способ управления электронагревательным устройством
Классы МПК: | H02J13/00 Схемы устройств для обеспечения дистанционной индикации режимов работы сети, например одновременная регистрация (индикация) включения или отключения каждого автоматического выключателя сети; схемы устройств для обеспечения дистанционного управления средствами коммутации в сетях распределения электрической энергии, например включение или выключение тока потребителям энергии с помощью импульсных кодовых сигналов, передаваемых по сети G05D23/19 с использованием электрических средств |
Автор(ы): | Файда Леонид Фимович (RU), Соболев Сергей Алексеевич (RU), Файда Евгений Леонидович (RU), Варганов Виталий Викторович (RU) |
Патентообладатель(и): | Файда Леонид Фимович (RU), Соболев Сергей Алексеевич (RU), Файда Евгений Леонидович (RU), Варганов Виталий Викторович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-05-23 публикация патента:
20.11.2006 |
Использование: для управления электронагревательным устройством. Техническим результатом изобретения является повышение качества регулирования температуры нагреваемой среды. Способ управления электронагревательным устройством, подключенным к сети электроснабжения с использованием управляющего блока, заключается в последовательных двухтактных циклах включения электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения и отключения электронагревательного устройства при температуре, равной или выше желаемого значения. Регулируют мощность электронагревательного устройства, включая в первом цикле устройство на полную мощность, если контролируемая температура ниже желаемого значения, и отключая устройство, если температура равна или выше желаемого значения, в каждом такте следующих циклов устанавливают мощность электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и первой поправки к мощности, обеспечивающей запас устойчивости процесса управления при изменении внешних возмущений в виде теплопотерь, а при температуре, равной или выше желаемого значения, - равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле, и второй поправки к мощности, обеспечивающей запас устойчивости процесса управления при изменении внешних возмущений в виде теплопоступлений, при отклонении температуры, превышающем допустимые пределы, управление осуществляют с первого цикла, во втором такте которого устанавливают мощность электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и первой поправки к мощности, а при температуре равной или выше желаемого значения, - равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и второй поправки к мощности. 2 ил.


Формула изобретения
Способ управления электронагревательным устройством, подключенным к сети электроснабжения с использованием управляющего блока, заключающийся в последовательных двухтактных циклах включения электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения и отключения электронагревательного устройства при температуре, равной или выше желаемого значения, отличающийся тем, что регулируют мощность электронагревательного устройства, включая в первом цикле устройство на полную мощность, если контролируемая температура ниже желаемого значения, и отключая устройство, если температура равна или выше желаемого значения, в каждом такте следующих циклов устанавливают мощность электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и первой поправки к мощности, обеспечивающей запас устойчивости процесса управления при изменении внешних возмущений в виде теплопотерь, а при температуре, равной или выше желаемого значения - равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и второй поправки к мощности, обеспечивающей запас устойчивости процесса управления при изменении внешних возмущений в виде теплопоступлений, при отклонении температуры, превышающем допустимые пределы, управление осуществляют с первого цикла, во втором такте которого устанавливают мощность электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и первой поправки к мощности, а при температуре, равной или выше желаемого значения - равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и второй поправки к мощности.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано для управления электронагревательным устройством, например, при электрообогреве (охлаждении) помещения.
Известен способ управления температурно-временным режимом электронагревательных устройств (см. патент РФ №2189684, МПК 7 H 02 J 13/00, G 05 D 23/19), осуществляющий оптимизацию работы нагревательного устройства с учетом желательной циклограммы пользователя, включающую желаемое изменение температуры. Однако данный способ характеризуется низким качеством регулирования: отклонения температуры от желаемого значения из-за присущей нагреваемой среде тепловой инерционности могут намного превосходить допустимые пределы вариации.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ управления группой электронагревательных устройств (см. патент РФ №2249287, МПК7 H 02 J 13/00, G 05 D 23/19), содержащий подключение электронагревательных устройств к сети энергоснабжения с использованием управляющего блока, выполненного с возможностью управления работой электронагревательных устройств, заключающийся в последовательных циклах включения электронагревательных устройств при температуре ниже желаемого значения и отключения электронагревательных устройств при температуре выше желаемого значения.
