FI81694C - Regleringssystem. - Google Patents

Description

81 694

SÄÄTÖJÄRJESTELMÄ - REGLERINGSSYSTEM

Keksinnön kohteena on säätöjärjestelmä yhden tai useamman tuntoelimen avulla havaitun parametrin 5 pitämiseksi vakiona tai sen muuttamiseksi määrätyn säännön mukaan, johon järjestelmään kuuluu säätöelin parametrin arvon säätämiseksi, jolla säätöelimellä on tunnettu siirtofunktio, ja tuntoelin, joka muodostaa havaittuun parametriin suhteutetun ulostulon, jolloin 10 tuntoelin on järjestetty syöttämään sähköisiä signaaleja vahvistimeen muodostaen säätöjärjestelmän osan.

Useimmilla teknisillä säätötapahtumilla on tarkoituksena aikaansaada jonkin laitteen, järjestelmän, koneen tai sen tapaisen määrätty toimintotapa. Tällöin 15 oletetaan, että tämä toiminto vaihtelee tavalla, joka on enemmän tai vähemmän hallitsematon ja että olisi tehtävä säätölaite joko pitämään toiminto vakioarvossa tai antaa sen vaihdella ennalta määrätyn ohjelman mukaan. Ensiksi mainittu lienee tavallisin. Seuraavassa 20 vakioarvoa tai määrätyn ohjelman mukaan vaihtelevaa arvoa kutsutaan toiminnon "asetusarvoksi".

Vaikkakin tämän asetusarvon säätö tehdään sillä tavalla, että sen odotetaan säilyvän, säätöä häiritsee kuitenkin kaksi eri seikkaa. Ensiksi, kun se yrittää 25 korjata virhearvoa siten, että säätö saavuttaa asetusar-von hyvin hitaasti, tämä voi monessa tapauksessa merkitä olennaista haittaa. Toiseksi korjausprosessin aikana ulkopuoliset vaikutteet, joita usein kutsutaan "häiritseviksi vaikutteiksi" tai yksinkertaisesti "häiriöiksi" 30 vaikuttavat suunniteltuun ja aiottuun säätöön. Siksi tämä tapahtuu liian hitaasti eikä lisäksi tapahdu aiotulla tavalla.

Seuraavassa mainitaan pari tyypillistä esimerkkiä : 35 Järjestelmissä lämpimän veden syöttämiseksi vesijohtojärjestelmään, esim. asuintalossa, on ollut tavallista syöttää lämmityskattilan kuumalla vedellä syöttämästä lämmönvaihtimesta kuumaa vettä vesijohtojär- 2 81 694 jesteinään/ johon kuuluu useita vedenlaskupaikkoja.

Yksi tai useampia syöttöjohtoja kylmävesiverkosta on kytketty tähän putkistoon niin, että sitä mukaa kun lämmintä vettä lasketaan, kylmää vettä syötetään jär-5 jesteinään, mutta tämä jäähdyttää lämmintä vettä jakelu-piirissä. Tähän asti on tavallisesti odotettu, että lämmintä vettä syntyy lämmönvaihtimen toimiessa lämmönvaihtimen ensiöpuolella olevan kuuman veden siirtämän lämmön avulla, mutta tämä lämmönsiirto tapahtuu taval-10 lisesti melko hitaasti ja kuluu sopimattoman pitkä aika ennenkuin jakelupiirin vesi vedenlaskupaikoissa on taas saavuttanut halutun lämpötilan, joka on tässä tapauksessa asetusarvo. Jos lämminvesipiiristä lasketaan vettä vakiolla ja kohtuullisella nopeudella, joka on myös 15 edullisesti jatkuvaa, niin silloin lämmönsyöttö kuuma-vesikattilasta lämmönvaihtimen läpi seuraisi annettua helposti määrättyä ohjelmaa. Valitettavasti kuitenkaan asianlaita ei ole näin, vaan veden lasku kestää tavallisesti lyhyitä aikoja eikä sillä ole edes vakionopeutta 20 vaan hyvin muuttuva nopeus, ja aika, jona veden lasku tapahtuu, voi vaihdella huomattavasti.

