自動溫度控制系統

根據調節原理，所有自動控制系統分為四類。

1、自動穩定係統——調節器保持被控參數恆定設定值的系統。

2. 程序控制系統——根據預定規律（及時）提供受控參數變化的系統。

3. 跟踪系統——根據其他一些值提供受控參數變化的系統。

4. 極限調節系統——調節器保持受控變量值最適合不斷變化的條件的系統。

為了調節電加熱裝置的溫度狀態，主要使用前兩類系統。

自動溫度控制系統按其操作類型可分為兩組：定期調節和連續調節。

自動調節器 自動控制系統 (ACS) 根據它們的功能特點，它們分為五種類型：位置（繼電器）、比例（靜態）、積分（非靜態）、等程（比例-積分）、等程帶超前和帶一階導數。

定位器屬於週期性ACS，其他類型的穩壓器稱為連續性ACS。下面我們考慮位置控制器、比例控制器、積分控制器和等程控制器的主要特性，這些控制器最常用於自動溫度控制系統。

自動溫度控制的功能圖（圖1）由控制對象1、溫度傳感器2、程序裝置或溫度調節器4、調節器5和執行器8組成。在許多情況下，初級放大器3被放置在傳感器和程序設備之間，以及在調節器和驅動機構之間——輔助放大器 6。在等程控制系統中使用附加傳感器 7。

米。一、自動調溫功能方案

熱電偶、熱電偶（熱敏電阻）和 電阻溫度計... 最常用的熱電偶。有關它們的更多詳細信息，請參見此處： 熱電轉換器（熱電偶）

位置（繼電器）溫度調節器

位置是指監管機構可以佔據兩個或三個特定職位的監管機構。兩位和三位調節器用於電加熱裝置。它們操作簡單且可靠。

在圖。圖2為控制風溫通斷示意圖。

米。 2.通斷時空氣溫度調節示意圖：1——控制對象，2——測量電橋，3——極化繼電器，4——電動機勵磁繞組，5——電動機電樞，6——齒輪箱，7——加熱器。

為了控制調節對象的溫度，使用了電阻 RT，它連接到測量電橋 2 的一個臂上。電橋電阻值的選擇方式如下：在給定的溫度下，電橋是平衡的，即電橋對角線上的電壓為零。當溫度升高時，包含在測量電橋對角線上的極化繼電器 3 接通直流電機的一個繞組 4，該繞組在減速器 6 的幫助下關閉加熱器前面的空氣閥7、當溫度下降時，風閥全開。

通過兩位溫度調節，提供的熱量只能設置為兩個級別 - 最大和最小。最大熱量應大於維持設定控制溫度所需的熱量，最小熱量應小於此。在這種情況下，空氣溫度圍繞設定值波動，即所謂的自振盪模式（圖 3，a）。

溫度線 τn 和 τв 定義死區的下限和上限。當被控對象的溫度下降，達到τ值時，供給的熱量瞬間增加，對象的溫度開始上升。達到 τв 值時，調節器減少供熱，溫度降低。

米。 3.開關調節的時間特性 (a) 和開關調節器的靜態特性 (b)。

溫度上升和下降的速度取決於被控對象的屬性及其時間特性（加速度曲線）。如果供熱變化立即引起溫度變化，即被控對像沒有滯後，則溫度波動不會超過死區。

隨著死區的減小，溫度波動的幅度在 τn = τv 處減小到零。然而，這需要供熱以無限高的頻率變化，這在實踐中極難實現。所有真實的控制對像都有延遲。它們中的調節過程如下進行。

當控制對象的溫度下降到值τ時，電源立即發生變化，但由於有延遲，溫度會持續下降一段時間。然後它上升到值 τв，此時熱輸入立即減少。溫度繼續升高一段時間，然後由於熱量輸入減少，溫度下降，該過程再次重複。

在圖。 3、b表示一個二位控制器的靜態特性……由此可見，對對象的調節作用只能取兩個值：最大值和最小值。在所考慮的示例中，最大值對應於空氣閥（見圖 2）完全打開的位置，最小值對應於閥門關閉時的位置。

控制動作的符號由控制值（溫度）與其設定值的偏差符號決定。監管影響的程度是恆定的。所有開/關控制器都有一個滯后區域 α，這是由於電磁繼電器的啟動電流和下降電流之間的差異而產生的。

