自动温度控制系统

根据调节原理，所有自动控制系统分为四类。

1、自动稳定系统——调节器保持被控参数恒定设定值的系统。

2. 程序控制系统——根据预定规律（及时）提供受控参数变化的系统。

3. 跟踪系统——根据其他一些值提供受控参数变化的系统。

4. 极限调节系统——调节器保持受控变量值最适合不断变化的条件的系统。

为了调节电加热装置的温度状态，主要使用前两类系统。

自动温度控制系统按其操作类型可分为两组：定期调节和连续调节。

自动调节器 自动控制系统 (ACS) 根据它们的功能特点，它们分为五种类型：位置（继电器）、比例（静态）、积分（非静态）、等程（比例-积分）、等程带超前和带一阶导数。

定位器属于周期性ACS，其他类型的稳压器称为连续性ACS。下面我们考虑位置控制器、比例控制器、积分控制器和等程控制器的主要特性，这些控制器最常用于自动温度控制系统。

自动温度控制的功能图（图1）由控制对象1、温度传感器2、程序装置或温度调节器4、调节器5和执行器8组成。在许多情况下，初级放大器3被放置在传感器和程序设备之间，以及在调节器和驱动机构之间——一个次级放大器 6。在等程控制系统中使用一个附加传感器 7。

米。一、自动调温功能方案

热电偶、热电偶（热敏电阻）和 电阻温度计... 最常用的热电偶。有关它们的更多详细信息，请参见此处： 热电转换器（热电偶）

位置（继电器）温度调节器

位置是指监管机构可以占据两个或三个特定职位的监管机构。两位和三位调节器用于电加热装置。它们操作简单且可靠。

在图。图2为控制风温通断示意图。

米。 2.通断时空气温度调节示意图：1——控制对象，2——测量电桥，3——极化继电器，4——电动机励磁绕组，5——电动机电枢，6——齿轮箱，7——加热器。

为了控制调节对象的温度，使用了电阻 RT，它连接到测量电桥 2 的一个臂上。电桥电阻值的选择方式如下：在给定的温度下，电桥是平衡的，即电桥对角线上的电压为零。当温度升高时，包含在测量电桥对角线上的极化继电器 3 接通直流电机的一个绕组 4，该绕组在减速器 6 的帮助下关闭加热器前面的空气阀7、当温度下降时，风阀全开。

通过两位温度调节，提供的热量只能设置为两个级别 - 最大和最小。最大热量应大于维持设定控制温度所需的热量，最小热量应小于此。在这种情况下，空气温度围绕设定值波动，即所谓的自振荡模式（图 3，a）。

温度线 τn 和 τв 定义死区的下限和上限。当被控对象的温度下降，达到τ值时，供给的热量瞬间增加，对象的温度开始上升。达到 τв 值时，调节器减少供热，温度降低。

米。 3.开关调节的时间特性 (a) 和开关调节器的静态特性 (b)。

温度上升和下降的速度取决于被控对象的属性及其时间特性（加速度曲线）。如果供热变化立即引起温度变化，即被控对象没有滞后，则温度波动不会超过死区。

随着死区的减小，温度波动的幅度在 τn = τv 处减小到零。然而，这需要供热以无限高的频率变化，这在实践中极难实现。所有真实的控制对象都有延迟。它们中的调节过程如下进行。

当控制对象的温度下降到值τ时，电源立即发生变化，但由于有延迟，温度会持续下降一段时间。然后它上升到值 τв，此时热输入立即减少。温度继续升高一段时间，然后由于热量输入减少，温度下降，该过程再次重复。

在图。 3、b表示一个二位控制器的静态特性……由此可见，对对象的调节作用只能取两个值：最大值和最小值。在所考虑的示例中，最大值对应于空气阀（见图 2）完全打开的位置，最小值对应于阀门关闭时的位置。

控制动作的符号由控制值（温度）与其设定值的偏差符号决定。监管影响的程度是恒定的。所有开/关控制器都有一个滞后区域 α，这是由于电磁继电器的启动电流和下降电流之间的差异而产生的。