Nämä olosuhteet aiheuttavat yllä mainittuja häiriöitä.

Toinen vaikkakin vähemmän merkittävä häiriö 25 syntyy sen tähden, että lämmityskattila, josta kuumaa vettä syötetään lämmönvaihtimeen vaatii tietyn ajan veden uudelleen kuumennusta varten kattilan termostaatin osoittamaan kuumavesilämpötilaan, ja tämä aika vaihtelee jossakin määrin riippuen siitä, onko vettä laskujohdossa 30 voimakkaasti jäähdytetty tai vain vähäisessä määrin, samoinkuin siitä nopeudesta, jolla se on jäähdytetty.

Toinen esimerkki voidaan mainita:

Nykyään käytetään laajalti ns. ilmastointijärjestelmiä määrätyn miellyttävän lämpötilan ylläpitämiseksi tai 35 aikaansaamiseksi rakennuksen sisätiloihin. Jos tämä lämpötila nousisi tai laskisi, on ilmastointijärjestelmän toimittava sen palauttamiseksi asetusarvoon. Joissa- 3 81694 kin tapauksissa tiedetään jo minkälainen se matemaattinen funktio on, joka ilmoittaa suhteen syötetyn lämmön ja olemassaolevan lämmön syötön tarpeen välillä. Muissa tapauksissa voidaan helposti kokeellisesti määrätä tämä 5 funktio sellaisena kuin se esiintyisi normaaleissa stabiileissa olosuhteissa. Ensiksikin lämpötilan korjaus rakennuksessa asetusarvoonsa tapahtuu melko hitaasti, ja toiseksi tässäkin tapauksessa esiintyy häiriöitä, jotka muuttavat toimintaolosuhteita, esimerkiksi jos 10 ikkuna avataan huoneessa, jossa lämpötilaa tunnustellaan ja kylmää ulkoilmaa pääsee sisään niin, että tapahtuu ilman nopea jäähtyminen, mikä havaitaan asetusarvon kompensointia varten, tai jos mekaanista laitetta käytetään samassa huoneessa, joka laite vapautuneen lämmön 15 vaikutuksesta muuttaa mainittua toimintaolosuhdetta.

Useita muita seikkoja voi myös olla häiriöinä. Näistä voidaan mainita ulkolämpötila, koska alemmilla ulkolämpötiloilla lämmitys tapahtuu hitaammin, rakennuksen ulkosivuun kohdistuvan tuulen paine, koska voimakas 20 jäähdytysvaikutus esiintyy voimakkailla tuulen paineilla. Edelleen ilman kosteudella, kiinteiden rakennuksen osien massalla, vallitsevalla lämmöllä rakennukseen kohdistuvasta auringonpaisteesta ja monilla muilla seikoilla on vaikutusta.

25 Esillä oleva keksintö koskee järjestelmää, jonka tarkoituksena on poistaa yllä mainitut epäkohdat. Tämä merkitsee sitä, että keksinnön mukaisella järjestelmällä säätötapahtumaa voidaan nopeuttaa, mutta edullisesti sen lisäksi tämä säätötapahtuma kykenee seuraa-30 maan ennaltatunnettua funktiota ottaen huomioon sellaiset häiritsevät olosuhteet, joista yllä on mainittu esimerkkejä.

Keksinnön kohteena on siis järjestelmä säädön suorittamiseksi yhdellä tai useammalla tuntoelimellä 35 tunnustelemalle suureelle muuttumaton tai määrätyn säännön mukaan vaihteleva kulku, jota seuraavassa nimitetään "asetusarvoksi", jolloin säätö tapahtuu laitteen 4 81694 vaikutuksesta, jolla on tunnettu siirtofunktio.

