Регулятор температуры Советский патент 1988 года по МПК G05D23/19 

О)

сг

Изобретение относится к системам автоматического регулирования. Цель изобретения - повьшение точности регулятора. Поставленная цель достигается тем, что в регуляторе температуры блок формирования широтно-импульс- ной модуляции (ИИМ) выполнен на операционном усилителе (ОУ) 5 с резис- тинной положительной обратной связью (ПОС) 8, а, цепь отрицательной обратной связи (осе) содержит отсекающий диод 9, управляемый делитель напряжения, образованный полевом транзистором 18, управляемым сигналом рас- согл1асования с выхода масштабирующего усилителя 4, и потенциометром 17, низкочастотный перестраиваемый RC- фильтр 11 и интегрирующую перестраиваемую RC-цепь 16. 2 ил. а (

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и предназначено для поддержания температур в заданных пределах путем нагрева объекта регулирования.

Цель изобретения - повышение тбч- ности регулятора.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого регулятора температуры, на фиг:, 2 - временные диаграммы работы регулятора; а - в переходных режимах регулирования, б - на выходе страиваемого низкочастотного RC- фильтра, в - на выходе операционного усилителя блока формирования широт- но-импульсной модуляции.

Регулятор температуры содержит датчик 1, задатчик 2 температуры, блок сравнения 3, масштабирующий усилитель 4, блок формирования широт но-импульсной модуляции, выполненный на операционном усилителе 5, испол- нительньй орган 6, воздействующий на объект регулирования 7, причем операционный усилитель содержит ре- зистивную положительную обратную связь 8,.в отрицательную обратную связь которого включен через юп1ий диод 9 управляемый делитель напряжения 10 и низкочастотный перестраиваемый RC-фильтр 11, а между входами операционного усилителя 5 подключены два встречно- параллельно включенных раэвязываО

ющих диода 12, 13, неинвертирующий вход операционнодаэ усилителя 5 связан с масштабирующим усилителем 4 вторым резистором 1А, п инвертирующий - с общей шиной регулятора через первый резистор 15 и с интегрирующей RC-цепью 16, подключенной к выходу низкочастотного RC-фильтра; 11, соединенного со средуим выводом потенциометра 17 управляемого делителя напряжения 10, первое плечо которого образовано потенциометром 17, а другое - полевым транзистором 18 с р-п-переходом и каналом р-типа, затвор которого через третий рези с- тор 19 соединен с выходом масштабиру ющего усилителя А.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал рассогласования между датчиком 1 и задатчиком 2 с выхода блока сравнения усиливается усилителем 4 и поступает на неинвертирующий вход усилителя 5. Выходной сигнал с

10

15

20

выхода усилителя 5 поступает на вход исполнительного органа 6 и воздействует на объект регулирования 7. Блок формирования широтно-инпульсной модуляции построен по принципу генерирующего нуль-органа на операционном усилителе 5, охваченном резистивной положительной обратной связью 8 и интегрирующей RC-цепью 16. Предположим, что потенциал на выходе низкочастотного перестраиваемого RC-фильтра 11 равен нулю, тогда импульсы на выходе нуль-органа будут существовать, пока входное напряжение находится в границах линейного участка амплитудной характеристики операционного усилителя 5. В противном случае на выходе .операционного усилителя 5 устанавливается напряжение, соответствующее положительному или отрицательному уровню ограничения.. При этом зависимость скважности генерируемых импульсов и приложенного

25 входного напряжения в границах

линейного участка амплитудной характеристики операционного усилителя 5, являющейся зоной пропорциональности регулятора ДХ , носит широтно-импуль30 сный характер модуляции. Период импульсов на выходе блока формирования широтно-импульсной модуляции определяется временем перезарядки емкости интегрирующей перестраиваемой RC-цепи 16. Перезарядка емкости интегрирующей перестраиваемой RC-цепи 16 происходит за счет протекания тока по цепям: резистор 8, развязывающий диод 12 или 13, интегрирующая перестраиваемая RC-цепь 16, общая шина регуляторй. К выходу блока формирования широтно-импульсной модуляции через отсекающий диод 9 подключен управляем1,1Й делитель напряжения 10, состоящий из потенциометра 17 и полевого транзистора 18 с р-п-переходом и каналом р-типа. При условии, что при нагреве объекта регулирования напряжение на выходе усилителя 4, находится в пределе положительного уровня ограничения операционного усилителя 5 блока формирования широтно- импульсной модуляции, сопротивление исток-сток полевого транзистора 18 велико и потенциал положительной полярности с выхода усилителя 5 через отсекающий диод 9 и потенциометр 17 первого плеча управляемого делителя напряжения 10 будет накапливаться в