使用两点温度控制的例子： 加热电阻炉的自动温度控制

比例（静态）温度控制器

在需要高控制精度或自振荡过程不可接受的情况下，请使用具有连续调节过程的调节器......这些包括适用于调节各种工艺过程的比例控制器（P-控制器）。

在要求调节精度高或自激过程不可接受的情况下，使用具有连续调节过程的调节器。其中包括适用于调节各种工艺流程的比例控制器（P 控制器）。

在带 P 调节器的自动控制系统中，调节体的位置 (y) 与受控参数 (x) 的值成正比：

y = k1x,

其中 k1 是比例因子（控制器增益）。

这种比例一直持续到调节器到达其终端位置（限位开关）。

调节体的运动速度与被控参数的变化速度成正比。

在图。图4显示了使用比例控制器的自动室温控制系统的示意图。室温是用连接到电桥测量电路 1 的 RTD 电阻温度计测量的。

米。 4、比例风温控制方案：1——测量电桥，2——控制对象，3——换热器，4——电容电机，5——相敏放大器。

在给定温度下，电桥是平衡的。当被控温度偏离设定值时，电桥对角线上出现不平衡电压，其大小和符号取决于温度偏差的大小和符号。该电压由相敏放大器5放大，驱动器的两相电容电动机4的绕组在相敏放大器的输出端被接通。

驱动机构移动调节体，改变热交换器 3 中冷却剂的流量。在调节体运动的同时，测量电桥的一个臂的电阻发生变化，结果是温度桥是平衡的。

因此，由于刚性反馈，调节体的每个位置都对应于其自身的被控温度平衡值。

比例（静态）控制器的特点是残余调节的不均匀性。

在负载与设定值发生急剧偏差的情况下（t1 时刻），受控参数将在一定时间后（t2 时刻）达到一个新的稳定值（图 4）。然而，这仅在调节体的新位置、即受控参数的新值与预设值相差δ时才有可能。

米。 5、比例控制的时序特性

比例控制器的缺点是只有一个特定的控制元件位置对应于每个参数值。当负载（热耗）发生变化时，为保持参数（温度）的设定值，需要调节体根据新的负载值采取不同的位置。在比例控制器中，这不会发生，导致受控参数的残余偏差。

积分（非静态控制器）

积分式（无静态）调节器被称为这样的调节器，其中当参数偏离设定值时，调节体或多或少地缓慢移动，并且始终沿一个方向（在工作行程内）移动，直到参数再次呈现设定值。只有当参数超过设定值时，调整元件的运动方向才会改变。

在整体式电动控制器中，通常会创建一个人为死区，在该死区内参数的变化不会引起调节体的运动。

积分控制器中调节体的运动速度可以是恒定的，也可以是可变的。积分控制器的一个特点是被控参数的稳态值与调节体的位置之间不存在比例关系。

在图。图6为采用积分控制器的自动温度控制系统示意图，与比例温度控制电路（见图4）不同，它没有刚性反馈回路。

米。 6、综合风温控制方案

在积分控制器中，调节体的速度与被控参数的偏差值成正比。

负载突然变化（热耗）的综合温度控制过程如图 1 所示。 7 使用时间特性。从图中可以看出，采用积分控制的被控参数慢慢回到设定值。

米。 7、积分调节的时间特性

等程（比例-积分）控制器

Esodromic 控制兼具比例控制和积分控制的特性。调节体运动的快慢取决于被控参数偏差的大小和速度。

当被控参数偏离设定值时，进行如下调整。最初，调节体根据被控参数的偏差大小进行动作，即进行比例控制。然后调节器进行额外的运动，这是消除残留不规则所必需的（整体调节）。

通过替换比例控制电路中的刚性反馈（见图 8），可以获得等温空气温度控制系统（图 8）。5）带弹性反馈（从调节体到电机作反馈电阻）。等程系统中的电反馈由电位器提供，并通过包含电阻 R 和电容 C 的环路馈入控制系统。

在瞬变期间，反馈信号连同参数偏差信号会影响系统的后续元件（放大器、电动机）。对于固定的调节体，无论它处于什么位置，当电容器 C 充电时，反馈信号都会衰减（在稳定状态下它等于零）。

米。八、等温调节气温方案

等程调节的特点是调节的不均匀性（相对误差）随着时间的增加而减小，接近于零。在这种情况下，反馈不会引起控制值的残余偏差。

因此，等程控制产生的结果明显好于比例或积分（更不用说位置控制）。由于刚性反馈的存在，比例控制几乎立即发生，等速 - 更慢。

自动温度控制软件系统

为实现程序化控制，需要不断影响调节器的设置（设定点），使控制值按照预定规律变化。为此，监管机构配备了软件元素。该装置用于建立设定值的变化规律。

电加热时，自动控制系统的执行器可以动作，使电加热元件的各部分通断，从而按给定的程序改变被加热装置的温度。空气温度和湿度的程序控制广泛用于人工气候装置。