Устройство для регулирования температуры

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Соцналнстнчесннх

Республик р)999029 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 190181 (21) 3238844/18-24

Р М К з с присоединением заявки №вЂ”

6 05 D 23/19

Государственный комнтет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

f f3)УДК 821 SSS. .6 (088.8) Опубликовано 2 0283. Бюллетень ¹ 7

Дата опубликоваиия описания 230283 (72) Автор изобретения

В.С. Райлян (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к технике автоматического управления, а конкретно к системам регулирования температуры.

Известны автоматические устройства для регулирования температуры, содержащие, в основном, задатчики, схемы сравнения, регуляторы, испслнительные блоки, цепи обратной. связи и корректирующие звенья. В большинстве случаев используются регуляторы с линейным законом регулирования, например пропорционально-интегрально-дифференциальные (ПИД) регуляторы jlJ .

Однако использование этих регуляторов для регулирования температуры в установках для тепловых испытаний широкого класса иэделий, отличающихся,массами, объемами, теплофиэическими характеристиками и программами испытаний, практически неудобно,так как необходима настройка блока управления при переходе от одного изделия к другому и проведение испытаний на макетах, отдельно для каждого изделия, с целью добиться минимальной погрешности испытаний. Кроме того, в устройствах для регулирования температуры с использованием ПИД регуляторов при широких диапазонах измерения температуры погрешность регулирования зависит от скорости изменения температуры и от величины температуры на поверхности изделия.

Для уменьшения этой зависимости в устройствах для регулирования температуры вводятся различные корректирующие .цепи. Это частично улучшает качество регулирования, но вместе с тем усложняет систему в целом.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для ре. гулирования температуры, содержащее

15 последовательно со диненный усилитель, сумматор, усилитель мощности, исполнительный механизм, масштабный блок и элемент сравнения, выход которого соединен с одним из входов сумматора. В устройстве, с целью повышения точности управления при наличии транспортного запаздывания объекта управления, введены последовательно соединенный коммутатор с переменным порогом срабатывания и блок запаздывания, выход которого соединен с входом интегратора, пер" вый вход коммутатора связан со входом усилителя, а второй вход соединен с одним иэ выходов исполнительного механизма. Сущность известно устройства заключается н том, что благодаря коммутатору оно работает в двух режимах с постоянными параметрами, причем переход с режима на режим осуществляется в релейном режиме. Таким образом, с точки зрения закона регулирования н первом режиме осуществляется пропорциональное регулирование с постоянными параметрами, а во втором пропорциональноинтегральное регулирование с запаздыванием f2) .

Введение дополнительных звеньев частично повышает точность управления, но.не устраняет недостатки, присущие интегральным регуляторам при управлении объектов с переменной постоянной времени, например регулирование температуры при инфракрасном нагреве объектов с переменными тепло"Щ физическими характеристиками или при переменных возмущающих воздействиях изменение оптических свойств передающей среды, оптических свойств поверхности и др. 25 сравнения от входа блока регулирования, то можно писать Ъ

Ò ТэW> Wz 4рWo>

К (1) где Т вЂ” истичная температура на

Ъ объекте;

W — передаточная функция регулятора; .W - передаточная функция объекта

О управления и тракта измерения температуры, причем

Т2

« аТдoп " где 2- — текущая погрешность регулиТ рования; Т вЂ” максимальная абсолютная доя допустимая погрещность;

К вЂ” коэффициент пропорциональности (постоянное число) . можно сократить на Т правую и левую части равенства (1). В этом случае получаем соотношение

Цель изобретения — повышение точности и упрощение настройки устройства.

ЗО

Эта цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и эадатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, к выходу которого у подключен усилитель, выходом связанный с первым входом сумматора, и последовательно соединенные усилитель,,диод и эмиттерный повторитель, выхо" дом соединенный с вторым входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный механизм, причем к точке соединения диода и эмиттерного повторителя подключены параллельно соединенные интегрирующий конденсатор и разрядный резистор, другие выводы которых заземлены, введен блок упранления, а разрядный резистор выполнен регулируемым, при этом блок управления включен между выходом элемента сравнения и управляющим 5О входом регулируемого разрядного резистора, причем блок управления может быть выполнен н ниде усилителя, .Необходимость регулирования постоянной времени блока регулирования 55 в зависимости от изменения величины постоянной времени объекта управления в системах регулирования температуры вытекает из теории автоматического управления. бО

В действительности, если представить, рассогласование 6Т>, как функцией от Т1 причем 4т с т

Т

) э- дои

l, и мысленно, отсоединить выход схемы 65 р о (2)

Для того, чтобы выполнялось соотношение (2) в условиях, когда. временные параметры Хо изменяются в зависимости от внешних условий или при изменении теплофизических характеристик, необходимо менять соответствующим образом параметры W>, Ирн нагреве W можно свести к сумме передаточных функций апериодических звеньев первого порядка. В простейшем случае это имеет вид

К„

®о

7 о Lop%i (3)

1 где К„- коэффициент пропорциональности; — постоянная времени объекта управления.

