Устройство для регулирования температуры Советский патент 1985 года по МПК G05D23/19 

2. Устройство non.l, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введен блок защиты, входы которого подключены к выходам элемента сравнения и датчика температуры соответственно, выход - к входу блокировки исполни- . тельного элемента.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ.РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащее программный зйдатчик и датчик температуры, последовательно соединенные элемент сравнения, к входам которого подключены программный задатчик и датчик температуры, блок регулирования, исполнительньй элемент и объект регулирования, отл и- чающее с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены цепь нелинейной положительной обратной связи, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, функциональный усштитепь и последовательно соединенные дифференцирующий элемент, компаратор и запоминающий элемент, причем усилитель с регулируемым коэффициентом усиления включен между выходом элемента сравнения и входом блока регулирования, цепь нелинейной положительной обратной связи включена между выходом датчика температуры и первым управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй управляi ющий вход которого связан через функциональный усилитель с входом (Л дифференцирующего элемента и выходом элемента сравнения, выход запоминающего элемента подключен к третьему управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. со 00 00

Изобретение относится к автомати ке для систем автоматизации техноло гических процессов, например систем автоматического программного регули рования температуры при теплопроч1НОСТНЫХ испытаниях конструкций летательных аппаратов. Известен регулятор температуры, содержашЕий измерительньй блок, который состоит из задатчика, устройства сравнения, промежуточного усилителя, и регулирующее устройство U Недостаток этого регулятора сост ит в том, что он применим лишь для стабилизации определенного уровня температуры, задаваемой задатчиком. При этом для каждого уровня температуры необходима настройка его параметров, чтобы получить необходи мую точность. Наиболее близким техническим решением к изобретению является уст ройство для регулирования температуры, содержащее датчик и программн задатчик температуры, подключенные через элемент сравнения к блоку управления, состоящему из двуполярного операционного усилителя с элементами селекции на выходе, к которым подключены отрицательные обратные связи и исполнительное устройство, изменяющее количество тепла, подводимое к испытываемому объекту Такое устройство позволяет производить программное регулирование температуры. Однако его применение ограничено узким диапазоном температур. Максимальные температуры, до которых с достаточной (1-2%) точностью можно производить регулирование, лежат в пределах 200-300 С При более высоких температурах точность регулирования существенно сни жается, так как потери тепла испытьюаемьм объектом растут пропорционйльно четвертой степени температуры, а инерционные характеристики изменяются пропорционально третьей степени температуры. Надежность известного устройства ограничена из-за отсутствия защиты испытываемого объекта по ошибке регулирования и по превышению допустимой температуры. Цель изобретения - повьппение точности и надежности устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройство для регулирования температуры, содержащее программньй задатчик и датчик температуры, последовательно соединенные элемент сравнения, к входам которого подключены программный задатчик и температуры, блок регулирования, исполнительный элемент и объект регулирования, введены цепь нелинейной положительной обратной связи, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, функциональный усилитель и последовательно соединенные дифференцирующий элемент, компаратор и запоминающий элемент, причем усилитель с регулируемым коэффициентом усиления включен между выходом элемента сравнения и входом блока регулирования, цепь нелинейной положительной обратной связи -включена между выходом датчика температуры и первым управляющим входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, второй управлякиций вход которого связан через функциональный усилитель с входом дифференцирующего элемента и выходом элемента сравнения, выход запоминающего элемента подключен к третьему управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления. Кроме того, с целью повьшения надежности, в устройство введен блок защиты, входы которого подключены к выходам элемента сравнения и 311 датчика температуры соответственно, а выход - к входу блокировки исполнительного элемента. .На чертеже представлена блок-схема устройства для регулирования температуры. Устройство содержит программный задатчик 1, соединенньм выходом с элементом 2 сравнения, на другой вход которого подключен датчик 3 пературы, измеряюР1ИЙ температуру объекта 4 регулирования .