4.4. Автоматическая система регулирования температуры

Функциональная схема системы показана на рис. 4.5. На схеме обозначено: З – задатчик; РУ – регулирующее устройство; ФСУ – фазосдвигающее устройство; ТРН – тиристорный регулятор напряжения; П – печь; Н – нагреватель; ДТ – датчик температуры; U_с – напряжение питающей сети.

Структурная схема системы приведена на рис. 4.6. На схеме обозначено:

– сигнал задания;

ε – ошибка регулирования;

– передаточная функция пропорционально-интегрирую-щего регулирующего устройства;

Рис. 4.5. Функциональная схема автоматической системы

регулирования температуры

Рис. 4.6. Структурная схема автоматической системы

регулирования температуры

, – коэффициент передачи и постоянная времени регулирующего устройства;

u – выходной сигнал регулирующего устройства без учета ограничения;

– нелинейность, отражающая ограничение выходного сигнала регулирующего устройства;

– выходной сигнал регулирующего устройства;

– максимальное значение выходного сигнала регулирующего устройства; = 10 В;

– нелинейная характеристика фазосдвигающего устройства (ФСУ);

– коэффициент пропорциональности;

– зависимость действующего значения выходного напряжения тиристорного регулятора от угла включения тиристоров;

- действующее значение напряжения питающей сети, = 220 В;

– нелинейная зависимость мощности электротеплового преобразователя (нагревателя) от напряжения;

, - активное сопротивление и мощность нагревателя;

С – теплоемкость печи;

γ – коэффициент, моделирующий тепловое сопротивление теплоизоляции;

– температура;

– температура окружающей среды;

– передаточная функция датчика температуры;

, - коэффициент передачи и постоянная времени датчика температуры.

Таблица 4.3

Данные для расчетов автоматической системы регулирования температуры

Параметр	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8
, B	5	7,5	5	4	8	7,5	6	8,5
	0,9	0,8	0,9	0,7	0,8	0,8	0,8	0,8
, c	20	25	5	5	10	20	10	10
, B/C	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,06	0,07	0,08
, c	2	5	4	2	5	4	2	2
, 1/B	0,5	0,2	0,2	0,4	0,2	0,5	0,25	0,25
, Oм	20	20	25	25	10	15	10	15
С, Дж /C	250	250	200	100	500	400	200	200
, Вт/C	10	10	5	5	50	20	25	20
, C	20	20	25	25	30	20	20	20

Примечания.

1. В табл. 4.3 указаны значения , , соответствующие рабочей точке. При линеаризации системы следует определить приближенную линейную зависимость мощности нагревателя от входного сигнала фазосдвигающего устройства при = 220 В.

2. При выполнении оптимизации линеаризованной системы определите наилучшие в смысле минимума интегральной квадратичной оценки значения параметров регулятора и .

3. Постройте графики зависимостей:

- угла включения  тиристоров от управляющего напряжения;

- действующего значения напряжения от угла включения  тиристоров и напряжения управления ;

- мощности , выделяемой в нагревателе, от действующего значения напряжения , угла проводимости тиристоров  и управляющего напряжения .

4. При расчетах и моделировании линеаризованной системы определите статические и динамические характеристики для температуры и ошибки регулирования  в зависимости от сигнала задания , температуры окружающей среды и напряжения питающей сети .

5. Для нелинейной системы определите следующие статические характеристики:

• зависимость мощности от напряжения задания при различных значения температуры окружающей среды;

• зависимость напряжения на нагревателе от напряжения задания при различных значениях температуры окружающей среды .

Контрольные вопросы

1. Объясните физическую сущность всех нелинейностей в системе.

2. Какое влияние оказывают изменения напряжения питающей сети на процессы регулирования температуры?

3. Как изменятся свойства системы, если вместо ПИ-регулятора использовать П-, ПД- или ПИД-регулирующее устройство?

4. Проанализируйте работу системы при использовании релейного двухпозиционного регулятора.

5. Проанализируйте процессы в системе при:

• резком снижении на 50% напряжения питающей сети;

• увеличении температуры окружающей среды на +20С.