Недостатком данного способа является низкое качество регулирования температуры: значительные колебания температуры относительно желаемого значения, особенно в зоне расположения электронагревательных устройств. При включении электронагревательных устройств, когда результирующие теплопотери помещения незначительны, происходит резкое повышение температуры, а при отключении электронагревательных устройств, когда результирующие теплопотери помещения значительны, происходит резкое снижение температуры.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении качества регулирования температуры нагреваемой среды: в уменьшении отклонений температуры нагреваемой среды от желаемого значения за счет регулирования мощности электронагревательного устройства в соответствии с величиной результирующих возмущений: внешних и внутренних поступлений и потерь теплоты.
Указанный технический результат достигается способом управления электронагревательным устройством, подключенным к сети электроснабжения с использованием управляющего блока, заключающимся в последовательных двухтактных циклах включения электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения и отключения электронагревательного устройства при температуре, равной или выше желаемого значения, в котором согласно предлагаемому изобретению регулируют мощность электронагревательного устройства, включая в первом цикле устройство на полную мощность, если контролируемая температура ниже желаемого значения, и отключая устройство, если температура равна или выше желаемого значения, в каждом такте следующих циклов устанавливают мощность электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и первой поправки к мощности, обеспечивающей запас устойчивости процесса управления при изменении внешних возмущений в виде теплопотерь, а при температуре, равной или выше желаемого значения, - равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и второй поправки к мощности, обеспечивающей запас устойчивости процесса управления при изменении внешних возмущений в виде теплопоступлений, при отклонении температуры, превышающем допустимые пределы, управление осуществляют с первого цикла, во втором такте которого устанавливают мощность электронагревательного устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и первой поправки к мощности, а при температуре равной или выше желаемого значения, - равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и второй поправки к мощности.
Регулирование мощности электронагревательного устройства включением в первом цикле устройства на полную мощность, если контролируемая температура ниже желаемого значения, и отключением электронагревательного устройства, если температура равна или выше желаемого значения, или, если отклонения температуры от желаемого значения превышают допустимые пределы, позволяет быстро установить в помещении желаемую температуру и определить минимальную мощность электронагревательного устройства, необходимую для ее поддержания.
Установка мощности электронагревательного устройства в каждом следующем такте при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и первой поправки к мощности, а при температуре, равной или выше желаемого значения, - равной разности между средним значением мощности электронагревательного устройства в предыдущем цикле и второй поправки к мощности, обеспечивает более равномерное теплопоступление от электронагревательного устройства.
Установка мощности устройства при температуре ниже желаемого значения, равной сумме среднего значения мощности устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и первой поправки к мощности, а при температуре, равной или выше желаемого значения, - равной разности среднего значения мощности устройства в цикле, предшествующем началу первого цикла, и второй поправки к мощности, также обеспечивает более равномерное теплопоступление от электронагревательного устройства.
Предложенная регулировка позволяет существенно снизить амплитуду колебания температуры, особенно в зоне расположения электронагревательного устройства, а также непрерывно отслеживать изменения результирующих возмущений и быстро их компенсировать.
Вводимые поправки к мощности обеспечивают необходимый запас устойчивости процесса управления в случае изменения внешних (результирующих) возмущений в текущем такте управления.
Все это способствует повышению качества регулирования температуры: значительно уменьшает амплитуду ее колебаний, особенно в зоне расположения электронагревательного устройства.
Предлагаемый способ управления электронагревательным устройством применим в системах автоматического управления, предназначенных для стабилизации температурного режима с помощью релейных термоизмерительных устройств, следовательно, он обладает промышленной применимостью.
Подробное описание предлагаемого изобретения в одном из вариантов его реализации приведено ниже совместно с сопровождающими чертежами.
На фиг.1 приведена структурная схема управления для осуществления способа предлагаемого изобретения.
На фиг.2 представлены диаграммы изменения температуры в зонах расположения электронагревательного и термоизмерительного устройств и график мощности электронагревательного устройства, величина которой условно показана отрезками прямых линий.
Напряжение питающей сети Uc (фиг.1) через регулятор мощности 1 подается на электронагревательное устройство 2. Управление регулятором мощности осуществляется блоком управления 3, на который поступает сигнал с термоизмерительного устройства 4. Электронагревательное 2 и термоизмерительное 4 устройства размещены в одном помещении, на температуру которого осуществляется воздействие.
Способ управления электронагревательным устройством осуществляется следующим образом.
Если в начальный момент времени t0 (фиг.2) температура , контролируемая термоизмерительным устройством 4, меньше желаемого значения
<
ж, то с блока управления 3 на регулятор мощности 1 поступает команда включения электронагревательного устройства 2 на полную мощность P(
<
ж)=Pmax и фиксируется момент времени t0, соответствующий началу первого цикла.
