自動温度制御システム
規制原理によれば、すべての自動制御システムは 4 つのクラスに分類されます。
1. 自動安定化システム — レギュレーターが制御パラメータの一定の設定値を維持するシステム。
2. プログラムされた制御システム — あらかじめ決められた法則に従って (時間内に) 制御パラメータを変更するシステム。
3. 追跡システム — 他の値に応じて制御パラメータの変化を提供するシステム。
4. エクストリーム レギュレーション システム — レギュレーターが、変化する条件に最適な制御変数の値を維持するシステム。
電気暖房設備の温度レジームを調整するには、主に最初の 2 つのクラスのシステムが使用されます。
自動温度制御システムは、その動作の種類に応じて、定期的調整と継続的調整の 2 つのグループに分類できます。
自動調整器 自動制御システム (ACS) 機能的特徴に応じて、位置 (リレー)、比例 (静的)、積分 (非静的)、等分性 (比例積分)、事前および一次微分を伴う等分性の 5 つのタイプに分類されます。
ポジショナは周期的 ACS に属し、他のタイプのレギュレータは連続的 ACS と呼ばれます。以下では、自動温度制御システムで最もよく使用される、位置、比例、積分、等値コントローラーの主な特性を検討します。
自動温度制御の機能図（図 1）は、制御対象 1、温度センサー 2、プログラム装置または温度調整器 4、調整器 5、およびアクチュエーター 8 で構成されます。多くの場合、一次アンプ 3 が配置されます。センサーとプログラムデバイスの間、およびレギュレーターと駆動機構の間 - 二次増幅器 6。追加のセンサー 7 が等方性制御システムで使用されます。
米。 1. 自動温度調整の機能スキーム
熱電対、熱電対（サーミスター）、 測温抵抗体... 最も一般的に使用される熱電対。それらの詳細については、ここを参照してください。 熱電変換器（熱電対）
位置（リレー）温度調節器
ポジショナルとは、レギュレーターが 2 つまたは 3 つの特定の位置を占めることができるレギュレーターを指します。 2 位置および 3 位置レギュレータは、電気暖房設備で使用されます。シンプルで信頼性の高い操作が可能です。
図では。図２は、空気温度をオンおよびオフに制御するための概略図を示す。
米。 2.スイッチオンおよびオフ時の空気温度調整の概略図: 1 — 制御オブジェクト、2 — 測定ブリッジ、3 — 有極リレー、4 — 電気モーターの励磁巻線、5 — モーター電機子、6 — ギアボックス、7 — ヒーター。
調整対象の温度を制御するには、測定ブリッジ 2 のアームの 1 つに接続された抵抗 RT が使用されます。ブリッジの抵抗の値は、次のように選択されます。特定の温度では、ブリッジは平衡状態になります。つまり、ブリッジの対角線の電圧はゼロに等しくなります。温度が上昇すると、測定ブリッジの対角線に含まれる有極リレー 3 が DC モーターの巻線 4 の 1 つをオンにし、減速機 6 の助けを借りてヒーターの前のエアバルブを閉じます。 7. 温度が下がるとエアバルブが全開になります。
2段階の温度調節により、供給熱量は最大と最小の2段階のみに設定できます。最大熱量は、設定された制御温度を維持するために必要な量よりも大きくする必要があり、最小熱量はそれより少なくする必要があります。この場合、気温は設定値を中心に変動する、いわゆる自励発振モードとなります（図3、a）。
温度線 τn と τв は、不感帯の下限と上限を定義します。低下していた制御対象の温度がτの値に達すると、瞬時に供給される熱量が増加し、対象の温度が上昇し始めます。センス τв に達すると、レギュレーターは熱供給を減らし、温度が低下します。
米。 3.オンオフ レギュレータの時間特性 (a) とオンオフ レギュレータの静特性 (b)。
