Устройство для регулирования температуры Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

113

Изобретениеотносится к автоматик и предназначено для регулирования и стабилизации температуры различных физических объектов, в част.ности при криогенных температурах в парах кри о генной жидкости, например жид1(ого гелия в диапазоне температур.

Целью изобретения является повьше ние точности при расширении функциональных возможностей.

На чертеже представлена блок-схе- ма предлагаемого устройства.

. Устройство предназначено для стабилизации температуры объекта 1, например термокамеры, в которой установлены исполнительные элементы 2 (нагреватель) и 3 (электродинамический клапан).

В термокамере 1 установлен также датчик 4 температуры, подключенный к одному из входов элемента 5 сравнения, второй вход которого связан с задатчиком 6 температуры, а выход через усилитель 7 подключен к входу аналого-цифрового преобразователя 8. Элемент 5 сравнения, задатчик 6 и усилитель 7 представляют собой формирователь сигнала ошибки X(t).

К вьжоду аналтого-цифрового преобразователя 8 подключены первьш коммутатор 9 и первый регистр 10, выход которого связан с входом второго регистра 11. При этом выходы обоих регистров 10 и 11 подключены к входа сумматора 12. Регистры 10 и 11, а также сумматор 12 образуют формирователь кода производной. Выход сумматора 12 связан с входом коммутатора 9, выход которого подключен к входу первого кодо-импульсного преобразова теля 13. Выход последнего связан с одними из входов модуляторов 14 и 15 другие входы которых связаны соответственно с выходами переключателей 16 и 17. Выходы модуляторов 14 и 15 че рез коммутатор 18 подключены к входа реверсивного счетчика 19, выход которого связан с входом третьего регистра 20.

Выход регистра 20 подключен к вхо дам второго кодо-импульсного преобразователя 21 и третьего кодо-импульсного преобразователя 22. Выхрды преобразователей 21 и 22 связаны соответственно с электронагревателем 2 и электродинамическим клапаном 3, Преобразователи 21 и 22 представляют собой формирователи импульсоэ управ.

,

ю

15

20

25

5

35 45

ления нагревом и охлаждением, соответственно.

Устройство также содержит блок 23 синхронизации, выходы которого подключены к элементам 8-22, Блок 23, выполненный на базе генератора тактовых импульсов, счетчика-делителя и логических схем, вьфабатывает импульсные сигналы, обеспечивающие согласованную работу устройства 8 - 22 во времени.

Устройство работает следующим образом.

Задатчиком 6 температуры устанавливается напряжение, соответствующее требуемой температуре и поступающее на один из входов элемента 5 сравнения, на второй вход которого с датчи- jca 4 температуры поступает напряжение, соответствующее реальной температуре. Выходное напряжение элемента 5 сравнения через усилитель 7 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 8, который преобразует напряжение ошибки в знакопеременный код ошибки .

Формирование управляющего воздей- ствия происходит за период, разделенный на два цикла - цикл ошибки и цикл производной.

В цикле ошибки блок 23 включает в работу цепочку из последовательно включенных коммутатора 9, преобразователя 13, модулятора 14, коммутатора 18, реверсивного счетчика 19. Из аналого-цифрового преобразователя 8 код ошибки через коммутатор 9 поступает на вход преобразователя 13, который формирует из кода временной интервал длительностью, пропорциональной значению кода. Код ошибки поступает также через регистр 10 в регистр 11. В модуляторе 14 временной интервал заполняется импульсами с частотой, задаваемой переключателем 16. Регулирование этой частоты позволяет менять коэффициент передачи по каналу ошибки (К).

30

40

Одновременно знаковый разряд кода ошибки поступает из аналого-цифрового преобразователя 8 на управляющий вход коммутатора 18. Б зависимости от значения этого разряда (О или 1) коммутатор 18 пропускает импульсы с модулятора 14 на суммирующий или на вычитающий вход реверсивного счетчика 19. Состояние счетчика 19 изменится на величину, пропорциональную коду ошибки,

В цикле производной блок 23 включает в работу цепочку последовательно включенных регистров 10 и 11 и далее сумматора 12, коммутатора 9, преобразователя 13, модулятора 15, коммутатора 18, реверсивного счетчика 19. На входы сумматора 12 поступит с регистра 10 код текущего значения ошибки хСпТ, а с регистра 11 - код пре- дьщущего значения ошибки Х(п-1)Т, Сумматор 12 вычисляет разность (производную) между текущим значением кода ошибки и предьщущим значением это-15 диненные элемент сравнения, усилитель

го кода. Код производной . (п- -1)Т через коммутатор 9 поступает в преобразователь 13, где преобразуется во временной интервал, длительность которого пропорциональна значению ко-20 да производной. В модуляторе 15 временной интервал заполняется импульсами с частотой, задаваемой переключателем 17. Изменяя эту частоту, меняют

и аналого-цифровой преобразователь, а также сумматор, блок синхронизации, реверсивный счетчик и два исполнительных элемента, причем входы элемента сравнения связаны с выходами датчика и задатчика температуры, о т- личающееся тем, что, с целью повьш ения точности при расширении функциональных возможностей, устрой30

35

40

коэффициент передачи по каналу произ- 25 ство содержит три регистра, два ком- ;водной (к2) .