Keksinnön mukaisesti säätöjärjestelmään yhden tai useamman tuntoelimen avulla havaitun parametrin pitämiseksi vakiona tai sen muuttamiseksi määrätyn 5 säännön mukaan kuuluu säätöelin parametrin arvon säätämiseksi, jolla säätöelimellä on tunnettu siirtofunktio, ja tuntoelin, joka muodostaa havaittuun parametriin suhteutetun ulostulon, jolloin tuntoelin on järjestetty syöttämään sähköisiä signaaleja vahvistimeen muodostaen 10 säätöjärjestelmän osan, jolloin vahvistimessa on yksi tai useampia vahvistavia vaiheita, joissa jokaisessa on invertoiva ja ei-invertoiva sisäänmeno, sekä jokaisen vahvistinvaiheen ei-invertoivaan sisäänmenoon liitetty takaisinkytkentäpiiri saman vahvistimen ulostulosta, 15 jolloin takaisinkytkentäpiirissä on suodin, joka on järjestetty antamaan vahvistimen kautta yleinen siirto-funktio, joka on säätölaitteen siirtofunktion invertoitu funktio.

Keksintö ei tietenkään ole rajoitettu kahteen 20 yllämainittuun käyttömahdollisuuteen, vaan sitä voidaan käyttää hyvin monissa mitä erilaisimmissa säätötapahtu-missa.

Edullisena esimerkkinä keksinnön käyttöä selostetaan seuraavassa ensin mainitussa tapauksessa, joka 25 koskee lämpimän veden lämpötilan säätöä lämpimän veden jakelujohdossa, jota syötetään lämmönvaihtimesta, johon syötetään ensiöpuolelle jollakin tavalla lämpöä, tavallisesti ensiöpuolen saadessa kuumaa vettä lämmityskattilasta.

30 Keksintöä selostetaan lähemmin viitaten ohei siin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviokuvaa hyvin yksinkertaisesta tällaisesta lämminvesijakelujohdosta; kuvat 2 ja 3 esittävät kahta kaaviota keksinnön 35 toiminnan selostamiseksi; kuva 4 esittää vahvasti yksinkertaistettuna kaaviota keksinnön perustana olevan ongelman ratkaisuun 5 81694 käytetystä järjestelmästä; ja kuva 5 esittää kuvan 4 mukaiseen järjestelmään kuuluvan vahvistimen kytkentäkaaviota.

Kuva 6 esittää lopuksi kaaviota mainittuun 5 tarkoitukseen käytetystä kehittyneemmästä järjestelmästä vastaten suurin piirtein kuvan 1 esitystapaa.

Keksintö ei kuitenkaan rajoitu esimerkkeinä selostettaviin erityisiin sovellutuksiin tai erityisiin järjestelmiin, vaan keksinnön puitteissa voi esiintyä 10 kaikenlaisia erilaisia muunnoksia.

Kuvassa 1 lärominvesijakelujohtoa on merkitty viitenumerolla 10. Se on sinänsä tunnetulla tavalla järjestetty suljetuksi piiriksi, jossa lämmin vesi pidetään kiertämässä pumpun 11 avulla. Joukko vedenlas-15 kupaikkoja 12 on esitetty kaaviomaisesti. Lasketun veden korvaamiseksi piiri 10 on yhdistetty johdolla 13 vedenjakeluverkkoon. Tavallisesti johtoon 13 kuuluu ensinnäkin sulkuventtiili 14 ja toiseksi takaiskuventtiili 15, mutta niillä ei ole olennaista merkitystä keksinnön 20 kannalta. Piiri 10 kulkee lopuksi lämmönvaihtimen 17 toisiopuolen 16 läpi, jonka lämmönvaihtimen ensiöpuoleen 18 syötetään kuumaa vettä. Tietenkin ensiöpuoli 18 voidaan korvata jollain muulla sopivalla lähteellä lämmön syöttämiseksi lämminvesijakelupiiriin 10.

25 Nyt on ilmeistä, että jos vettä lasketaan mistä tahansa vedenlaskupaikoista 12, niin silloin lämmintä vettä poistuu piiristä 10 ja tämän lämpimän veden korvaamiseksi kylmää vettä syötetään johdon 13 kautta ja piirissä 10 oleva vesi jäähtyy.