温度の上昇、下降の速さは制御対象の性質とその時間特性（加速度曲線）に依存します。熱供給の変化が直ちに温度変化を引き起こす場合、つまり制御対象の遅れがなければ、温度変動は不感帯を超えることはありません。
不感帯が減少すると、温度変動の振幅は τn = τv でゼロに減少します。ただし、これには熱供給を無限に高い周波数で変化させる必要があり、実際に実装するのは非常に困難です。すべての実際の制御オブジェクトには遅延があります。それらにおける規制プロセスは次のように進行します。
制御対象の温度がτまで下がるとすぐに電源が切り替わりますが、遅れがあるため、しばらく温度は下がり続けます。その後、熱入力は瞬時に減少する値 τв まで上昇します。温度はしばらく上昇し続けますが、その後、熱入力の減少により温度が低下し、このプロセスが再び繰り返されます。
図では。図 3、b は 2 位置コントローラの静特性を示しています。つまり、オブジェクトに対する調整効果は最大値と最小値の 2 つの値のみを取ることができます。考慮した例では、最大値はエアバルブ (図 2 を参照) が完全に開いた位置に対応し、最小値はバルブが閉じた位置に対応します。
制御動作の符号は、制御値（温度）の設定値からの偏差の符号によって決まります。規制の影響の程度は一定です。すべてのオン/オフ コントローラにはヒステリシス領域 α があり、電磁リレーのピックアップ電流とドロップオフ電流の差によって発生します。
2点温度制御の使用例： 抵抗発熱炉の自動温度制御
比例（静的）温度コントローラー
高い制御精度が必要な場合、または自励発振プロセスが許容できない場合は、連続調整プロセスを備えたレギュレータを使用してください。これには、さまざまな技術プロセスの調整に適した比例コントローラ (P コントローラ) が含まれます。
高い調整精度が必要な場合、または自励発振プロセスが許容できない場合には、連続調整プロセスを備えたレギュレータが使用されます。これらには、さまざまな技術プロセスの制御に適した比例コントローラー (P コントローラー) が含まれます。
P レギュレータを備えた自動制御システムでは、調整体の位置 (y) は制御パラメータ (x) の値に正比例します。
y = k1x、
ここで、k1 は比例係数 (コントローラー ゲイン) です。
この比例関係は、レギュレータが最終位置 (リミット スイッチ) に到達するまで続きます。
調整体の移動速度は、制御パラメータの変化速度に正比例します。
図では。図４は、比例制御器を使用した自動室温制御システムの概略図を示す。室温は、ブリッジの測定回路 1 に接続された測温抵抗体測温抵抗体で測定されます。
米。 4. 比例空気温度制御のスキーム: 1 — 測定ブリッジ、2 — 制御対象、3 — 熱交換器、4 — コンデンサーモーター、5 — 位相感応アンプ。
所定の温度では、ブリッジは平衡状態になります。制御された温度が設定値から逸脱すると、ブリッジの対角線に不平衡電圧が現れます。その大きさと符号は、温度偏差の大きさと符号によって異なります。この電圧は位相感応増幅器５によって増幅され、その出力で駆動装置の二相コンデンサモータ４の巻線がオンになる。
駆動機構は調整体を動かし、熱交換器 3 内の冷媒の流れを変化させます。調整体の動きと同時に、測定ブリッジのアームの 1 つの抵抗が変化し、その結果、測定ブリッジの温度が変化します。ブリッジのバランスが取れています。
したがって、厳格なフィードバックにより、調整体の各位置は、制御された温度のそれ自体の平衡値に対応します。
比例 (静的) コントローラーは、残留レギュレーションの不均一性によって特徴付けられます。
負荷が設定値から急激に逸脱した場合（時刻 t1）、制御パラメータは一定時間後（時刻 t2）新たな安定値に達します（図 4）。しかしながら、これは、調整体の新しい位置、すなわち、予め設定された値とはδだけ異なる制御パラメータの新しい値を使用した場合にのみ可能である。
米。 5. 比例制御のタイミング特性