В момент времени t1, когда температура достигает желаемого значения
ж, блок управления 3 формирует команду отключения нагревательного устройства 2 Р(
ж)=0 и фиксирует продолжительность интервала времени
t(
<
ж)=t1-t0. За счет тепловой инерционности как самого электронагревательного устройства 2, так и конвективных потоков воздуха в помещении, еще некоторое время продолжается рост температуры
и лишь потом происходит ее снижение. В момент времени t2, когда температура
становится меньше желаемого значения
ж, блок управления 3 фиксирует продолжительность интервала времени
t(
ж)=t2-t1, в течение которого температура
была равна или больше желаемого значения
ж. По полученным данным рассчитывается среднее значение мощности электронагревательного устройства 2 за первый цикл регулирования на интервале времени [t0, t 2] согласно выражению:
В момент времени t2 блок управления 3 подает команду на регулятор мощности 1, согласно которой мощность электронагревательного устройства 2 при температуре <
ж устанавливается равной Р(
<
ж)=Pср[t0,t2 ]+Pnl, где Pnl - поправка к мощности, обеспечивающая компенсацию изменений результирующих возмущений, возникновение которых возможно в текущем такте управления на интервале времени [t2, t3] соответственно при температуре
<
ж в виде дополнительных потерь теплоты. За счет тепловой инерционности еще некоторое время продолжается снижение температуры
и лишь потом происходит ее рост. В момент времени t 3, когда температура
достигает желаемого значения
ж, в блоке управления 3 фиксируется продолжительность интервала времени
t(
<
ж)=t3-t2, в течение которого температура (была меньше желаемого значения
ж. Рассчитывается среднее значение мощности электронагревательного устройства 2 за цикл регулирования на интервале времени [t1, t3] согласно выражению (1).
В момент времени t3 блок управления 3 подает команду на регулятор мощности 1, согласно которой мощность электронагревательного устройства 2 при температуре <
ж устанавливается равной Р(
ж)=Рср-Рn2, где Р n2 - поправка к мощности, обеспечивающая компенсацию изменений результирующих возмущений, возникновение которых возможно в текущем такте на интервале времени [t2, t3] при температуре
ж в виде дополнительных поступлений теплоты.
При заниженном значении поправок к мощностям Pn1 и Рn2 под действием изменений результирующих возмущений отклонения температуры от желаемого значения
ж могут возрастать, то есть процесс управления может оказаться неустойчивым. При завышенном значении поправок к мощностям Pn1 и Рn2 увеличиваются колебания температуры
относительно желаемого значения
ж, что снижает качество регулирования.
В момент времени t4 в блоке управления 3 рассчитывается среднее значение мощности электронагревательного устройства 2 за цикл регулирования, на интервале времени [t2, t 4] согласно выражению (1) и подается команда на регулятор мощности 1, согласно которой мощность электронагревательного устройства 2 при температуре <
ж устанавливается равной Р(
<
ж)=Рср[t2,t4 ]+Pnl и т.д.
В случае изменения значения желаемой температуры ж, например, в момент времени t6 (фиг.2) или значительного изменения величины результирующих возмущений, когда значение температуры
могут превысить максимально допустимое значение (
-
ж)>
max или (
ж-
)>
min алгоритм работы блок управления 3 начинается с первого цикла.
В первом такте на интервале времени [t 6,t7] электронагревательное устройство включается на полную мощность, так как значение температуры меньше желаемого значения. Во втором такте, начинающимся в момент времени t 7, когда значение температуры становится равным желаемому, устанавливается мощность электронагревательного устройства, равной разности среднего значения мощности электронагревательного устройства на интервале, предшествующему первому [t4, t6 ] и второй поправки к мощности.
Таким образом, непрерывное регулирование мощности электронагревательного устройства в зависимости от изменяющихся результирующих возмущений позволяет существенно сгладить график температуры, особенно график температуры н (фиг.2) в зоне установки электронагревательного устройства 2.
При использовании данного способа для охлаждения взаимно меняются команды включения и отключения электронагревательного и электроохлаждающего устройств, поступающие с блока управления 2.
Класс H02J13/00 Схемы устройств для обеспечения дистанционной индикации режимов работы сети, например одновременная регистрация (индикация) включения или отключения каждого автоматического выключателя сети; схемы устройств для обеспечения дистанционного управления средствами коммутации в сетях распределения электрической энергии, например включение или выключение тока потребителям энергии с помощью импульсных кодовых сигналов, передаваемых по сети
Класс G05D23/19 с использованием электрических средств