0. Выбор реле

В качестве реле выбираем бесконтактный тиристорный усилитель (оптосимисторное реле ТО 12,5-40-8). Бесконтактный тиристорный усилитель- наиболее широко распространенное устройство, обеспечивающее бездуговое включение и отключение электрических цепей..

При подаче тока управления на управляющие электроды тиристоров они откры­ваются и подключают нагреватели к сети. Через нагрузку течет ток, определяемый её сопротивлением. При снятии тока управления с тиристоров они закрываются.

Передаточная функция для оптосимисторного реле имеет вид апериодического звена:

Коэффициент усиления к₂ выбираем из условия согласования тока нагрузки с током управления:

Постоянная времени элемента T =10^-6 c , тогда окончательно передаточная функция элемента имеет вид:

0. Выбор нагревателя

Нагреватели жарочного шкафа выполняются из трубчатых электронагревателей (ТЭНов).

Основные параметры трубчатых электронагревателей: Номинальная мощность 1000 Вт

Время разогрева, не более 3мин

Передаточная функция для трубчатых электронагревателей имеет вид апериодического звена:

Коэффициент усиления к₃ выбираем из условия согласования выходного сигнала электронагревателей 300 °С с током нагрузки:

Постоянная времени Т элемента находится по следующей формуле :

Тогда окончательно передаточная функция элемента имеет вид:

0. Выбор датчика температуры

Выбираем термоэлектрический термометр типа ТХК с хромель-копелевыми термоэлектродами для диапазона температур от 0 до +400°С.

На вход термоэлектрического термометра от объекта контроля (трубчатых электронагревателей) поступает сигнал температуры t. С выхода снимается сигнал термо-ЭДС. Принцип действия термоэлектрического термометра основан на эффектах Томсона и Зеебека. Эффект Томсона заключается в том, что если проводник нагрет по своей длине неравномерно, то на его нагретом конце повышается концентрация свободных электронов, которые диффундируют к холодному концу. При этом горячий конец заряжается положительно, а холодный отрицательно. Поскольку плотность свободных электронов в металле зависит также и от температуры спая металлов А и В, то в месте соприкосновения этих проводников при любых температурах возникает термо-ЭДС, значение и знак которой зависят от природы металлов А и В и температуры t места их соприкосновения (эффект Зеебека). Термоэлектрический термометр представляет собой инерционное звено.

Передаточная функция звена имеет вид:

Коэффициент передачи к выбираем из условия согласования выходного сигнала датчика - ЭДС термопары 22,9мВ с температурой внутри жарочного шкафа 300°С:

Постоянная времени термопар Т=0,2 с, тогда окончательно передаточная функция элемента имеет вид:

0. Выбор нормирующего усилителя

Передаточная функция нормирующего усилителя равна коэффициенту усиления:

W₅(p) = k₅

Коэффициент усиления выбираем из условия согласования выходного сигнала датчика 22,9 мВ с входным сигналом микроконтроллера от 0 до 5В:

k₅=

Тогда окончательно передаточная функция элемента имеет вид:

W₅(p) = 219

2. РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНОЙ ФУНКЦИИ СИСТЕМЫ И ПРОВЕРКА ЕЕ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

Используя структурную схему, изображенную на рисунке 2, рассчитываем передаточную функцию разрабатываемой системы, которая состоит из: изменяемой части (МК) и не изменяемой части (все остальные блоки). Вычисляем передаточную функцию замкнутой и разомкнутой системы без учета МК.

Передаточная функция разомкнутой системы имеет вид:

Передаточная функция замкнутой системы имеет вид:

Для того чтобы проверить непрерывную систему на устойчивость, используем критерий Гурвица, который сформулирован в виде определителя, все элементы которого являются коэффициентами характеристического уравнения замкнутой системы. Условия устойчивости по Гурвицу сводятся к тому, что при a₀ >0 главный определитель, а также все его диагональные миноры быть положительными.

Характеристическое уравнение системы имеет вид:

где а₀, а₁, а₂, а₃ – коэффициенты характеристического уравнения;

Определители Гурвица имеют вид: