Управление нагревом печи по заданному закону Опции

[shasik]

Исходные данные: есть готовая печь небольших размеров (активная зона - 10х10х10). Планируется использовать ее в какой-то лаборатории для моделирования чего-то там.
Задача: необходимо реализовать различные законы изменения температуры печи. Закон изменения температуры выбирается программно. Пока просят: простое поддержание заданной тепературы, линейное нарастание, квадратичное и корнеизвлеченное + кусочно-линейное.
Вопрос: КАК?

Я не прошу схему или программу, я прошу дать мне ссылочку или просто название книги, где можно про это почитать. Я такими вещами не занимался в принципе, поэтому теряюсь.

Если бы нужно было просто нагреть до нужно температуры и держать ее постоянной, то тут все ясно: ПИД или вариации на эту тему.
Но как, например, обеспечить линейное ее нарастание с нелинейность в 1-2%? При этом необходимо учитывать, что масса материала в печи неизвестна, там может быть как 1 г, так и 1 кг + инерционность самого процесса нагрева + еще какие-нибудь неведомые мне подводные камни.
Как получить (измерить, рассчитать) математическую модель печи? Как мне видится, имея на руках мат. модель рассчитать необходимое воздействие для получения желаемого закона изменения температуры дело простое.
Какой метод управления мощностью нагрева спирали использовать?

В общем, вопросов много, опыта в этой области нет, а знания лишь поверхностные.

Уважаемый All, прошу тебя, укажи мне направление, в котором необходимо двигаться.

[314]

Для начала неплохо Р.Изерман. Цифровые системы управления. М. Мир 1984

[Baser]

Если бы нужно было просто нагреть до нужно температуры и держать ее постоянной, то тут все ясно: ПИД или вариации на эту тему.
Но как, например, обеспечить линейное ее нарастание с нелинейность в 1-2%?

Если необходимая скорость изменения температуры печи заведомо меньше тепловой инерционности печи с ПИД регулятором, то проблемы нет.
Я делал такое без всяких моделей. Обычный ПИД регулятор (или ПИ или просто П-регулятор, по обстоятельствам), уставка которого изменяется по требуемому закону.
Из особенностей - начальная нелинейность процесса при выходе на режим и наличие запаздывания...

[Tanya]

Заранее советую. Раз уж требуемая функция температура (время) известна, ее производную с подбираемым коэффициентом нужно пустить на управление мощностью. Обходя ПИД. Суммируя с его выходом. Обязателен строгий контроль и учет электроэнергии. И буква Д.

[shasik]

Если необходимая скорость изменения температуры печи заведомо меньше тепловой инерционности печи с ПИД регулятором, то проблемы нет.

Скорость нагрева: 0,5-60 градус/мин.
Сама печь пока не доступна (ее еще делают), а соответственно ее инерционность пока неизвестна.
Так на в скидку: справится ПИД с 1 градус/с? Размеры печи я уже приводил. Может сможете примерно (на основе личного опыта) оценить инерционность.

Для начала неплохо Р.Изерман. Цифровые системы управления. М. Мир 1984

Уже скачал. Пошел читать.

[tyro]

метод
направление

- метод по отклонению от параметра (температуры).
-Первое , и главное ,ихмо, направление уточнить Т.З., ибо заказчик, как правило, полагает, что Вы в курсе его проблем (особенно когда ищется исполнитель, и задача упрощается до безумия). Там, скорее всего, имеются подводные камни.
- датчик температуры, который должен быть лучше, чем требования Т.З. , хотябы процентов на 30 ( что обычно не случается, нет в прирооде), последнее из личного опыта и не операется на теоретические выкладки ( принцип - если можно подстелить то не ленись это сделать).

И буква Д.

А что она означает?

[shasik]

главное ,ихмо, направление уточнить Т.З.

Печь

параметры пока неизвестны.
Есть габариты.
Только нагреватель. Управление охлаждением (кондиционер или вентилятор не предусмотрены).

Параметры:

1. диапазон: 25-450 градусов.
2. Отклонение от заданного закона изменения температуры: +/- 1%.
3. Чувствительный элемент: термопара (тип пока неизвестен. ТП встроены в печь, т.к. печь еще делают, то и тип ТП пока неизвестен)

Что еще нужно у них уточнить?

[Baser]

Что еще нужно у них уточнить?

Пока что из тех цифр, что вы привели, ничего не ясно. Чтобы оценить инерционность печи, нужно масса параметров (даже размеры у вас безразмерные - микроны? километры? )
Нужна мощность нагревателя, возможности по ее регулированию,
конструкция термоизоляции (размеры, материалы, слои...),
возможная загрузка печи, чтобы оценить ее теплоемкость (кстати, если будут что-нибудь плавить, то это отдельная наука с теплотой фазовых переходов),
параметры окружения (температура окружающей среды, возможная конвекция - поставят на сквозняк, все изменится)

Но в общем, если печь имеет инерцию больше, чем вам нужно по скорости изменения температуры, то достичь такой скорости, конечно, не получится

Мой совет по изменяемой уставке ПИД регулятора, в вашем случае работать не будет, сорри, забыл про специфику
Это хорошо работает, когда есть двунаправленное управление потоками тепла (нагрев/охлаждение).
У вас, если перегреете, то хоть совсем выключай нагрев, остывать будет долго...

[Tanya]

А что она означает?

Д - это последняя буква в слове ПИД.

Что еще нужно у них уточнить?

Почти ничего не нужно. Раз сами делают, то получат то, что можно приделать к ими сделанному.
Можно уточнить сопротивление нагревателя, его материал, сечение... напряжение (ток) не приводящий к сгоранию... мощность...

[shasik]

(даже размеры у вас безразмерные - микроны? километры? )

Размеры в мм. Наши механики вбили мне это в голову навсегда. Поэтому и не указал. Посчитал это как само собой разумеющееся.

Нужна мощность нагревателя, возможности по ее регулированию,
конструкция термоизоляции (размеры, материалы, слои...),
возможная загрузка печи, чтобы оценить ее теплоемкость (кстати, если будут что-нибудь плавить, то это отдельная наука с теплотой фазовых переходов),
параметры окружения (температура окружающей среды, возможная конвекция - поставят на сквозняк, все изменится)

А зачем мне знать материал изоляции и прочее?
Принцип "черного ящика" не сработает? Подать максимальную (или максимально допустимую мощность), снять переходную характеристику, и по ней оценить инерционность. А за счет чего эта инерционность получена мне не интересно. Для меня главное знать зависимость напряжение-температура.
Как сказал другой оратор:

Раз сами делают, то получат то, что можно приделать к ими сделанному.

Еще параметры:
Окружающая среда 25+/- 10 градусов
Максимальная загрузка - 1 кг.
Минимальная загрузка - определяется лишь конечной точностью измерения В идеале чем меньше, тем лучше.

Но в общем, если печь имеет инерцию больше, чем вам нужно по скорости изменения температуры, то достичь такой скорости, конечно, не получится

Ну, это естественно. Прыгать выше головы мы не собираемся. Переходная характеристика даст нам максимально возможную скорость нагрева. Будет печь, этот параметр тогда и уточним. Озвученные ранее 60 градусов/мин - это их желания, но не наша забота. Если печь обеспечить этого не сможет, то виновата в этом конструкция печи, а не наша электроника. Пусть переделывают (ставят более мощный нагреватель) или меняют ТЗ.

Мой совет по изменяемой уставке ПИД регулятора, в вашем случае работать не будет, сорри, забыл про специфику
Это хорошо работает, когда есть двунаправленное управление потоками тепла (нагрев/охлаждение).
У вас, если перегреете, то хоть совсем выключай нагрев, остывать будет долго...

Жаль.
Я уж было обрадовался.
Правильный выбор параметров ПИД'а не позволит нам избежать перегрева?
Т.е. не удастся ли при правильном выборе постоянных времени всегда немного недогревать ?
Или как ввести предсказание?
Или не получиться ли отстраиваться от возможного перегрева? Ведь измерять температуры в печи и соответственно контролировать мощность нагревателя мы можем с гораздо большей точностью, чем требуется обеспечить. Для максимальных 450 градусов +/-1% даст нам 9 градусов запаса (в сумме) и 4,5 градуса допуск на недогрев.
Кроме того и сам процесс нагрева достаточно медленный. Максимальная скорость нагрева - 1 градус/с . Даже если мерить температуру 10 раз в секунду у нас будет возможность 10 раз предугадать перегрев. Другое дело, как это сделать.

[Огурцов]

активная зона - 10х10х10
Размеры в мм.
Максимальная загрузка - 1 кг.

Блин, а при каких условиях один кубический сантиметр будет весить один килограмм ?

зы: я б для начала отпинался от точности в +/-1% - не шутки

Даже если мерить температуру 10 раз в секунду у нас будет возможность 10 раз предугадать перегрев.

Неа, зависит от того, где стоит нагреватель, а где датчик.

Сообщение отредактировал Огурцов - Oct 19 2009, 14:37

[Tanya]

Жаль.
Я уж было обрадовался.
Правильный выбор параметров ПИД'а не позволит нам избежать перегрева?

Не пугайтесь так уж сразу... Все получится. Если датчик правильно расположен...
Возможно, будет небольшой (будет зависеть от вашего умения) переброс в конечной точке.

[rezident]

Блин, а при каких условиях один кубический сантиметр будет весить один килограмм ?

Меня еще с первого сообщения удивило это сочетание 10х10х10 и 1 кг. Подумал, что может это все таки не мм или не кг. Ан нет. Что за вещество такое? Явно неземного происхождения потому, что даже у урана плотность чуть ли не на два порядка меньше

[Vishv]

Еще один "подводный камешек" о котором Вам не упомянули - собственно термопара. Где-то здесь уже обсуждались вопросы применения термопар для точных измерений температуры. Боюсь, что для Вашего случая (особенно если термопара будет типа К, да еще и китайская) будет необходимо каким либо способом снимать градуировочную таблицу для Вашей конкретной термопары. Увы я на это уже налетал...

[314]

Максимальная скорость нагрева - 1 градус/с

Не хочется Вас огорчать, но постоянная времени термопары без оболочки ~10с, в защитной оболочке ~3мин. В принципе вариант без оболочки решается измерением Т термопары и введением коррекции (виртуальный датчик и т.д.)
И по поводу плотности вещества, которое в 20 раз плотнее урана. Ядра с таким весом в земных условиях не устойчивы и распадаются с выделением энергии. У Вас будут проблемы не с нагревом печки, а с охлаждением. И соблюдайте технику безопасности при работе с радиоактивными материалами.