30 Viitenumerolla 17 esitetyn tyyppinen lämmön- vaihdin toimii normaalisti siten, että tapahtuu vakio mutta heikko lämmönsiirto ensiöpuolesta 18 toisiopuoleen 16 lämmön häviön kompensoimiseksi, mitä ei voida välttää lämmön takia, joka häviää johdosta 10 ympäristöön, esim. 35 talon seiniin jne. vaikkei mitään veden laskemista tapahtuisikaan, ja tällöin vallitsee stabiili termodynaaminen tasapaino. Kun lämmintä vettä lasketaan niin, β 81694 että piirissä 10 sekä piiriin kuuluvalla lämmönvaihtimen 17 toisiopuolella olevan veden lämpötila laskee, lämmönvaihtimen 17 ensiöpuolen ja toisiopuolen välinen lämpötilaero suurenee ja enemmän lämpöä johdetaan ensiöpuo-5 lelta toisiopuolelle, kunnes tasapainotila jälleen saavutetaan.

Erilaisilla lämmönvaihtimilla on erilaiset siirtofunktiot lämmölle. "Siirtofunktiolla" ymmärretään tässä tapauksessa lämmönsiirrolle matemaattista funk-10 tiota T = f'(t), jossa T on lämmönvaihtimen toisiopuolen lämpötila ja t on aika. Siksi mitään kaikille läm-mönvaihtimille yhteistä yleistä sääntöä ei voida antaa, mutta se voidaan helposti määrätä kullekin eri tyyppiselle lämmönsiirtimelle tai paremminkin kullekin eri 15 järjestelmälle, ja voidaan laatia ohjelma, jonka mukaan lämmön siirtoa nopeutetaan siten, että stabiili tila saavutetaan nopeammin kuin yllä mainitussa perinteisessä tunnetussa järjestelmässä. Tätä ohjelmaa vastaavaan siirtofunktioon vaikuttaa kuitenkin poislasketun veden 20 laskun nopeus ja/tai määrä ja muut olosuhteet.

Tätä tarkoitusta varten lämmönvesijakelujohdon 10 johonkin kohtaan, edullisesti heti sen lämmönvaihti-mesta 17 poistokohdan jälkeen, sijoitetaan tuntoelin 19, joka tunnustelee vallitsevaa lämpötilaa ja muuntaa 25 tunnustelun avulla saadun osoittaman sähkövirta- tai -jännitesignaaliksi, joka yksiselitteisesti ilmoittaa lämpimän veden lämpötilan lämminvesijohdon 10 kyseisessä kohdassa. Tälläkin tuntoelimellä on siirtofunktio E f"(T, t), jossa E on esim. sähköjännite. Kaksi mate-30 maattista funktiota f' ja f" eivät mitä todennäköisimmin ole samanlaisia. Tuntoelin 19 on kytketty laitteeseen 20, jossa jännite- tai virtasignaalia käsitellään sen ohjelman mukaisesti, joka on etukäteen määrätty lämmönvaihtimen 17 lämmönsiirtoa varten. Tässä käsitellyssä 35 muodossa korjausimpulssi siirretään säätimeen 21, joka vaikuttaa mekaanisesti venttiiliin 22 ja/tai sähköisesti vaikutetaan pumppuun (ei esitetty piirustuksessa), tai

II

7 81694 muulla tavoin huolehditaan lämmönkantoväliaineen nopeammasta syötöstä ja/tai korkeampilämpötilaisen lämmönkantoväliaineen syötöstä lämmönvaihtimen 17 ensiöpuolelle 1β.

5 Kuten seuraavasta ilmenee, laite 20 on ohjel moitu tuottamaan siirtofunktion, joka yleisluonteeltaan mahdollisimman läheisesti vastaa lämmönvaihtimen 17 ja tuntoelimen 19 siirtofunktioiden invertoitua muotoa. Tällöin on huomattava, ettei keksintö ole rajoitettu 10 kuvassa 1 yksityiskohtaisesti esitettyyn sovellutukseen, vaan sitä voidaan käyttää monissa muissa tapauksissa, ja että mainituilla siirtofunktioilla voi olla mitä erilaisimpia muotoja niin, ettei niitä varten voida määrätä mitään normaalia muotoa yleiseen käyttöön, mutta 15 siirtofunktiot täytyy joko etukäteen tuntea tai määrätä jollakin sopivalla tavalla kokeellisesti tai edeltävillä mittauksilla. Eräs esimerkki tähän tarkoitukseen käytettävistä keinoista esitetään seuraavassa laitteen 20 selityksen yhteydessä.

