Термостатирующее устройство Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

(5) ТЕРМОСТАТИРУЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к технике автоматического регулирования, а более конкретно - к системам управления термостатами, предназначенными для термостатирования различных ради оэлектронных элементов автоматики, а также относится к программным и оптиМальным по быстродействию устройст вам управления объектами с распределенными параметрами при неполном измерении . Известно термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мрет, подключенный к блоку управлени к выходу которого через последовательно соединенные ключевой элемент и усилитель мощности подключен нагре ватель, а также содержащее подключен ные к выходу ключевого элемента последовательно соединенные генератор линейно-возрастакмдего напряжения и пороговый элемент, выход которого подключен к одному из плеч термочувствительного моста tl. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие, а также то, что данное устройство работает только на подогрев, т.е. работает только в тех условиях, когда температура статирования выше температуры окружающей среды. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост и задатчик температур, подключенные к блоку управления, компаратор, последовательно соединенные генератор монотонно возрастающего напряжения и первый пороговый элемент, последовательно соединенные основные усилитель мощности и исполнительный элемент, а также подключенные к первому выходу блока управления последовательно соединенные блок памяти на-. чальной температуры, дифференциальный усилитель, второй пороговый элемент, смеситель видеоимпульсов и управляю3 . 94 щий триггера, а также коммутатор напряжений с зоной нечувствительности, инвертирующий повторитель и коммутатор напряжений первый и второй каналы которого соединены с выходами компаратора и блока управления, а выход коммутатора напряжений связан со входом основного усилителя мощности, при чем второй вход дифференциального уси лителя связан с выходом задатчика тем пературы, а выход - со входом компаратора и со вторым входом первого порогового элемента, выходом связанного со вторым входом смесителя видеоимпульсов, вход инвертирующего повторителя связан с выходом генератора монотонно возрастающего напряжения, а выход - со вторым входом второго порогового элемента,выходы управляющего триггера подключены к управляющим входам коммутатора напряжений 2. Недостатком данного устройства является низкая точность управления теплофизическим объектом в переходном режиме при различных ограничениях на градиенты температур в заданных точках управляемого объекта с распределенными, параметрами, Цель изобретения - повышение- точности управления теплофизическим объектом в переходном режиме прид неполном измерении (ограниченных возможностей измерения) параметров объекта управления. Цель достигается тем, что в термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенны к входу блока управления, коммутатор напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй и третий входы - с выходом компаратора, причем первый и второй выходы коммутатора напряжений подключены к входу последовательно соединенных основных усилителя мощности и исполнительного элемента, а третий выход - ко входу последовательно соединенных форсажных усилителя мощности и исполнительного элемента, управляющий триггер, прямой выход которого соединен с первым управляющим входом коммутатора напрядений, а инверсный выход - со вторым и третьим управляющими входами коммутатора напряжений введен программный блок формирования временных интервалов, первый выход которого подключен ко вхо ду компаратора, а второй выход - к первому входу управляющего триггера. 6 Кроме того, указанная цель достигается тем, что блок формирования временных интервалов содержит последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты, линейку двоичнодесятичных счетчиков,блок дешифраторов, а также блок логических элементов И, входы каждого из которык подключены через коммутационнонаборную панель к соответствующим. вь1ходам блока дешифратора, причем выход одного из элементов блока элемейтов И является вторым выходом блока формирования временных интервалов, it выходы остальных элементов блока элёментов И подключены к входам логического элемента ИЛИ, выходом связанного со счетным входом триггера, выход к торого является первым выходом блок формирования временных интервалов причем установочные входы линейки двоично-десятичных счетчиков и триггера соединен между собой и яаляюТся входом блока. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Термостатирующее устройство содержит термочувствительный мост 1, блок управле ния 2, коммутатор напряжений 3, основной усилитель можнос.