Цифровой регулятор температуры Советский патент 1987 года по МПК G05D23/19 

11

Изобретение относится к автоматическому регулированию и может быть использовано для построения автоматических регуляторов температуры в различном технологическом оборудовании.

Целью изобретения является новыше ние. точности устройств а.

На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора; на фиг. 2 - функциональная схема генератора тактовых импульсов; на фиг. 3 - функциональная схема цифроаналогового преобразователя,

Регулятор содержит задатчик 1 тем пературы, вычитатель 2, цифроанало- говый преобразователь (ЦАП) 3, генератор 4 тактовых импульсов, формирователь 5 синхроимпульсов, дешифратор 6, сумматор 7, мультиплексор 8, блок 9 памяти, компаратор 10, формирователь 11 управляющих импульсов, регу- ,лирующий элемент 12, нагреватель 13, датчик 14 температуры, усилитель 15 (фиг.. 1). Генератор тактовых импульсов содержит импульсньй генератор 16 умножитель 17 частоты, управляемый делитель 18 частоты (фиг. 2). ЦАП включает в себя счетчик 19 импульсов преобразователь 20 код-аналог (фиг.З

Регулятор работает следующим образом.

В момент включения устройства на первом выходе ЦАП 3 устанавливается нулевой код, поступающий на первый вход вычитателя 2, на втором входе которого присутствует код с выхода задатчика 1, соответствующий заданно температуре. Разностный код с выхода вычитателя 2, соответствующий максимальному рассогласованию, суммируетс в сумматоре 7 с кодом, поступающим на второй вход сумматора 7 с выхода мультиплексора 8, и записывается импульсом установки в исходное состояние в блоке 9 памяти, который вьгаол- нен в виде запоминающего регистра на D-триггерах. Поскольку при этом величина кода на выходе вычитателя 2 велика, дешифратор 6, на вход которого подключены старшие разряды кода вычитателя 2, не переключает мультиплексор 8, и с выхода мультиплексора 8 на сумматор 7 поступает нулевой код. В результате в блоке 9 памяти запоминается код с выхода вычитателя 2. С выхода блока 9 этот код поступает на первьй вход генератора 4 тактовых импульсов. Частота следова

ния импульсов на выходе генератора 4 является функцией от величины кода на выходе блока 9 памяти и величины кода задатчика 1 температуры, поступающего, на второй вход генератора 4 тактовых импульсов (на информационный вход умножителя 17 частоты):

2K N

F

T(K-n)

где F - частота следования импульсов на выходе генератора 4 тактовых импульсов;

р

0

25

5

2К Т

30

частота следования импульсов на выходе генератора 16; Т - период питающего нагревателя

напряжения;

N - коэффициент умножения умножителя 17 частоты (код на выходе задатчика 1); К - емкость счетчика делителя 18

частоты (); п.- величина кода с выхода блока

9 памяти.

Формирователь 5 синхроимпульсов вырабатывает последовательность синхроимпульсов с периодом следования, равным половине периода напряжения, питающего на:греватель 13. Синхроимпульсы формируются в момент перехода через нуль питающего- нагреватель напряжения.

Каждый синхроимпульс, поступая на управляющий вход цифроаналогового 35 преобразователя 3, устанавливает

счетчик 19 в нулевое (исходное) состояние. По окончании синхроимпульса на выходе счетчика 19 появляется код, возрастающий с тактовой частотой, определяемой генератором 4, а на выходе преобразователя 20 - возрастающее е той же тактовой частотой ступенчатое напряжение, поступающее на второй вход компаратора 10. На первый вход компаратора 10 подается сигнал с датчика 14, усиленный усилителем 15. В момент равенства сигналов на входах компаратора последний формирует на выходе импульс, поступающий на вход формирователя 11, вырабатывающего управляющий сигнал на открывание регулирующего элемента 12, чер ез который запитывается нагреватель 13. Регулирующий элемент 12 закрывается по завершении полупериода

питающего напряжения. I

Кроме того, импульс с выхода компаратора 10 поступает на управляю40

45

50

55

3

памяти,

1

no которощий вход блока 9 му производится запись значения разностного кода, соответствующего разности кодов з-аданной и действительной температур во время каждого периода синхронизации.