Знаковый разряд кода производной из сумматора 12 поступает на управляющий вход коммутатора.18. В зависимости от значения этого разряда коммутатор 18 пропускает импульсы с модулятора 15 на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика 19. Состояние счетчика 19 изменяется на величину, пропорциональную коду производной.

Таким образом, в счетчике 19 формируется код управляющего воздействия (п-1)Т}+КД :пТ +К2 Х пТ - -X (п-ОТ , который переписывается в регистр 20.

Реверсивный счетчик 19, который работает без обнуления, вьтолняет функцию цифрового интегрирования.

В зависимости от величины и знака кода управляющего воздействия преобразователь 21 или преобразователь 22 вырабатывает импульсы управления нагревом или охлаждением, соответственно, длительность которых 50 пропорциональна величине кода управляющего воздействия. Эти импульсы включают один из исполнительных органов: электронагреватель 2 или электродинамический клапан 3.55

Температура в термокамере изменяется по требуемому оптимальному закону.

мутатора, два модулятора, два переключателя и три кодо-импульсных преобразователя, причем первый выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого регистра и одному из входов первого коммут ато- ра, другой вход которого соединен с первым выходом сумматора, входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, выход первого коммутатора через первый кодо-импульсный преобразователь подключен к одним из входов модуляторов, другие входы которых соединены с выходами соответствующих переключателей, входы которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, входы второго коммутатора соединены соответственно с вторыми выходами анало- 45 го-цифрового преобразователя, вторым выходом сумматора и выходами модуляторов, выходы второго коммутатора подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, выход которого через третий регистр связан с входами второго и третьего кодо-импульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими исполнительными элементами, а вход второго регистра связан с выходом первого регистра, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и каждого из

04

Устройство реализует оптимальный апериодический закон подхода к заданной температуре без перерегулирования, что позволяет использовать его при изучении фазовых переходов. Точность стабилизации заданной температуры не хуже ± 0,003 К в диапазоне 4,2 - 300 К.

Формула изобретения

Устройство для регулирования температуры, содержащее датчик и задат- чик температуры, последовательно соеи аналого-цифровой преобразователь, а также сумматор, блок синхронизации, реверсивный счетчик и два исполнительных элемента, причем входы элемента сравнения связаны с выходами датчика и задатчика температуры, о т- личающееся тем, что, с целью повьш ения точности при расширении функциональных возможностей, устройство содержит три регистра, два ком-

ство содержит три регистра, два ком-

мутатора, два модулятора, два переключателя и три кодо-импульсных преобразователя, причем первый выход аналого-цифрового преобразователя подключен к входу первого регистра и одному из входов первого коммут ато- ра, другой вход которого соединен с первым выходом сумматора, входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, выход первого коммутатора через первый кодо-импульсный преобразователь подключен к одним из входов модуляторов, другие входы которых соединены с выходами соответствующих переключателей, входы которых соединены с соответствующими выходами блока синхронизации, входы второго коммутатора соединены соответственно с вторыми выходами анало- го-цифрового преобразователя, вторым выходом сумматора и выходами модуляторов, выходы второго коммутатора подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, выход которого через третий регистр связан с входами второго и третьего кодо-импульсных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими исполнительными элементами, а вход второго регистра связан с выходом первого регистра, управляющие входы аналого-цифрового преобразователя и каждого из

513159606

.регистров, а также первьш и второй таторов подключены к соответствующим управляющие входы каждого из комму- синхровыходам блока синхронизации.

Изобретение относится к автоматике и предназначено для регулирования и стабилизации температуры физических объектов, в частности при криогенных температурах в парах криогенной жидкости. Устройство с целью повышения точности при расширении функциональных возможностей содержит два исполнительных элемента (нагреватель и электродинамический клапан), элемент сравнения, обеспечивающий формирование знакопеременного сигнала ошибки, аналого-цифровой преобразователь, три регистра, два коммутатора, два модулятора, два переключателя, сумматор, а также три кодо-им- пульсных преобразователя в ревербивный счетчик. В устройстве обеспечивается формирование ПИД - закона регулирования при независимой установке коэффициентов каждой из составляющих закона, работа устройства синхронизирована при помощи блока синхронизации, который также формирует устано- BO4H(jie значения коэффициентов ПИД закона регулирования. 1 ил. с 9 (Л со ел со а

Редактор А.Шандор

Составитель Г.Крейман

Техред Л.Олийнык Корректор М.Демчик

Заказ 2362/50 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4