Программный регулятор температуры Советский патент 1990 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к устройствам регулирования и управления темпе- ратуры электрических печей сопротивления, имеющих конечную теплую инерционность, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры, и может быть использовано в полупроводниковой электронике для регулирования техно- логических процессов термообработо полупроводниковых материалов.

Цель изобретения - повышение точности регулятора в более широком интервале температур регулирования.

На чертеже дана схема программного регулятора температуры.

Программный регулятор температуры содержит программный задатчик 1 температуры, датчик 2 температуры для преобразования температуры в электрический сигнал, элемент 3 сравнения, дифференциатор 4, первый масштабирующий усилитель 5, линейный усилитель 6, интегратор 7, второй масштабирующий усилитель 8, сумматор 9 и исполнительный орган 10,

. Программный регулятор температуры работает следующим образом.

сд

При включении регулятора разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2 температуры, как правило, велика, поэтому элемент 3 сравнения, вы- полненный на усилителе, работает в режиме ограничения, так как участок jero линейной, работы из-за необходи- ости большого коэффициента усиления составляет всего несколько процентов :от всего (максимального) рабочего |температурного диапазона -регулятора. Таким образом, хотя разница сигналов ;с задатчика 1 и датчика 2 уменьшает- ся при приближении температуры элект- 1ропечи к заданной, выходной сигнал элемента 3 сравнения в начале (когда 1разница сигналов задатяика 1 и дат- чика 2 температуры велика) не изме- няется и равен максимальному (положи- ;тельному или отрицательному) выход- :ному напряжению, передаваемому чер ез :линейный усилитель 6 и сумматор 9 на исполнительный орган 10, обеспечивая тем самым, подачу максимальной мощности на -объект регулирования. Диффе- :ренциатор 4 не функционирует, так как сигнал на его входе не меняется. Напряжение на управляющем входе второго масштабирующего усилителя 8 (который является усилителем постоянного тока с управляемым напряжением коэффициентом усиления -и может быть выполнен, например, на умножителе), подающееся с элемента 3 сравнения, максимально, вследствие чего коэффициент его.уси-. ления минимален. Поэтому, хотя на вход интегратора 7 подается с элемента 3 сравнения максимальный сигнал, из-за минимальности коэффициента усиления второго масштабирующего усилителя 8 интегратор 7 оказывается практически отключенным от сумматора 9 и не влияет на работу регулятора. Происходит нагрев объекта регулирования полной мощностью. Когда при приближении температуры электропечи к заданной разница сигналов с задатчика 1 и датчика 2.температуры уменьшается настолько, что элемент 3 сравнения выходит из ограничения и начинает работать в режиме линейного усиления j его выходной сигнал начинает пропорционально уменьшаться (по абсолютному значению). Уменьшение напряжения на подключенном к выходу элемента 3 сравнения входе второго масштабирующего усилителя 8 вызывает возрастание его коэффициента усиле0

5

0

3

30

35

40

45

50

55

ния, что приводит к плавному включению интегратора 7 в работу ПИД-регуля- тора. Дифференциатор 4 тоже начинает функционировать, так как выходной сигнал элемента 3 сравнения начал меняться. Вся работа ПИД-регулятора начинается вблизи .заданной температуры, когда элемент 3 сравнения выходит из ограничения и начинает работать в режиме линейного усиления. Поскольку пока элемент 3 сравнения работал в режиме ограничения, с его выхода на вход интегратора 7 подавался максимальный сигнал, то уменьшение сигнала на выходе элемента 3 сравнения и, как следствие этого, увеличение коэффициента усиления .второго масштабирующего .усилителя 8 приводит к тому, что на вход сумматора 9 с выхода интегратора 7 через второй масштабирующий усилитель 8 пос,тупает сигнал, который уменьшает мощнос.ть,, подаваемую на объект регулирования. Этот сигнал плавно увеличивается с уменьшением сигнала на выходе элемен- .та 3 сравнения, что не вызывает возникновения колебательного процесса. Такое же тормозящее действие на процесс роста температуры оказывает дифференциатор 4. Выходной сигнал сумматора 9 через исполнительный орган 10 значительно ограничивает мощность, подаваемую на объект р егули- рования. Этим сильно тормозится скорость нарастания -температуры при подходе к заданному значению температуры. Поэтому выход на режим - на заданную температуру - происходит без . перерегулирования,. аси 1птотически снизу. В процессе дальнейшей рабо ты ПИД-регулятор функционирует как обычно, обеспечивая нужную точность регулирования температуры объекта.. При этом точность поддержания температуры объекта предлагаемым программным регулятором температуры выше в более широком интервале температур регулирования из-за работы первого масштабирующего усилителя 5 (который является усилителем п-остояинрго тока с управляемым напряжением коэффициентом усиления и может быть выполнен, например, на умножителе). При температуре динамической настройки ПИД-регулятора То коэффициент усиления первого масштабирующего усилителя 5 выбран равным единице, поэтому при этой температуре он не влияет на работу

.ПИД-регулятора и не изменяет точность регулирования температуры. Задание температуры электропечи,отличной от Та, приводит к изменению напряжения на соединенном с датчиком 2 (или задатчиком 1) температуры управляющем вход З первого масштабирующепо усилителя 5 и пропорциональному изменению его коэффициента усиления, что приводит к пропорциональному изменению поступающего на сумматор 9 сигнала дифференциатора 4. Коэффициент про- порциональности выбирают эксперимен-- тально для конкретного типа объекта регулирования.

