Автоматическая система регулирования температуры

1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, ЭЛЕМЕНТЫ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМЫ СИСТЕМЫ

1.1 Описание функциональной схемы устройства

Рис. 1. Функциональная схема автоматической системы регулирования температуры

Общий принцип действия системы авто

матического регулирования температуры состоит в том, чтобы поддерживать на требуемом уровне температуру объекта (в нашем случае – печи). Происходит это следующим образом – с датчика температуры (ДТ), который находится в печи (П), текущее значение температуры поступает на регулирующее устройство (РУ), которое на основании полученной информации вырабатывает управляющее воздействие. Это воздействие формируется по алгоритму управления, заложенному в регулятор.

Далее сигнал с РУ поступает на исполнительное устройство, а именно – на тиристорный регулятор напряжения (ТРН), управляемый ФСУ. Задача фазосдвигающего устройства – в соответствии с сигналом регулятора формировать такие углы включения тиристоров, чтобы напряжение, подаваемое на нагреватель, поддерживало температуру на нужном уровне. Установка требуемой температуры осуществляется с помощью задатчика (З).

1.2 Описание структурной схемы

Рис. 2. Структурная схема автоматической системы регулирования температуры

Входным сигналом системы является напряжение Uз, оно сравнивается с напряжением Uд ≈ Θ, которое действует на выходе датчика. Если Uз ≠ Uд, то появляется ошибка ε = Uз – Uд.

Допустим, что Uз > Uд, тогда ε > 0. Далее эта ошибка поступает на вход РУ, где она усиливается. РУ имеет передаточную функцию (ПФ)

Uр увеличивается, а углы включения тиристоров уменьшаются, т. к.

Следовательно Uн увеличивается.

Рн также увеличивается:

следовательно, температура в печи растет.

Если ε < 0, то температура в печи уменьшается за счет теплообмена.

Как правило, в реальных системах сложно точно разграничить объект управления и исполнительные механизмы, потому что структурная схема является упрощенной моделью устройств и может либо объединять несколько реальных объектов в один блок, либо наоборот разбивать объекты на несколько блоков.

В предложенной схеме можно принять, что:

1) Объектом управления является печь с нагревателем.

2) Исполнительным устройством, которое вырабатывает регулирующее воздействие Uн является тиристорный регулятор напряжения.

3)Измерительное устройство – датчик, который также является элементом главной ОС, вырабатывающим сигнал, находящийся в определенной функциональной зависимости от регулируемой переменной.

1.3 Описание объекта управления. Его статические и динамические характеристики

Объект управления представляет собой печь с нагревательным элементом, управление которым осуществляет тиристорный выпрямитель. Тепловое сопротивление изоляции печи осуществляется с помощью бока усиления с коэффициентом γ и сумматоров. С – теплоемкость печи. Ниже представлены характеристики печи, полученные с помощью САПР Matlab.

1.4 Принцип действия измерительного устройства

Передаточная функция датчика .

В качестве датчика температуры может использоваться термистор.

Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры. Для термистора характерны большой температурный коэффициент сопротивления (ТКС) (в десятки раз превышающий этот коэффициент у металлов), простота устройства, способность работать в различных климатических условиях при значительных механических нагрузках, стабильность характеристик во времени.

Терморезистор изготовляют в виде стержней, трубок, дисков, шайб, бусинок и тонких пластинок преимущественно методами порошковой металлургии; их размеры могут варьироваться в пределах от 1—10 мкм до 1—2 см. Основными параметрами терморезистора являются: номинальное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, интервал рабочих температур, максимально допустимая мощность рассеяния.

Ошибку датчика можно подсчитать следующим способом:

; , => , следовательно погрешность датчика составляет 5%.

Получим характеристика датчика, использованного в исследуемой системе:

1.5 Характеристики регулирующего устройства

В данной схеме в качестве регулирующего устройства выступает ПИ-регулятор с передаточной функцией:

или в другой форме , где

Характеристики регулирующего устройства:

1.6 Принцип действия и характеристики исполнительного устройства

В исследуемой схеме исполнительным устройством является тиристорный выпрямитель, который подает напряжение на нагреватель в соответствии с управляющим воздействием, вырабатываемым регулятором.

Наиболее экономичным способом управления выпрямленным напряжением является управляемое выпрямление. В управляемых выпрямителях в качестве управляемых вентилей применяются тиристоры. Управление в выпрямителе сводится к управлению моментом отпирания тиристоров.

На управляющий электрод тиристора периодически подаются импульсы напряжения Uу, которые могут сдвигаться во времени по отношению к моменту появления положительной полуволны коллекторного напряжения Uк В результате меняется момент отпирания тиристора, начиная с которого и до конца положительной полуволны коллекторного напряжения тиристор находится в открытом состоянии. Этот сдвиг обозначается и называется углом управления. Такой метод управления называется импульсно-фазовым.

 Скачать реферат