Термостатирующее устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресттублки (И1943666 (81) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 23. 12. 80 (21) 3224725/18-24 с присоелинением заявки М{23) Приоритет (51)M, Кл.

С 05 0 23/19

3Ъвудвраванкый коиитвт

СССР во далзк кзвбрвтвкик и открытий

Опубликовано 15.07.82: ° Бюллетень М 26 . Дата опубликования описания 17.07.82 (53) УД,К 621.555, .6(088.8) (72) Автор изобретения ." 1:.. .".":: Ч

Г.В.Евстратов (. .,, ?, f

1, Харьковский ордена Ленина политехнйчвакий .институт, им.В.И.Ленина (7l ) Заявитель (54) ТЕРМОСТАТИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а более конкретно — к системам управления термостатами, предназначенными для термостатирования различных радиоэлектронных элементов автоматики, а также относится к программным и оптимальным по быстродействию устройствам управления объектами с распределенными параметрами при неполном измерении.

Известно термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к блоку управленитт, к выходу которого через последовательно соединенные ключевой элемент и усилитель мощности подключен нагреватель, а также содержащее подключенные к выходу ключевого элемента пос" ледовательно соединенные генератор линейно-возрастающего напряжения и пороговый элемент, выход которого подключен к одному из плеч термочувствительного моста 11).

Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, а также то, что данное устройство работает только иа подогрев, т.е. работает только в тех условиях, когда температура статирования выше температуры окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост и задатчик температур, подключенные к блоку управления, компаратор, последовательно соединенные генератор монотонно возрастающего напряжения и первый пороговый элемент, последовательно соединенные основные усилитель мощности н исполнительный элемент, а также подключенные к первому выходу блока управления последовательно соединенные блок памяти начальной температуры, дифференциальный усилитель, второй пороговый элемент, смеситель видеоимпульсов и управляю15

29

35

3 .. 94366 щий триггера, а также коммутатор напряжений с зоной нечувствительности, инвертирующий повторитель и коммутатор напряжений первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мощности, причем второй вход дифференциального усилителя связан с выходом задатчика тем- ф пературы, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастающего напряжения, а выход - со вторым входом второго порогового элемента, выходы управляюще-; го триггера подключены к управляющим входам коммутатора напряжений (2).

Недостатком данного устройства является низкая точность управления теплофизическим объектом в переходном режиме при различных ограничениях на градиенты температур в заданных точках управляемого объекта с распределенными. параметрами.

Цель изобретения - повышение точности управления теплофизическим объектом в переходном режиме при неполном измерении (ограниченных возможностей измерения) параметров объекта управления.

Цель достигается тем, что в термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к входу блока управления, коммутатор напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а

40 второй и третий входы — с выходом компаратора, причем первый и второй выходы коммутатора напряжений. подключены к входу последовательно соединенных основных усилителя мощности 45 и исполнительного элемента, а третии выход — ко входу последовательно соединенных форсажных усилителя мощности и исполнительного элемента, управляющий триггер, прямой выход которого соединен с первым управляющим входом коммутатора напрядений, а инверсный выход - со вторым и третьим управляющими входами коммутатора напряжений введен программный блок фор мирования временных интервалов, первый выход которого подключен ко входу компаратора, а второй выход - к первому входу управляющего триггера.

6 4

Кроме того, указанная цель достигается тем, что блок формирования временных интервалов содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, линейку двоичнодесятичных счетчиков, блок де шифраторов, а также блок логических элементов И, входы каждого из кото-. рых подключены через коммутационнонаборную панель к соответствующим. выходам блока дешифратора, причем выход одного из элементов блока элементов И является вторым выходом блока формирования временных интервалов, а выходы остальных элементов блока элементов И годключены к входам логичег.кого элемента ИЛИ, выходом связанногв со счетным входом триггера, выход которого является первым выходом блок4 формирования временных интервалов, причем установочные входы линейки двоично-десятичных счетчиков и триггера соединены между собой и являются входом блока.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Термостатирующее устройство содержит термочувствительный мост 1, блок управления 2, коммутатор напряжений 3, основной усилитель можнос" .ти 4, основной исполнительный элемент

5, блок 6 формирования временных интервалов, компаратор 7, управляющий

RS-триггер 8, форсажный усилитель мощности 9, форсажный исполнительный орган 10. Клеммы, на которые подается установочный сигнал (сброс), обозначены позицией 11. Кроме того, блок

6 формирования временных интервалов содержит генератор 12 импульсов, стабилизированный кварцем, делитель частоты 13 линейку двоично-десятичных счетчиков импульсов 14,. блок из К дешифраторов двоично-десятичного кода в десятичный 15, коммутационно-наборную панель 16, блок К-входовых логических элементов И 17, логический элемент ИЛИ 18, RS-триггер со счетным входом 19.