Если в программе в процессе ее отработки имеется резкое изменение задаваемого значения температуры, например, в сторону уменьшения (для перехода на поддержание более низкой температуры), то в случае возникновения большой разницы сигналов с задат- чика 1 и датчика 2 температуры элемент. 3 сравнения опять переходит в режим ограничения и на его выходе появляется максимальный (отрицательный или положительный) неизменный сигнал..Из-за этого коэффициент

состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и выходной сигнал , дифференциатора 4, подаваемые на сумматор 9, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры электропечи путем подачи на нее некоторой мощности для подогрева, регулятор начинает функционировать и асимптотически сверху выводит тем- пературу на заданньш уровень без перерегулирования. При этом включение . интегратора 7 осуществляется плавно

15 путем постепенного увеличения, коэффициента усиления второго масштабирующего усилителя 8, что не вызывает возникновения колебательного процесса. Коэффициент усиления первого масшта20 бирующего усилителя 5 изменяется пропорционально температуре, что приводит к пропорциональному изменению величины сигнала, передаваемого с выхода дифференциатора 4 на вход сум25 матора 9, и возрастанию точности поддержания температуры регулятором. Если программное изменение температуры не приводит к переходу элемента . 3 сравнения в режим ограничения (неусиления второго масштабирующего уси- 30 большое изменение температуры), то лителя 8 становится минимальным и он предлагаемьй программный регулятор

. температуры работает аналогично обык- новенному ПИД-регулятору.

значительно ослабляет сигнал с выхода интегратора 7, который поступает- на вход сумматора 9. Таким образом, интегратор 7 практически выключается из работы ПИД-регулятора. Дифференциатор 4 тоже перестает функционировать, так как сигнал ла его входе не меняется. На вход сумматора 9 поступает только выходной сигнал линейного усилителя 6. Это приводит к тому, что на объект регулирования пре- крэщается подача мощности и -происходит его пассивное остьтание. В процессе остывания, когда элемент 3 сравнения выходит из режима ограничения, работа программного регулятора температуры опять становится аналогичной описанной. Коэффициент усиле35

Формула изобр-етения

Программный регулятор температуры, содержащий задатчик и датчик температуры, подключенные к входам эле- JQ мента сравнения, связанного выходом с входами дифференциатора, интегратора и линейного усилителя, выходом подключенного к входу сумматора, последовательно соединенного с исполните тельным органом,: отличаю щ ийс я тем, что, с целью повышения точ- . ности регулятора, он содержит включенные между выходами дифференциатора и интегратора и соответствующими вхония второго масштабирующего усилите- 50 Д сумматора линейные масштабирую- ля 8 возрастает, из-за чего на вход щие усилители, управляющие входы кото- сумматора 9 начинает поступать сигнал рьк соединены соответственно в канй- с выхода интегратора 7. Начинает ; ле дифференциатора с выходом датчика

состояние, соответствующее более высокой температуре, то его выходной сигнал и выходной сигнал , дифференциатора 4, подаваемые на сумматор 9, оказывают тормозящее действие на скорость снижения температуры электропечи путем подачи на нее некоторой мощности для подогрева, ПИДрегулятор начинает функционировать и асимптотически сверху выводит тем- пературу на заданньш уровень без перерегулирования. При этом включение интегратора 7 осуществляется плавно

путем постепенного увеличения, коэффициента усиления второго масштабирующего усилителя 8, что не вызывает возникновения колебательного процесса. Коэффициент усиления первого масштабирующего усилителя 5 изменяется пропорционально температуре, что приводит к пропорциональному изменению величины сигнала, передаваемого с выхода дифференциатора 4 на вход сумматора 9, и возрастанию точности поддержания температуры регулятором. Если программное изменение температуры не приводит к переходу элемента . 3 сравнения в режим ограничения (не35

Формула изобр-етения

Программный регулятор температуры, содержащий задатчик и датчик температуры, подключенные к входам эле- мента сравнения, связанного выходом с входами дифференциатора, интегратора и линейного усилителя, выходом подключенного к входу сумматора, последовательно соединенного с исполнительным органом,: отличаю щ ийс я тем, что, с целью повышения точ- ности регулятора, он содержит включенные между выходами дифференциатора и интегратора и соответствующими вхо

Изобретение относится к устройствам регулирования и управления, а именно к прецизионным регуляторам температуры с программным заданием температуры. Цель изобретения - повышение точности регулятора в более широком интервале температур регулирования. Программный регулятор содержит задатчик и датчик температуры, выходы которых подключены к входу элемента сравнения, связанного выходом с входами дифференциатора и линейного усилителя, подключенного выходом к входу сумматора, соединенного с входом исполнительного органа, а также интегратор и два масштабирующих усилителя. Новым в регуляторе является использование двух масштабирующих усилителей, вход первого из которых подключен к выходу дифференциатора, а выход - к входу сумматора, связанного другим входом с выходом второго масштабирующего усилителя, соединенного входом с выходом интегратора. Управляющий вход первого масштабирующего усилителя подключен к выходу датчика температуры, а управляющий вход второго масштабирующего усилителя - к выходу элемента сравнения, с которым соединен также вход интегратора. 1 ил.

функционировать дифференциатор 4. Так как интегратор 7 сохранил своё

температуры,.в канале интегратора - ее с выходо элемента сравнения.

Составитель Л.Птенцова Редактор 0.Головач Техред П.Олийнык Корректор Л.Бескид

Заказ 2828

Тираж 656

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ CQCP 113035, Москва, Ж-35, Раушская.наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г, Ужгород, ул, Гагарина, 101

Подписное