35

40

45

50

55

конденсаторе низкочастотного перестраиваемого RC-фрШьтра 11. При условии, что постоянная времени низкочастотного RC-фильтра 11 больше постоянной интегрирующей RC-цепи 16, линейный участок амплитудной xfipaK- теристики усилителя 3 изменяется и автоматически смещается в переходном режиме системы в нужную сторону и на необходимое значение, зависящее от значения постоянной времени объекта регулирования и величины внешнего возмущения. Величина смещения тем больше, чем больше постоян- ная времени объекта регулирования и чем больше влияние возмутцения, вызвавшее переходной режим системы.

Это иллюстрируют временные диаграммы фиг.2а, где внешнее возмуще- ние рассматривается как ступенчатое изменение задания параметра регулирования А в виде его задаваемых значений А1, А2, A3. При изменении задания от значения А1 к А2 смеР1;ение зоны пропорциональности регулятора

Р

йХ(, происходит навстречу изменению

параметра регулирования А (фиг.2а, период ). При этом потенциал положительной полярности на выходе низкочастотного перестраиваемого RC- фильтра 11 растёт (фиг.26, период ti-tj), а усилитель 5 находится в положительном уровне ограничения (фиг.2в, период t,-t). При сигнале рассогласования, достаточном для перехода усилителя 5 в режим линейного управления, в блоке, формирования ШИМ начинается генерация сигналов отрицательной полярности (фиг.2в периоды tj-t,, , tfe-t). При этом потенциал положительной поляр- ности на выходе перестраиваемого низкочастотного RC-фильтра 11 уменьшается (фиг. 26, периоды t,-Ц ,...) за счет тока разряда его конденсатора через соединенные с ним цепи (фиг.2б, периоды tg-t, ,

)

, и за счет vмeньшeния тока за

ряда, ослабленного управляемым деля телем напряжения 10, в котором Сопротивление р-канала полевого транзистора 18 с р-п-переходом уменьшат ется пропорционально уменьшению положительного уровня рассогласования на выходе усилителя 4 (фиг.26, пери- оды t,-t , , tj-tg).

Зона пропорциональности регулятора йХр смещается в сторону заданного

JQ.2025

27349 4

значения и при нулевом уровне рассогласования стремится к своему минимальному значению (фиг.2а, периоды

30

, , 35

40

50

55

Ц-tio

В 9

Тем самым автоматически изменяется скважность генерируемых импульсов и, как следствие, автоматически изменяется структура регулятора в переходном режиме, т.е., происходит как бы упреждающий захват процесса и доведения его до нового заданного значения..

При сигнале рассогласования, со- ответствукщем отрицательному уровню ограничения (фиг.2а, A3), структура регулятора неизменна и захват и доведение процесса до нового значения происходит в зоне пропорциональности &ХР регулятора (фиг.2а, период tQ-Ц, /.

Таким обра;5ом, исключаются автоколебания системы регулирования при нагреве объекта в переходных режимах за счет изменения динамической характеристики регулятора температуры для оптимального и точного поддержания параметра регулирования.

Формула изобретения

Регуля тор температуры, содержащий блок сравнения, входы которого соединены с датчиком и задатчиком температуры, а выход - с входом масштабирующего усилителя, выход которого подключен к входу блока формирования широтно-импульсной модуляции, выполненного на операционном усилителе с обратными связями, а вьгход блока формирования щиротно-импульсной модуляции связан с входом исполнительного органа, отличающийся тем, что, с целью повьше- ния точности регулятора, он содержит управляемый делитель напряжения, выполненный в виде последовательно соединенных потенциометра и полевого транзистора с р-п-переходом и р- каналом, при этом цепь положительной обратной связи операционного усилителя образована резистором, а цепь отрицательной обратной связи образована отсекающим диодом, связанным анодом с выходом операционного усилителя, низкочастотным перестраиваемым RC-фильтром, вход которого связан с катодом отсекающего диода

через потенциометр управляемого делителя напряжения, и интегрирующей перестраиваемой RC-цепью, соединенной входом с выходом фильтра, а выходом - с инвертирующим входом операционного усилителя, через первый резистор соединенным с общей шиной регулятора и через встречно включенные развязы

.«

Аг jxp

/X

вающие диоды - с неинвертирующим входом операционного усилителя, который через второй резистор подключен к выходу масштабирующего усилителя, соединенному через третий резистор с затвором полевого транзистора, исток которого связан с общей шиной регулятора.

i

Фиг.г