В таком устройстве в качестве исполнительных элементов могут применяться как всевозможные электрические нагреватели (охладители), так и управляемые реверсивные термобатареи.

В предлагаемом устройстве объект термостатирования наблюдается только в одной точке, так как датчик температуры термочувствительного моста ус5 94366 тановлен на входе объекта термостатирования (т.е. возле нагревателя).

При работе устройства,в котором в качестве объекта управления берут например, кристалл кварца, который помещен в теплопроводную камеру термостата. В качестве исполнительного органа берут управляемую термобатарею, размещенную на боковой поверхности камеры термостата, рядом с которой (на 1О входе объекта) размещен также датчик температуры. Особенност ью управления . данным объектом и ему подобных является то, что такие объекты не наблюдаемы, т.е. в заданных точках объ- И екта в каждый данный момент времени нельзя измерить температуру, так как установка датчика температуры внутри объекта (например, кристалла кварца) приводит к полной или частичной поте- 20 ре работоспособности последнего.

При включении питания на блок формирования временных интервалов 6 и на управляющий триггер 8 через входной зажим 11 подается установочный сигнал (сброс), который устанавливает схему в исходное положение. После этого коммутатор напряжений 3 под действием управления с триггера 8 подключает выход компаратора 7 ко входам основного 4 и форсажного 9 усилителей мощности, а выход блока .. управления 2 при этом отключается от входа основного усилителя мощности 4.

В начальный момент времени на

35 вход компаратора 7 с выхода блока формирования временных интервалов 6 поступает напряжение определенного уровня, которое устанавливает компаратор 7 в заданное начальное состояние. Таким образом, компаратор 7 переводит основной 4 и форсажный 9 усилители мощности в режим насыщения, последние, в свою очередь, выводят блок реверсивных термобатарей 5 и 10

45 на полную мощность, определяя тем самым начало форсированного выхода объекта в режим. Температура объекта термостатирования начинает изменяться с максимальной скоростью в сторону

50 заданной температуры статирования Т

При этом напряжение на.первом выходе блока формирования временных интервалов 6 скачком переходит в другое состояние (на другой уровень) в тех слу55 чаях, когда или температура .на входе объекта управления (ТВ ) достигнет своего предельного значения или градиент температур любой иэ заданных

6 6 выходных точек объекта относительно входной превысит допустимую величину.

Таким образом, до того момента; пока входные и выходные координаты объекта не достигнут своих предельных значений, объект движется в сторону заданного конечного состояния с максимальной скоростью при предельном значении управляющего воздействия. Как только хотя бы одна из координат объекта достигнет своего предельного, значения, то управляющее воздействие на входе компаратора 7 меняет свой знак на обратный. Объект начинает двигаться с максимальной скоростью в обратную сторону, и снова при переходе границы области допустимых значений координат управляющее воздействие меняет свой знак. Таким образом, программным управлением организуют движение объекта термостатирования по границе области допустимых значений его входных и выходных коордйнат до окончания переходного процесса, в течение которого регулятор и объект управления представляют собой разомкнутую систему, удерживающую входные и выходные координаты объекта на допустимых значениях.

При этом после и интервалов программного управления и по истечении определенного фиксированного времени с начала переходного процесса со второго выхода программного блока формирования временных интервалов 6 поступает импульс, который своим передним фронтом перебрасывает управляаиций триггер 8 в другое состояние, последний, в свою очередь, производит переключение каналов коммутатора

3. При этом одновременно выход компаратора 7 отключается от входов усилителей мощности 4 и 9, а выход блока управления 2 подключается ко входу основного усилителя мощности 4. Таким образом, момент срабатывания управляющего триггера 8 свидетельствует об окончании разгона управляемого объекта в режим и начало режима стабилизации его на конечном заданном уровне. Начиная с этого момента, регулятор и блок управления пред" ставляют собой уже замкнутую систему, де блок управления 2 отрабатывает ошибку рассогласования„ компенсируя запасенную энергию объекту термоста-, тирования. Температура объекта начинает выравниваться по всему объему и это происходит быстрее, когда в

943666 качестве исполнительного элемента служит управляемая реверсивная термобатарея, так как в системе появляется возможность отбора лишнего тепла (холода) за счет изменения знака

5 температуры нагревателя .Т . При достижении равенства температур во всех точках поля заданной температуре статирования переходный процесс заканчивается, а последующее регули- 16 рование осуществляется исключительно блоком управления 2 в соответст-вии с заложенным в него законом регулирования (релейный, пропорциональный, пропорционально-интегральный и l5 т.д.).