Если о меняется в процессе регулирования, необходимо изменять и постоянную времени Ир, которая в таком случае имеет вид pp1 4 (4)

Ф

2 где Т вЂ” постоянная времени блока P регулирования;

К вЂ . коэффициент пропорциональ2 К ности, причем — - = К. у

По аналогии с электрической цепью, выполнение соотношения (2) означает сведение к нулю реактивной составляющей сопротивления цепи, т.е. сведение к нулю фазового сднига между током и напряжением на активном сопротивлении .

На чертеже приведена структурная схема устройства для регулирования температуры.

999029

10 где R

9 () cq

К

Т

Т т

К

30

Формула изобретения

Устройство содержит задатчик 1 температуры и датчик. 2 температуры, усилители 3 и 4, блок 5 управления, разрядный резистор 6, сумматор 7, исполнительный механизм 8, объект 9, элемент 10 сравнения, диод 11,конденсатор 12, эмиттерный повторитель (истоковый повторитель) 13.

Устройство работает следующим ,образом.

Сигналы Т и Т с задатчика 1 температуры и датчика 2 температуры поступают на входы элемента 1.0 сравнения. Далее сигнал рассогласования дТ = K„(T> - Т ) подается одновременно на входы усилителя 3, блока 5 15 управления постоянной времени RC-цепочки, состоящей из интегрирующего конденсатора 12 и регулируемого разрядного резистора 6 и на вход цепи, состоящей иэ усилителя 4, диода 11

;.и эмиттерного повторителя 13, причем к точке соединения диода 11 и

:эмиттерного повторителя подключена

;С-цепочка. Сигнал рассогласования

aT = K> (Т1 — Т ) воздействует на 25 объект управления по двум контурам регулирования: один через цепь, состоящую из усилителя 4, диода 11

RC-цепочки и эмиттерного повторителя 13, другой — через усилитель 3.

Известно, что температура Т на поверхности объекта при инфракрасном нагреве однозначно зависит от величи. ны падающего теплового потока Я (который пропорционален току управления на входе исполнитзльного механизма 1 ) при постоянных теплофизических характеристиках объекта и

3 при постоянных оптических характе- ристиках поверхности и передающей среды. Изменение этих внешних усло- 40 вий фактически приводит к изменению параметров системы регулирования в целом. Это приводит к изменению постоянной времени объекта управле.ния. B этом случае-для того, чтобы 45 восстановить общую передаточную функцию системы, необходимо изменить соответствующие параметры регулятора, т.е. в данном конкретном случае необходимо изменить постоянное время 50 разряда RC-цепочки ° В этом случае быстродействие блока регулирования системы.в целом выше.чем в обычных

ПИД-регуляторах, и вследствие этого сокращается длительность переходных 55 процессов. регулирование постоянной времени

RC-.öåïî÷êè осуществляется через блок.

5 управления и регулируемый разрядный резистор б. Практически, блок 5 60 управления осуществляет зависимость величины текущего значения разрядного резистора 6 от рассогласования д Т = К„(Т вЂ” Тз). В случае, когда в качестве блока 5 управления приме- 65 няется усилитель, а в качестве управ-. ляемого резистора 6 переход биполярного транзистора эта зависимость принимает вид: значение разрядного резистора при Т = 0; заряд электрона; начальный потенциал смещения на базе транзистора, который задается внутренними потенциометрами блока управления 5; постоянная Больцмана) температура перехода; коэффициент пропорциональности,.

Как видно из формулы (5), изменение потенциала смещения дает воз можность задать любые, начальные значения разрядного резистора б, отно- сительно которого проводится регулирование постоянной времени С-це" почки. Это позволяет выбрать оптимальный диапазон регулирования. Кроме того, непрерывное регулирование постоянной времени в зависимости от величины рассогласования позволяет приблизиться в устройстве для регулирования температуры к соотношению (2), а это значит и к наименьшей погрешности.

1. Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и.задатчик температуры, подключенные к входам элемента сравнения, к выходу которого подключен усилитель, выхо-. дом связанный с первым входом сумматора, и последовательно соединенные усилитель, диод и эмиттерный повто- ритель, выходом соединенный с вторым входом сумматора, к выходу которого подключен исполнительный механизм причем к точке соединения .диода и эмиттерного повторителя подключены параллельно соединенные интегрирующий конденсатор и разрядный резистор, другие выводы которых заземлены, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения настройки устройства, оно ссф ержит блок управления, а разрядный резистор выполнен регулируемым пРи этом блок управления включен между выходом элемента сравнения и управляющим входом регулируемого разрядного ре зистора.

999029

Составитель Л. Птенцова

Редактор Т. Киселева Техред A.Ач. Корректор Л. Бокшан

Заказ 1155/71 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП. Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

2 ° Устройство по п. 1, о т л ичаюцееся тем, чтоблокуправления выполнен в виде усилителя.

Источники информацйи, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 528551, кл. G 05 0 23/19, 1973 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 454533> кл. G 05 В 11/00, 1973.