ти , основной исполнительней элемей1 5, блок 6 формирования временных интервалов, компаратор 7, управляющий RS-триггер 8, форсажный усилитель мощности 9 форсажный исполнительный орган 10. Клеммы, на которые подается установочный сигнал (сброс), обозначены позицией 11. Кроме того, блок 6 формирования временных интервалов содержит генератор 12 импульсов, стабилизированный кварцем, делитель частоты 13 линейку двоично-десятичных сметчиков импульсов 1,-блок из К дешифраторов двоично-десятичного кода в десятичный 15, коммутационно-наборную панель 16, блок К-входовых логических элементов И 17, логический элемент ИЛИ 18, RS-триггер со счетным входом 19 В таком устройстве в качестве исполнительных элементов могут применяться как всевозможные электрические нагреватели (охладители), так и управляемые реверсивные термобатареи. В предлагаемом устройстве объект термостатирования наблюдается только в одной точке, так как датчик температуры термочувствительного моста установлен на входе объекта термостатирования (т.е. возле нагревателя). При работе устройства, в котором в качестве объекта управления берут например, кристалл кварца, который помещен в теплопроводную камеру термостата. В качестве исполнительного органа берут управляемую термобатаре размещенную на боковой поверхности Камеры термостата,рядом с которой (на входе объекта) размещен также датчик температуры.Особенност ью управления данным объектом и ему подобных является то, что такие объекты не наблюдаемы, т.е. в заданных точках объ- 1$ екта в каждый данный момент времени нельзя измерить температуру, так как установка датчика температуры внутри объекта (например, кристалла кварца) приводит к полной или частичной потере работоспособности последнего. При включении питания на блок формирования временных интервалов 6 и на управляющий триггер 8 через входной зажим 11 подается установочный сигнал (сброс), который устанавливает схему в исходное положение. После этого коммутатор напряжений 3 под действием управления с триггера 8 подключает выход компаратора 7 ко входам основного k и форсажного 9 усилителей мощности, а выход блока управления 2 при этом отключается от входа основного усилителя мощности 4 В начальный момент времени на вход компаратора 7 с выхода блока формирования временных интервалов 6 поступает напряжение определенного уровня, которое устанавливает компаратор 7 в заданное начальное состоя ние. Таким образом, компаратор 7 переводит основной k и форсажный 9 усилители мощности в режим насыщения последние, в свою очередь, выводят блок реверсивных термобатарей 5 и 10 на полную мощность, определяя тем самым начало форсированного выхода объекта в режим. Температура объекта термостатирования начинает изменяться с максимальной скоростью в сторону заданной температуры статирования Т При этом напряжение на.первом выходе блока формирования временных интерва лов 6 скачком переходит в другое сос тояние (на другой уровень) в тех слу чаях, когда или температура-на входе объекта управления (Tg) достигнет своего предельного значения или градиент температур любой из заданных выходных точек объекта относительно входной превысит допустимую величину. Таким образом, до того момента, пока входные и выходные координаты объекта не достигнут своих предельных значений, объект движется в сторону заданного конечного состояния с максимальной скоростью при предельном значении управляющего воздействия. Как только хотя бы одна из координат объекта достигнет своего предельного, значения, то управляющее воздействие на входе компаратора 7 меняет свой знак на обратный. Объект начинает двигаться с максимальной скоростью в обратную сторону, и снова при переходе границы области допустимых значений координат управляющее воздействие меняет свой знак. Таким образом, программным управлением организуют движение объекта термостатирования по границе области допустимых значений его входных и выходных координат до окончания переходного процесса, в течение которого регулятор и объект управления представляют собой разомкнутую систему, удерживающую входные и выходные координаты объекта на допустимых значениях. При этом после п интервалов программного управления и по истечении определенного фиксированного времени с начала переходного процесса со второго выхода программного блока формирования временных интервалов 6 поступает импульс, который своим передним фронтом перебрасывает управляющий триггер 8 в другое состояние, последний, в свою очередь, производит переключен1е каналов коммутатора 3. При этом одновременно выход компаратора 7 отключается от входов усилителей мощности и 9, а выход блока управления 2 подключается ко входу основного усилителя мощности k. Таким образом, момент срабатывания управляющего триггера 8 свидетельствует об окончании разгона управляемого объекта в режим и начало режима ст члизации его на конечном заданном уровне. Начиная с этого момента, регулятор и блок управления представляют собой уже замкнутую систему, де блок управления 2 отрабатывает ошибку рассогласования, компенсируя запасенную энергию объекту термоста-, тирования. Температура объекта начинает выравниваться по всему объему и это про1сходит быстрее, когда в качестве исполнительного элемента служит управляемая реверсивная термо батарея, так как в системе появляется возможность отбора лишнего тепла (холода) за счет изменения знака температуры нагревателя .