При работе программного блока фор. мирования временных интервалов 6 (см. чертеж) после того, как входной установочный сигнал (сброс), поданный 20 на клемму 11, установит в нуль счетчики линейки двоично-десятичных счетчиков 14, импульсы с задающего генератора 12, стабилизированного кварцем, поступают через делитель частоты 13 Й на линейку последовательно включенных двоично-десятичных счетчиков 14.

Подключенные к выходам счетчика 14 дешифраторы 15 преобразуют последовательность импульсов в десятичный код. 36

На выходах каждого дешифраторМ (каждой декады) блока 15 появляются импульсы, сдвинутые на время, равное

l0 ) Т относительно импульса на предыдущем выходе, Где 11 — номер декады,:3g начиная со старшей, Т - период (сек) повторения десятичного кода на выходах блока дешифраторов 15, определяемый емкостью и счетчика 14, частотой ,f (Гц) генератора импульсов 12, и ко- gp эффициентом К деления частоты на выходе делителя частоты 13, т.е.

Собст венно программу управления объектом набирают на коммутационнонаборной панели 16, а с выхода RSтриггера 19 получают и в общем случае

i неравномерных интервалов управления, в каждом из которых управляющий сигнал принимает свое предельное значение, т.е. управление является релейным. В конце каждого интервала происходит изменение знака управляющего сигнала. Последний (и+1)-ый интервал управления набирается с помощью (и+1)го элемента И блока 17,свыхода которого подается импульс на управляющий триггер 8, который осуществляет скачкообразный переход от программного разомкнутого управления к замкнутому управлению. Причем вход компаратора 7 подключается к прямому или обратному выходу RS-триггера 19 в зависимости от знака разности между температурой статирования Т т и начальной температурой объекта Tp(os), т.е. в зависимости от знака АТТет-T<(op)

В предлагаемом устройстве программа оптимального управления объектом зависит от начальных и граничных ус" ловий, а также зависит от ограничений, накладываемых на входное и выходные коорбинаты объекта, т.е. зависит от температурного перепада межжу температурой статирования и начальной температурой объекта, от предельно допустимой температуры на входе объекта, а также зависит от величины предельно допустимых градиентов температурного поля. Поэтому программа управления определяется предварительно для конкретных условий, например методом электромоделирования.

Предлагаемое устройство выгодно отличается от известных тем, что на нем можно с высокой точностью осуИ. К

Т—

Период Т при необходимости регули руют посредством изменения коэффициента К делителя частоты 13. На коммутационно-наборной панели 16 с помощью К-входовых логических элементов

И блока 17 можно выделять любой из импульсов в периоде T. Таким образом, выделяя нужные импульсы в периоде Т с помощью логических элементов И блока 17 и подавая их через элемент ИЛИ

18 на счетный вход RS-триггера 19, тем самым осуществляют программное управление теплофизическим объектом с распределенными параметрами ° ществлять программный выход (в том числе и оптимальный) объекта в режим при неполном измерении для различных конкретных условий теплообмена с окружающей средой, при которых осуществляется переходный процесс.

Формула изобретения

1. Термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к входу блока управления, коммутатор напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй и третий

94 входы - с выходом компаратора, причем первый и второй выходы коммута" тора напряжений подключены к входу последовательно соединенных основных усилителя мощности и исполнительного элемента, а третий выход - к входу последовательно соединенных форсажных усилителя мощности и исполнительного элемента, управляющий триггер, прямой выход которого соединен с первым управляющим входом коммутатора напряжений, а инверсный выход - со вторым и третьим управляющими входами коммутатора напряжений, о т л ичающее с я тем, что, с целью повышения точности управления теплофизическим объектом в переходном режиме при неполном измерении состояния объекта.и при различных ограничениях измерения параметров объекта управления, оно содержит программный блок формирования временных интервалов, первый выход которого подключен ко входу компаратора, а второй выход - к первому входу управляющего триггера.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования временных интервалов содер-!

3666 10 жит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель часто-. ты, линейку двоично-десятичных счетчиков, блок дешифраторов, а также

s блок логических элементов И, входы каждого из которых подключены через коммутационно-наборную панель к соответствующим выходам блока дешифраторов, причем выход одного из элементов блока элементов И является вторым выходом блока формирования временных интервалов, а выходы остальных элементов блока элементов И подключены ко входам логического элемента ИЛИ, 1S выходом связанного со счетным входом триггера, выход которого является первым выходом блока формирования временных интервалов, причем установочные входы линейки двоично"десящ тичных счетчиков и триггера соединены между собой и являются входом бло ка.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

25 1. Авторское свидетельство СССР

11 549792, кл. G 05 0 23/24, 1977

2. Авторское свидетельство СССР по заявке H 2922725/18-24, кл. G 05 0 23/19, 08.05.80 (прототип).