使用兩點溫度控制的例子： 加熱電阻爐的自動溫度控制

比例（靜態）溫度控制器

在需要高控制精度或自振盪過程不可接受的情況下，請使用具有連續調節過程的調節器......這些包括適用於調節各種工藝過程的比例控制器（P-控制器）。

在要求調節精度高或自激過程不可接受的情況下，使用具有連續調節過程的調節器。其中包括適用於調節各種工藝流程的比例控制器（P 控制器）。

在帶 P 調節器的自動控制系統中，調節體的位置 (y) 與受控參數 (x) 的值成正比：

y = k1x,

其中 k1 是比例因子（控制器增益）。

這種比例一直持續到調節器到達其終端位置（限位開關）。

調節體的運動速度與被控參數的變化速度成正比。

在圖。圖4顯示了使用比例控制器的自動室溫控制系統的示意圖。室溫是用連接到電橋測量電路 1 的 RTD 電阻溫度計測量的。

米。 4、比例風溫控制方案：1——測量電橋，2——控制對象，3——換熱器，4——電容電機，5——相敏放大器。

在給定溫度下，電橋是平衡的。當被控溫度偏離設定值時，電橋對角線上出現不平衡電壓，其大小和符號取決於溫度偏差的大小和符號。該電壓由相敏放大器5放大，驅動器的兩相電容電動機4的繞組在相敏放大器的輸出端被接通。

驅動機構移動調節體，改變熱交換器 3 中冷卻劑的流量。在調節體運動的同時，測量電橋的一個臂的電阻發生變化，結果是溫度橋是平衡的。

因此，由於剛性反饋，調節體的每個位置都對應於其自身的被控溫度平衡值。

比例（靜態）控制器的特點是殘餘調節的不均勻性。

在負載與設定值發生急劇偏差的情況下（t1 時刻），受控參數將在一定時間後（t2 時刻）達到一個新的穩定值（圖 4）。然而，這僅在調節體的新位置、即受控參數的新值與預設值相差δ時才有可能。

米。 5、比例控制的時序特性

比例控制器的缺點是只有一個特定的控制元件位置對應於每個參數值。當負載（熱耗）發生變化時，要保持參數（溫度）的設定值，需要調節體根據新的負載值採取不同的位置。在比例控制器中，這不會發生，導致受控參數的殘餘偏差。

積分（非靜態控制器）

積分式（無靜態）調節器被稱為這樣的調節器，其中當參數偏離設定值時，調節體或多或少地緩慢移動，並且始終沿一個方向（在工作行程內）移動，直到參數再次呈現設定值。只有當參數超過設定值時，調整元件的運動方向才會改變。

在整體式電動控制器中，通常會創建一個人為死區，在該死區內參數的變化不會引起調節體的運動。

積分控制器中調節體的運動速度可以是恆定的，也可以是可變的。積分控制器的一個特點是被控參數的穩態值與調節體的位置之間不存在比例關係。

在圖。圖6為採用積分控制器的自動溫度控制系統示意圖，與比例溫度控制電路（見圖4）不同，它沒有剛性反饋迴路。

米。 6、綜合風溫控制方案

在積分控制器中，調節體的速度與被控參數的偏差值成正比。

負載突然變化（熱耗）的綜合溫度控製過程如圖 1 所示。 7 使用時間特性。從圖中可以看出，採用積分控制的被控參數慢慢回到設定值。

米。 7、積分調節的時間特性

等程（比例-積分）控制器

Esodromic 控制兼具比例控制和積分控制的特性。調節體運動的快慢取決於被控參數偏差的大小和速度。

當被控參數偏離設定值時，進行如下調整。最初，調節體根據被控參數的偏差大小進行動作，即進行比例控制。然後調節器進行額外的運動，這是消除殘留不規則所必需的（整體調節）。

通過替換比例控制電路中的剛性反饋（見圖 8），可以獲得等溫空氣溫度控制系統（圖 8）。5）帶彈性反饋（從調節體到電機作反饋電阻）。等程系統中的電反饋由電位計提供，並通過包含電阻 R 和電容 C 的環路饋入控制系統。

在瞬變期間，反饋信號連同參數偏差信號會影響系統的後續元件（放大器、電動機）。對於固定的調節體，無論它處於什麼位置，當電容器 C 充電時，反饋信號都會衰減（在穩定狀態下它等於零）。

米。八、等溫調節氣溫方案

等程調節的特點是調節的不均勻性（相對誤差）隨著時間的增加而減小，接近於零。在這種情況下，反饋不會引起控制值的殘餘偏差。

因此，等程控制產生的結果明顯好於比例或積分（更不用說位置控制）。由於剛性反饋的存在，比例控制幾乎立即發生，等速 - 更慢。

自動溫度控制軟件系統

為實現程序化控制，需要不斷影響調節器的設置（設定點），使控制值按照預定規律變化。為此，監管機構配備了軟件元素。該裝置用於建立設定值的變化規律。

電加熱時，自動控制系統的執行器可以動作，使電加熱元件的各部分通斷，從而按給定的程序改變被加熱裝置的溫度。空氣溫度和濕度的程序控制廣泛用於人工氣候裝置。