Тц. При достижении равенства температур во всех точках поля заданной температуре статирования переходный процесс заканчивается, а последующее регулирование осуществляется исключительно бликом управления 2 в соответст вии с заложенным в него законом регулирования (релейный, пропорциональ ный, пропорционально-интегральный и т.д.). При работе программного блока фор мирования временных интервалов 6 (см.чертеж) после того, как входной установочный сигнал (сброс), поданны на клемму 11, установит в нуль счетчики линейки двоично-десятичных счет чиков 1, импульсы с задающего генератора 12, стабилизированного кварце поступают через делитель частоты 13 на линейку последовательно включенных двоично-десятичных счетчиков , Подключенные к выходам счетчика I дешифраторы 15 преобразуют последова тельность импульсов в десятичный код На выходах каждого дешифратор (каждой декады) блока 15 появляются импульсы, сдвинутые на время, равное }0) Т относительно импульса на пре дыдущем выходе. Где 1 - номер декады начиная со старшей, Т - период (сек) повторения десятичного кода на выходах блока дешифраторов 15, определяе мый емкостью N счетчика , частотой f (Гц) генератора импульсов 12, и коэффициентом К деления частоты на выходе делителя частоты 13, т.е. т I - . Период Т при необходимости регули руют посредством изменения коэффициента k делителя частоты 13. На коммутационно-наборной панели 16 с помощью К-входовых логических элементо И блока 17 можно выделять любой из импульсов в периоде Т. Таким образом выделяя нужные импульсы в периоде Т с помощью логических элементов И бло ка 17 и подавая их через элемент ИЛИ 18 на счетный вход RS-триггера 19 тем самым осуществляют программное управление теплофизическим объектом с распределенными параметрами. 9 68 Собственно программу управления объектом набирают на коммутационнонаборной панели 1б, а с выхода RSтриггера 19 получают п в общем случае, неравномерных интервалов управления, в каждом из которых управляющий сигнал принимает свое предельное значение, т.е. управление является релейным. В конце каждого интервала происходит изменение знака управляющего сигнала. Последний (п+1)-ый интервал управления набирается с помощью (п+1)го элемента И блока 17, с выхода которого подается импульс на управляющий триггер 8, который осуществляет скачкообразный переход от программного разомкнутого управления к замкнутому управлению. Причем вход компаратора 7 подключается к прямому или обратному выходу RS-триггера 19 в зависимости от знака разности между температурой статирования и начальной температурой объекта ТО(ОБ) , т.е. в зависимости от знака Т Т -ТдГор). В предлагаемом устройстве программа оптимального управления объектом зависит от начальных и граничных условий, а также зависит от ограничений, накладываемых на входное и выходные коорбинаты объекта, т.е. зависит от температурного перепада межжу температурой статирования и началь ой температурой объекта, от предель ° допустимой температуры на входе объекта, а также зависит от величины предельно допустимых градиентов температурного поля. Поэтому программа управления определяется предваритель о конкретных условий, например етодом электромоделирования, Предлагаемое устройство выгодно отличается от известных тем, что на нем можно с высокой точностью осуществлять программный выход (в том числе и оптимальный) объекта в режим при неполном измерении для различных конкретных условий теплообмена с окружающей средой, при которых осуществляется переходный процесс. Формула изобретения 1. Термостатирующее устройство, содержащее термочувствительный мост, подключенный к входу блока управления, коммутатор напряжения, первый вход которого соединен с выходом блока управления, а второй и третий

входы - с выходом компаратора, причем первый и второй выходы коммута тора напряжений подключены к входу последовательно соединенных основных усилителя мощности и исполнительного элемента, а третий ,выход - к входу последовательно соединенных форсажных усилителя мощности и исполнительного элемента, управляющий триггер, прямой выход которого соединен с пер вым управляющим входом коммутатора напряжений, а инверсный выход - со вторым и третьим управляющими входами коммутатора напряжений, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления теплофизическим объектом в переходном режиме при неполном измерении состояния объекта,и при различных ограничениях измерения параметров объекта управления, оно содержит программный блок формирования временных интервалов, первый выход которого подключен ко входу компаратора, а второй выход - к первому входу управляющего триггера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. G 05 D 23/19, 08.05.80 (прототип