20 Laite 20 on muodostettu siten, että, että se rekisteröi tendenssejä tuntoelimessä 19, ja niiden ohjaamana ennakoi poikkeaman asetusarvosta, ennakointi siirretään säätimeen 21 niin, että lämmön siirto tapahtuu huomattavasti nopeammin kuin olisi siinä tapaukses-25 sa, jos ei olisi tuntoelimen 19, laitteen 20, säätimen 21 ja venttiilin 22 järjestelmää. Tässä tapauksessa itse asiassa lämmön siirtoa olisi ohjannut yksinomaan tuntoelimen tunnusteleman lämpötilan ja asetusarvon välinen ero, kuten yllä on kuvattu. Toisin sanoen voi-30 täisiin sanoa, että siirtofunktion tuntien on tehty ennakointi ja tuotu siirtofunktion invertoitu muoto järjestelmään, jolloin tuloksena on saatu, että lämpötilan korjaus on tapahtunut olennaisesti nopeammin. Keksinnön kannalta ei ole ratkaisevaa merkitystä millä 35 tavalla tämä nopeampi korjaus aikaansaadaan. Se voidaan esimerkiksi, kuten kuvassa 1 on esitetty, saada aikaan avaamalla suurempi läpivirtauspinta-ala venttiiliin, s 81694 mutta sen sijasta tai sen lisäksi lisäämällä pumpun tehoa ja/tai kohottamalla lämmönvaihtimen ensiöpuolelle syötetyn kuuman veden lämpötilaa tai millä tahansa muulla sopivalla tavalla. Tämän tavan valinta on alan 5 ammattimiehen tavallisessa tietopiirissä.

Tällä tavoin keksinnön mukaisesti on voitu poistaa ensiksi mainittu epäkohta eli lämpimän veden lämpötilan liian hidas korjaus korjaamalla lämminvesija-kelupiirissä esiintyvän lämpötilan lasku, mutta tällä 10 tavoin voitaisiin poistaa toinen mainituista epäkohdista, nimittäin erilaisten häiriöiden vaikutus, esimerkiksi häiriö, joka syntyy lämmönvaihtimen ja tuntoelimen siirtofunktioiden erosta.

Esimerkkinä häiriöstä on yllä lisäksi mainittu 15 piirissä 10 olevan veden lämpötilan epäsäännöllinen muutos, joka riippuu siitä tapahtuuko veden laskeminen suurella tilavuusnopeudella tai pienellä nopeudella ja riippuu veden laskun kestosta. Piirissä 10 olevan veden lämpötilan nopeamman tai hitaamman laskun tunnustelu 20 voi tapahtua monin eri tavoin. Käsillä olevassa tapauksessa se tapahtuu käyttämällä lämpötilan tuntoelintä, joka on yhdistetty johtoon 10, jonka osoittama siirretään sähkövirta- tai sähköjännitesignaalin muodossa laitteeseen 20. Jos kylmän veden lämpötila ei vaihtele 25 liian paljon, voidaan mainitun laitteen sijasta kytkeä elin 24 kylmävesisyöttöjohtoon. Tämä elin 24 osoittaa sähkövirta- tai sähköjännitesignaalin muodossa kylmän veden syötön sopivan arvon, mikä puolestaan riittävästi osoittaa lämpötilan laskun. Käytetystä elimestä 19 tai 30 24 saatu osoittama vaikuttaa siirtofunktioon siten, että aikaansaadaan kompensaatio ko. häiritsevälle vaikutukselle.

