С1. Термокамера

Цель: исследовать тепловую инерцию и качество регулирования температуры по обратной связи.

Проектная модель корпуса v2.1. Это иллюстрация конструкции, а не фотография принятого в эксплуатацию стенда.

Устройство

Нагреватель передаёт тепло воздуху камеры; вентилятор перемешивает воздух; термопара с преобразователем передаёт температуру контроллеру Ларус. Регулятор сопоставляет её с заданием и управляет мощностью нагрева. Аварийная защита нагрева должна действовать независимо от учебного алгоритма.

В проекте предусмотрены поликарбонатный корпус с внутренними размерами 260 × 260 × 280 мм, нагреватель на алюминиевой пластине, циркуляционный вентилятор и заслонка для изменения теплоотдачи. Номиналы и ограничения конкретного стенда берут из его утверждённой карты; проектные значения не используют как разрешение на пуск.

Подготовка

Объясните различие между температурой воздуха и пластины. Нарисуйте контур регулирования. Получите у преподавателя уставку, ограничения мощности, период регистрации, критерий окончания опыта и разрешённое возмущение. Запишите настройки регулятора с единицами и формой параметризации.

Порядок исследования

1. Зафиксируйте начальную температуру, температуру помещения и положение заслонки. Убедитесь с преподавателем, что показания достоверны.
2. После допуска запишите переходный процесс для выданного изменения задания. Сохраняйте время, задание, температуру и управляющее воздействие.
3. Повторите опыт с другой выданной настройкой регулятора. Начальные условия должны быть сопоставимы; учитывайте остаточный нагрев пластины.
4. Если разрешено, исследуйте влияние изменения теплоотдачи. Не отключайте защиту и не создавайте перегрев.
5. Сопоставьте кривые и выполните штатный останов с охлаждением по инструкции.

Обработка и отчёт

• Постройте T(t), задание и управляющее воздействие на общей временной оси.
• Оцените установившуюся ошибку, максимум превышения задания и время установления в полосе, заданной преподавателем.
• Для положительной ступени можно нормировать превышение на величину изменения задания: 100 × max(0, T_max − T_зад) / (T_зад − T_нач). При нулевой ступени этот показатель не определён.
• Объясните влияние инерции, насыщения управления, циркуляции воздуха и начальных условий. Если режим не установился, укажите это вместо расчёта «установившейся» ошибки.

Сдать: исходную таблицу, графики двух опытов, настройки и вывод о качестве регулирования. Шаблон CSV.

Контрольные вопросы

1. Почему после отключения нагрева температура воздуха может продолжить расти?
2. Чем ограничение мощности отличается от аварийной защиты?
3. Почему интегральная составляющая при насыщении может ухудшить переходный процесс?
4. Как отделить эффект настройки регулятора от изменения начальной температуры?