Устройство для программного регулирования Советский патент 1993 года по МПК G05D23/19 

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и может найти применение для терморегулирования физических объектов в парах криогенной жидкости по заданному закону, а также для модулирования температуры небольшими, порядка 0,5 градуса, различного типа осцилляциями, что необходимо для метода моду- ляционнойтермоактивационной

спектроскопии, который позволяет изучать тонкую структуру различных стадий отжига изучаемых объектов.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и уменьшение потребления мощности.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - график модуляционного ступенчатого режима регулирования температуры.

Устройство содержит генератор импульсов 1, элемент И-НЕ 2, счетчик 3 импульсов, блок 4 индикации, преобразователь 5 код-аналог, сумматор 7, компаратор 8 с уставкой 9 на входе, программный задатчик 10, блок 11 сравнения, пульт 12 управления, таймер 13, первый 14 и второй 15 элементы И, канал 16 регулирования параметра в режиме его стабилизации, канал 17 регулирования параметра в режиме его изменения, рабочую камеру 18. Канал 16 содержит регулируемый узел, включающий в себя усилитель постоянного тока 19 , аналого-цифровой преобразователь 20, блок расчета ПИД-воздействия 21, распределитель сигналов 22, цифроанало- говые преобразователи 23, 24 и усилители мощности 25,26, а также датчик параметра 27, клапан 28 и нагреватель 29. Канал 17

(Л

С

00

OJ vl

ho

о

VJ

содержит датчик параметра 30, усилитель постоянного тока 31, аналого-цифровой преобразователь 32, нагреватель 33, клапан 34, переключатель управляющего воздействия 35, усилители мощности 36, 37.

Устройство работает следующим образом.

Пусть требуется управлять изменением температуры по закону, представленному на фиг. 2. Для этого в программный задатчик 10 с пульта 12 управления заносится программа. Каждый участок программы определяется словом, состоящим из трех кодов: код скорости изменения температуры, код конечной температуры на данном участке и время стабилизации температуры (для горизонтального участка). На фиг. 2 видно, что график терморегулирования состоит из трех периодически повторяющихся температурных режимов: нагрев, стабилизация и охлаждение. Поэтому для того,чтобы понять принцип работы устройства, достаточно рассмотреть график терморегулирования на трех участках: АВ, ВС, СД.

Работа устройства начинается по сигналу Пуск с пульта управления, который разрешает прохождение импульсов от генератора 1 на элемент И-НЕ 2. Из программного задатчикэ 10 извлекается инфор- мационное слово, соответствующее данному участку терморегулирования. Код скорости изменения температуры с третьего выхода программного задатчика 10 поступает на генератор импульсов 1, устанавливая его частоту соответствующей скорости роста температуры на участке АВ. Код конечной температуры на данном участке через первый выход блока 10 поступает на второй вход блока 11 сравнения. Так как код температуры в точке В, поступающий на второй вход блока 11 сравнения, больше кода температуры в точке А, поступающего на первый вход блока 11 сравнения, то по второму выходу блока сравнения 11 вырабатывается сигнал, разрешающий про- хождение импульсов с выхода элемента И- НЕ 2 через первый элемент И 14 на первый вход прямого счета счетчика 3 импульсов. В последнем производится подсчет поступившего числа импульсов с индикацией в блоке 4. Выход счетчика подключен также ко входу преобразователя 5 код-аналог, преобразующего их в аналоговый сигнал, соответствующий градуировке измерительного преобразователя. Выходной сигнал преобразователя 5 код-аналог поступает на вход переключателя управляющего воздействия 35. С помощью сигнала на втором выходе блока сравнения 11 переключатель 35 подключает выход преобразователя 5 код-аналог к усилителю мощности 37, который включает электронагреватель 33. На первый вход сумматора 7 поступает сигнал с выхода счетчика 3 импульсов, на второй вход - сигнал термодатчика 30 через УПТ 31 и АЦП 32. С выхода сумматора 7 разностный сигнал задания температуры и температуры рабочей камеры 18 подается на вход компаратора 9. При

0 наличии ошибки регулирования на выходе компаратора вырабатывается уровень напряжения, запрещающий прохождение импульсов от генератора 1 через элемент И-НЕ 2 и элемент И 14 на вход прямого счета

5 импульсов счетчика 3. Последовательное увеличение содержимого счетчика 3 приводит к росту температуры на участке АВ со скоростью, определяемой частотой генератора 1. При равенстве кода с выхода счетчи0 ка 3 коду с первого выхода программного задатчика 10 блок сравнения 11 вырабатывает сигнал на первом выходе , который блокирует элемент И-Н Е 2 и вызывает новое информационное слово в программном за5 датчике 10, определяющее изменение температуры на участке ВС. Температура на данном участке должна поддерживаться постоянной в течение заданного промежутка времени. Код времени стабилизации темпе0 ратуры через второй выход программного задатчика 10 поступает на вход таймера 13. При этом на первом выходе блока сравнения 11 вырабатывается сигнал, который блокирует элемент И-НЕ 2 изапускает канал

5 16. Канал 17 в это время отключается. После окончания отработки временного интервала таймером 13 программный задатчик отключает канал 16 и вызывает новое информационное слово, определяющее изменение