Niinpä keksinnön kannalta on tärkeää, että lämmönsiirtimen 17 siirtofunktion yleinen luonne samoin-35 kuin siirtofunktion häiriövaikutusten luonne tunnetaan. Näitä vaikutuksia kutsutaan samoin siirtofunktioiksi. Ne voivat olla hyvin erilaisia erilaisille häiriövaiku-

II

9 81694 tukeille. Tavalla, joka käy ilmi seuraavasta, on niiden kompensaatio tehtävä kullekin erikseen.

Seuraavassa selostetaan edelleen erään häiritsevän vaikutuksen kompensaatiota, nimittäin sellaisen, 5 jonka aiheuttaa tuntoelimen 19 siirtofunktion erilainen muoto. Mahdollisesti olemassaolevat lisähäiriöt pitää tietenkin myös kompensoida, ja siksi on tiedettävä joko mittausten tai aikaisemman kokemuksen perusteella mainittujen häiriövaikutusten yleinen luonne lämmönsiir-10 timen siirtofunktion suhteen.

Kuvassa 2 on esitetty käyrä esimerkkinä lämmön-siirtimen 17 siirtofunktiosta. Pystyakselilla on esitetty lämmönvaihtimen 17 ensiöpuolen lämpötila sellaisena kuin se esiintyy tuntoelimen 19 liitoskohdassa, ja 15 vaaka-akselilla on sinänsä tunnetun normaalikorjauksen aika. Edullisessa esimerkissä on oletettu, että siirto-funktio, kuten usein tässä tapauksessa, seuraa käyrää, jolla on jatkuva kaltevuuden muutos, niin, että voidaan muodostaa aikavakio Τ'.

20 Laite 20 on sellainen, että se aikaansaa säädön säätimelle 21, jolloin lämmönsiirto noudattaa kuvassa 3 esitettyä käyrää, jossa aikavakio on pienentynyt arvosta T· arvoon T". Tietyllä likiarvolla voidaan olettaa, että on tapahtunut havaittavissa oleva lämpimän veden lämpö-25 tilan lasku ja että sinänsä tunnetuilla tavoilla seuraa-va lämpötilan korjaus tulisi tapahtumaan hyvin hitaasti, kuten käy ilmi kuvan 2 mukaisesta käyrästä. Kuvan 2 aikavakion Τ' muutos kuvan 3 aikavakioksi T" voidaan sanoa olevan funktion uudelleenmuotoilu invertoituun 30 muotoon, jonka mukaan lämpötilan lasku alunperin tapahtui. Yllä mainitulla tavalla tämä aiheuttaa piirissä 10 mahdollisesti olevan veden lämpötilan laskun nopeamman kompensoinnin. Edelleen kuitenkin lämmön siirtoon läm-mönsiirtimessä 17 vaikuttavat häiriöt, valitussa esimer-35 kissä siis häiriöt vaihtelevan nopeasta lämpötilan laskusta, joka on todettu joko tuntoelimellä 19 tai tuntoelimellä 24.

10 81 694

Kuvassa 4 on esitetty kaaviomaisesti järjestelmä, jota voidaan käyttää laitteen 20 tarkoitukseen. Periaatteessa kuvan 4 laitteeseen kuuluu kaksi vahvistinta 25 ja 25, jotka kumpikin on ohjelmoitu siirto-5 funktioon, toinen esim. vahvistin 25 lämmönvaihtimen 17 siirtofunktioon, ja toinen esim. vahvistin 26 tuntoelimen 19 siirtofunktioon. Nämä vahvistimet on takaisinkytketty tavalla, joka tunnetaan esimerkiksi julkaisusta Graeme, Tobey and Huelsman, Operational Amplifyers, 10 Design and Applications, MacGraw-Hill Book Company, 1971, sivut 455-457, jolloin vahvistimissa on kaksi toisiaan vastaan vaikuttavaa sisäänmenoa 27' ja 27" ja vastaavasti 28' ja 28", so. invertoivat ja ei- invertoivat sisäänmenot. Ensiksi kuvataan vahvistimen 25 toimin-15 taa.