比例コントローラの欠点は、各パラメータ値に対応する特定の制御要素位置が 1 つだけであることです。負荷（熱消費量）が変化したときにパラメータ（温度）の設定値を維持するには、調整体が新しい負荷値に対応して異なる位置をとる必要があります。比例コントローラではこれは起こらず、制御パラメータの残留偏差が生じます。
統合型 (非静的コントローラー)
積分（非静的）は、パラメータが設定値から逸脱すると、パラメータが再び設定値になるまで、調整本体が多かれ少なかれゆっくりと（動作ストローク内で）一方向に常に移動するようなレギュレータと呼ばれます。調整要素の移動方向は、パラメータが設定値を超えた場合にのみ変わります。
一体型電気アクションコントローラでは、通常、人工的な不感帯が作成され、その中でパラメータの変化が調整体の動きを引き起こすことはありません。
一体型コントローラ内の調整体の移動速度は、一定であっても可変であってもよい。積分コントローラの特徴は、制御パラメータの定常状態の値と調整体の位置との間に比例関係が存在しないことです。
図では。図6は積分コントローラを使用した自動温度制御システムの概略図を示しており、比例温度制御回路(図4参照)とは異なり、厳密なフィードバックループを持っていません。
米。 6.統合空気温度制御のスキーム
統合コントローラでは、調整体の速度は制御パラメータの偏差の値に正比例します。
負荷（消費熱）急変時の統合温度制御のプロセスを図に示します。時間特性を使用して図7を示します。グラフからわかるように、積分制御で制御されたパラメータはゆっくりと設定値に戻ります。
米。 7. 積分調整の時間特性
等値(比例積分)コントローラー
等速制御には、比例制御と積分制御の両方の特性があります。調整体の移動速度は、制御パラメータの偏差の大きさと速度に依存します。
制御パラメータが設定値からずれた場合、次のように調整します。初期状態では、制御パラメータの偏差の大きさに応じて規制体が移動する、すなわち比例制御が行われる。次に、残留不規則性を除去するためにレギュレータが追加の動作を行います (統合レギュレータ)。
等方性空気温度制御システム (図 8) は、比例制御回路 (図 8 を参照) の厳格なフィードバックを置き換えることによって得ることができます。5) 弾性フィードバック付き (フィードバック抵抗のための調整体からモーターまで)。等色システムの電気フィードバックはポテンショメータによって提供され、抵抗 R と静電容量 C を含むループを通じて制御システムに供給されます。
過渡状態では、フィードバック信号とパラメータ偏差信号がシステムの後続の要素 (アンプ、電気モーター) に影響を与えます。調整体が静止している場合、それがどのような位置にあっても、コンデンサ C が充電されると、フィードバック信号は減衰します (静止状態ではフィードバック信号はゼロに等しい)。
米。 8. 気温の等方性制御のスキーム
等方性調節の特徴は、調節の不均一性（相対誤差）が時間の経過とともに減少し、ゼロに近づくことです。この場合、フィードバックにより制御値の偏差が残留することはありません。
したがって、等方性制御は、比例または積分よりも大幅に優れた結果を生成します (位置制御は言うまでもありません)。厳密なフィードバックの存在による比例制御はほぼ瞬時に、等方向的に、よりゆっくりと発生します。
自動温度制御用のソフトウェアシステム
プログラム制御を実現するには、制御値が所定の法則に従って変化するように、レギュレーターの設定 (セットポイント) に継続的に影響を与える必要があります。この目的のために、規制当局にはソフトウェア要素が装備されています。この装置は、設定値の変化の法則を確立するために役立ちます。
電気加熱中、自動制御システムのアクチュエータは、電気加熱要素のセクションをオンまたはオフにするように動作し、それによって所定のプログラムに従って加熱設備の温度を変更します。気温と湿度のプログラム制御は、人工気候設備で広く使用されています。