0 температуры на участке СД. Код, определяющий температуру в точке Д и поступающий на второй вход блока 11 сравнения, меньше кода, поступающего со счетчика 3 импульсов (код температуры в точке С), поэтому

5 блок 11 сравнения разблокирует элемент И-НЕ 2, запрещает прохождение импульсов от генератора 1 импульсов через первый элемент И 14 и сигналом с третьего выхода блока 11 сравнения разрешает их про0 хождение через второй элемент И 15 на второй вход обратного счета счетчика 3 импульсов. С помощью сигнала на третьем выходе блока сравнения 11 коммутатор переключатель 35 подключает выход преоб5 разователя 5 код-аналог к усилителю мощности 36, который открывает электроклапан 34 и, следовательно, вызывает уменьшение температуры в рабочей камере 18с заданной скоростью до значения температуры в точке Д.

Канал 16 в процессе работы осуществляет контроль температуры в рабочей камере 18 с помощью термодатчика 27, сигнал с которого через УПТ 19 и АЦП 20 поступает в блок расчета 21, который осуществляет пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) закон регулирования.

Блок расчета 21, анализируя величину температуры в рабочей камере 32, определяет ошибку управления X и рассчитывает управляющее воздействие Y, которое поступает на распределитель 22. В зависимости от знака сигнала управления Y распределитель 22 подключает либо электроклапан 28 через усилитель мощности 25 и ЦАП 23, либо электронагреватель 29 через усилитель мощности 26 и ЦАП 24, таким образом осуществляя стабилизацию температуры в рабочей камере 18.

Заявляемое устройство обеспечивает следующие параметры: модуляционное ступенчатое терморегулирование, которое повышает быстродействие до 5 градусов в минуту, увеличивает точность до 0,1 градуса и уменьшает мощность выделяемую на электронагревателе, до 10 Вт.

Формула изобретения

1. Устройство для программного регулирования, содержащее генератор импульсов, подключенный выходом в первому входу элемента И-НЕ, подключенного вторым входом к первому выходу пульта управления, а третьим входом - к первому выходу блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, а второй вход-с первым выходом программного за- датчика, а также блок индикации, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, преобразователь код - аналог, сумматор и коммутатор, выход которого подключен к четвертому входу элемента И- НЕ, два элемента И и таймер, вход которого подключен к второму выходу, а выход - к первому входу программного задатчика, второй вход которого соединен с первым выходом блока сравнения, третий вход - с вторым выходом пульта управления, а третий выход-с входом генератора импульсов, при этом выход элемента И-НЕ подключен к первым входам первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока сравнения, а выходы - с соответствующими входами счетчика импульсов, подключенного выходом к входу преобразователя код - аналог, о т ли ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и уменьшения потребления мощности,устройство содержит канал регулирования параметра в режиме его стабилизации, включающий в себя датчик параметра, подключенный к информационному входу регулирующего узла, нагреватель и клапан на линии подачи охладителя, включенные на выходах регулирующего узла, управляющим входом соединенного с первым выходом блока сравнения, а также канал регулирования параметра в режиме его изменения, включающий в себя последовательно соединенные датчик параметра, усилитель постоянного тока и аналого-цифровой преобразователь, выходом подключенный к второму входу сумматора, нагреватель и клапан на линии охладителя, подключенные через переключатель управляющего воздействия канала и соответствующие усилители мощности к выходу преобразователя код - аналог, причем управляющие входы переключателя управляющего воздействия соединены с вторым и третьим выходами блока сравнения.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что регулирующий узел выполнен в виде последовательно соединенных усилителя постоянного тока, вход которого являетсяпервымвходомузла, аналого-цифрового преобразователя, блока расчета ПИД-воздействия, вход запуска которого является управляющим входом узла, и распределителя сигналов, а также двух пар последовательно соединенных цифроа- налогового преобразователя и усилителя мощности, выходы которых являются выходами регулирующего узла.

л t-i

TF

iiЈTE ±

16

nl

Изобретение относится к технике автоматического регулирования и предназначено для терморегулирования физических объектов в парах криогенной жидкости по заданному закону, а также для модулирования температуры небольшими, порядка 0,5 градуса, различного типа осцилляциями, что необходимо для метода модуляционной термоактивационной спектроскопии, который позволяет изучать тонкую структуру различных стадий отжига изучаемых обьектов. Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и уменьшение потребления мощности. Для этого устройство содержит генератор импульсов, элемент И- НЕ, счетчик импульсов, блок индикации 4, преобразователь код-аналог, сумматор, компаратор 8 со входом уставки, программный задатчик, блок сравнения, пульт 12 управления, таймер, элементы И, канал I регулирования параметра в режиме его стабилизации и канал II регулирования параметра в режиме его изменения. Канал I содержит УПТ, АЦП. блок расчета ПИД-воз- действия, распределитель сигналов, ЦАП, усилители мощности, датчик параметра, клапан и нагреватель. Канал II содержит датчик параметра, УПТ, АЦП, нагреватель, клапан, переключатель управляющего воздействия, усилители мощности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

зе

t T«

i 1

35

I

1

33

321

К

в с

п

f I

1

г

J

3Чг

i i

г LT

n A

А /к

Ц i1 и

30