По мере приближения.значений действительной и заданной температур увеличивается уровень ступенчатого напряжения, при котором срабатывает компаратор 10, что приводит к увеличению фазового сдвига импульсов относительна синхроимпульсов. Уменьшение крутизны ступенчатого напряжения на выходе ДАЛ 3 вследствие уменьшения частоты импульсов на выходе генератора 4 пропорционально умень- шению кода на выходе, вычитателя 2 также приводит к увеличению фазового сдвига. Частота генератора 4 стремится к величине р - 2N

и t

ми н f

Этот процесс продолжается до тех пор, пока величина рассогласования между действительной и заданной температурами не уменьшится до нескольких, (например, трех) младших разрядов кода на выходе вычитателя 2. При этом на выходе дешифратора 6 появляется сигнал, поступающий на мультиплексор 8. Информация с выхода блока 9 памяти поступает через мультиплексор 8 на сумматор 7, где суммируется с кодом вычитателя 2. При очередном импульсе сравнения на выходе компаратора 10 на управляющий вход генератора 4 с выхода блока 9 памяти поступает код

.,

где п- - мгновенное значение величины рассогласования между заданной и действительной температурами в период синхронизации;

п - число, хранившееся в блоке 9 памяти до прихода Импульса сравнения.

До тех пор пока ошибка регулирования будет находиться в зоне малых значений, этот процесс будет продолжаться, увеличивая частоту импульсов на выходе генератора 4 и, тем самым, постепенно увеличивая угол наклона ступенчатого напряжения на входе компаратора 10, что приводит к уменьшению фазового сдвига импульса с выхода компаратора 10 по отношению к синх1352470

0

5

0

Ь

0

5

0

5

0

5

ро импульсу и, следовательно, к увеличению мощности, подводимой к нагревателю 13., При превышении температурой объекта заданной температуры знак числа на выходе вычитателя 2 изменяется, величина ошибки регулирования поступает на сумматор 7 со знаком минус (единица в старшем разряде кода), и в результате величина кода, хранящегося в блоке 9 памяти, начинает с каждым периодом синхронизации дискретно убывать. Это приводит к уменьшению угла наклона ступенчатого напряжения и уменьшению мощности, подводимой к нагревателю. Процесс стремится к устойчивому состоянию, при котором ошибка регулирования равняется нулю, а мощность, подводимая к нагревателю, равна рассеиваемой мощности при заданной температуре.

Формула изобретения

1. Цифровой регулятор температуры, содержащий задатчик температуры, формирователь синхроимпульсов, последовательно соединенные блок памяти, генератор тактовых импульсов, цифро- аналоговый преобразователь, компаратор, формирователь управляющих импульсов , регулирующий элемент и нагреватель, а также датчик температуры и усилитель, причем выход компаратора соединен с управляющим входом блока памяти, управляющий вход цифро- аналогового преобразователя соединен с выходом формирователя синхроимпульсов , а промежуточный выход цифроана- логового преобразователя соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика температуры и с управляющим входом генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности, регулятор содержит мультиплексор, сумматор и дешифратор, вход которого соединен с первым входом сумматора и выходом вычитателя, выход сумматора подключен к информационному входу блока памяти, выход которого через мультиплексор соединен с вторым входом сумматора, причем управляющий вход мультиплексора соединен с выходом дешифратора.

2.-Р9.гулятор по п. 1, о т л и - чающийся тем, что генератор тактовых импульсов содержит последо51352А

вательно соединенные импульсный генератор, умножитель частоты и управляе- мьй делитель частоты, информационный вход которого является первым входом генератора тактовых импульсов, выход

управляемого делителя частоты является выходом генератора тактовых импульсов, а информационный вход умножителя частоты - вторым входом генератора тактовых импульсов.

cpue.Z

г фиэ.З

Изобретение относится к области автоматического регулирования и может быть использовано для построения автоматических регуляторов температуры. Целью изобретения является повышение точности регулятора. Регулятор содержит задат чик температуры 1 , вы- читатель 2, цифроаналоговый преобразователь 3, генератор тактовых импульсов 4, формирователь синхроимпульсов 5, дешифратор 6, сумматор 7, мультиплексор 8, блок памяти 9, компаратор 10, формирователь управляющих импульсов 11, регулирующий элемент 12, нагреватель 13, датчик температуры 14, усилитель 15. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. со сл ND NU ы