Выход датчика 3 температуры подключен,кроме того, к входу нелинейной цепи (положительной обратной связи) 5 и блоку 6 защиты. Выход элемента 2 сравнения связан с входами блока 6 защиты, функционального усилителя 7, дифференцирующего элемента 8 и усилителя 9с регулируемым коэффициентом усиления на три других управляющих входа кото рого подключены внгходы цепи 5 нелинейной положительной обратной связи функционального усилителя 7 и запоми нающего элемента 10. Вход запоминающего элемента 10 связан с выходом компаратора 11, который по входу соединен с дифференцирующим элементом 8. Выход усилителя 9 с регулируемым коэффициентом усиления соединен с входом блока 12 регулирования, выход которого подключен к входу исполнительного 13 элемента. Выход ис .полнительного элемента 13 связан с объектом 4 регулирования, а вход блокировки исполнительного элемента соединен с выходом блока 6 защиты . Устройство работает следующим об разом. Программный задатчик 1 задает необходимый закон изменения темпера туры Б виде электрического сигнала. На элементе 2 сравнения этот сигнал сравнивается с сигналом обратной связи от датчика 3 температуры, измеряющего температуру объекта 4 регулирования. Разность этих сигналов (ошибка регулирования) через ус литель 9с регулируемым коэффициентом усиления поступает на блок 12 регулирования, формирующий по задан ному закону сигнал управления, который поступает на.исполнительный элемент 13.. Исполнительный элемент регули)ует поток тепла, поступающий в испытьшаемый объект 4, минимизиру ошибку регулирования. тем 9 Постоянные настройки блока 12 регулирования обеспечивают регулирование с необходимой точностью только для небольших температур (200300 с). Так как при этих температурах инерционность регулируемого объекта 4 велика, то коэффициент усиления канала регулирования из условий устойчивости должен быть небольшим. При расширении диапазона регулируемых температур (1000°С.и больше) из-за увеличения потерь тепла испытываемым объектом путем излучения для поддержания точности на прежнем уровне необходимо коэффициент усиления увеличивать. Потеря устойчивости при этом может не произойти, так как с ростом температуры инерционность испытываемого объекта уменьшается. Повышение коэффициента усиления осуществляет усилитель 9 с регулируемым коэффициентом, коэффициент усиления которого по первому управляющему входу увеличивает цепь 5 нелинейной положительной обратной связи, своим входом подключенная к выходу датчика 3 температуры. Для повышения устойчивости работы устройства в него введен функциональный .усилитель 7, своим входом связанный с элементом 2 сравнения, а выходом - с вторым управляющим входом усилителя 9. Функциональный усилитель 7 уменьша- ет коэффициент усиления усилителя 9 по заданному функциональному закону при малых ошибках регулирования. Для подавления автоколебаний, если они возникли при повьшгении коэффициента усиления, за счет цепи положительной обратной связи в устройство введены дифференцирующий элемент 8, компаратор 11 и запоминающий элемент 10. При росте регулируемой температуры для повьш1ения точности элемент 5 нелинейного управления по температуре путем воздействия на°обратную связь корректирующего усилителя 9 увеличивает его коэффициент усиления. ЕСЛИ при этом автоколебания не возникают, то выходное напряжение дифференцирующего элемента 8 близко к нулю. При появлении автоколебаний выходное напряжение дифференцирующего элемента 8 растет и, начиная с некоторого заранее устанавливаемо-, го порога, обеспечивающего допустимый уровень автоколебаний, компара5тор 11 формирует импульс, который с заданной задержкой поступает в з поминающий элемент 10. Запоминающий элемент из исходного состояния переходит в следующее и уменьшает коэффициент усиления усилителя 9. Если при этом не происходит срыв ав-гоколебаний, то компаратор 11 по выходному напряжению дифференцирующего элемента 8 вырабатывает следующий импульс, и запоминающий элемент переходит в следующее состояние, уменьшая еще коэффициент усиления усилителя 9. Этот процесс идет до тех пор, пока не произойдет срыв автоколебаний, т.е. когда выходное напряжение дифференцирующего элемента 8 не станет ниже порогового значения. В процессе одного испытания пере вод запоминающего элемента в исходное состояние не производится. Он остается всегда в положении, при котором обеспечивается максимально 9 6 высокий коэффициент усиления корректирующего усилителя при допустимом уровне автоколебаний. За счет этого повышается точность регулирования. При включении устройства и при его повторном включении запоминающий элемент ставится в исходное состояние. Блок 6 защиты осуществляет защиту испытываемого объекта 4 в случае превьш1ения допустимых температур и ошибок регулирования. На его входы подаются сигналы с элемента 2 сравнения и датчика 3 температуры, а его выходной сигнал поступает на исполнительный элемент 13, предотвращая аварийньй перегрев объекта регулирования. Применение изобретения обеспечивает повьшение точности регулирования в диапазоне температур 20ISOO C до 1% по сравнению с 8% у известного устройства.