Таким образом, если какой-то й-ый временной слой сеточного интегратора соответствует оптимальному моменту переключения, то при достижении этого момента в процессе нагрева оказывается зашунтированным И-нй контакт блока 19 задания переменных параметров, а блок 16 выделяет с последнего временного слоя модели максимальный потенциал, равный эталонному напряжению,. что приводит к переключению блока 2 в результате появления нулевого потенциала на выходе блока 17 сравнения, а это, в свою очередь, приводит к отключению мощности, подводимой к нагревателю.

Применение предлагаемой систеьы управления процессом нагрева позволяет повысить точность и качество нагрева за счет сохранения правильного температурного режима при наличии помех и ограничений, накладывае15 мых на температуру поверхности нагреваемого тела.

Формула изобретения

Система управления процессом нагрева с использованием моделирующего устройства по авт.св. Р 7-6-00-.2=9, о т л и ч а ю щ а я с- я- тем; что, с це-. лью расширения- области применения системы, она содержит блоки аналоговс и памяти и последовательно соеди ненные датчик мощности, нсрмирующий преобразователь и управляемый источник напряжения, выход которого через соответствующие замыкающие контакты третьей группы подключен ко входам

„-оответствующих блоков аналоговой памяти, выходами присоединенных ко входам блока задания переменных параметров, а вход датчика мощности подключен к соответствующему выходу регул.ятора мощности.

Источники информации, 40 принятые во внимание r ри экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 760029, кл. G 05 В 17/00, G 05 0 23/29,,1978 (прототип) .

868708

Составитель A.Ðóëååâ

Редактор И.Михеева Техред A.Бабинец

Корректор Л.Бокшан

Фйлиал ППП "Патент ", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8326/68 Тираж 943 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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