Tulopiiriin 27' tuodaan osoittama tuntoelimestä 19, jolloin takaisinkytkentäpiiri on kytketty sisään-menopiiriin 27". Takaisinkytkentäpiiriin kuuluu rinnankytketyt vastus 29 ja kondensaattori 30, mutta tätä on 20 tietenkin pidettävä vain valittuna esimerkkinä suotimesta, johon kuuluu elimet siirtofunktion aikaansaamiseksi, toiset elimet, joihin valitussa esimerkissä kuuluu vastuksen 31 ja kondensaattorin 32 sarjakytkentä, joka on sisäänmenon 27" ja maan välillä. Säätämällä vastuksen 25 29 vastusarvoa ja kondensaattorin 32 kapasitanssia voi daan saada aikaan lukuisten käytännössä esiintyvien siirtofunktioiden invertoituja funktioita. Vastus 29 ja kondensaattori 32 on piirustuksessa esitetty säädettävien elimien tavanomaisella merkinnällä. Tarkoitus on 30 kuitenkin, että ne olisivat joko kerran säädettäviä vastaamaan tunnettua siirtofunktiota tai automaattisesti uudelleen säädettäviä vastaamaan mahdollisesti esiintyviin osoittamiin lähettiläistä, jotka ovat tuntoelimiä tai sen tapaisia ja joita ei ole esitetty piirustukses-35 sa. Kondensaattori 30 toimii pääasiallisesti erotuskon-densaattorina, ja vastus 31 toimii pääasiassa vaimen-nusvastuksena esiintyville värähtelyille.

11 81694

Esitetty järjestelmä/ jossa lämmönvaihtimen siirtofunktion invertoitua funktiota, ks. kuvat 2 ja 3, sen yleiseltä luonteelta jäljitellään vastuksen 29 ja kondensaattorin 32 avulla, antaa useissa tapauksissa 5 hyväksyttävän yhtäpitävyyden, mutta jos jossain tapauksessa siirtofunktio olisi olennaisesti erilainen, voi alan ammattimies tavanomaisen taitonsa perusteella löytää toisen suodatinrakenteen, joka täyttää muodon yhtäläisyyttä koskevan vaatimuksen toisenlaisen siirto-10 funktion invertoidun funktion kanssa.

Kuten yllä mainittiin, vahvistimen 26 tarkoituksena on kompensoida tuntoelimen 19 toisenmuotoinen siirtofunktio. Vahvistimen 26 vastus 34 on kytketty rinnan kondensaattorin 35 kanssa tulopiiriin 28", ja 15 tämä on maatettu vastuksen 36 ja kondensaattorin 37 sarjaankytkennän kautta. Kuten vahvistimen 25 kytkennäs-säkin määräävät vahvistimen 26 siirtofunktion ensisijaisesti vastus 34 ja kondensaattori 37 kun taas kondensaattori 35 on ensisijaisesti on erotuskondensaattori 20 ja vastus 36 on vaimennusvastus värähtelyjen estämiseksi. Säätämällä vastuksen 34 ja kondensaattorin 37 muodostaman yhdistelmän arvoja voidaan saada aikaan suodatin, joka antaa vahvistimelle 26 siirtofunktion, joka yleiseltä luonteeltaan on yhtäpitävä tuntoelimen 19 25 siirtofunktion invertoitujen olosuhteiden kanssa.

Kuten edellämainitun kirjallisuusviitteen mukaisessa järjestelmässä, takaisinkytkentä tapahtuu siis vahvistimiin, joilla on kaksi toisiaan vastaan vaikuttavaa sisäänmenoa 27', 27" ja vastaavasti 28', 30 28". Kun lämmönvaihtimellä 17 ja tuntoelimellä 19 olete taan olevan erilaiset siirtofunktiot, niitä varten on oltava erilliset vahvistimet. Nämä vahvistimet on tällöin takaisinkytketty suodattimien kautta aiheuttaen ko. siirtofunktioiden invertoidun jäljittelyn. Kuvan 4 35 yhteydessä kuvatussa sovellutuksessa on oletettu, että tämä ko. siirtofunktioiden jäljittely voitaisiin saada aikaan yksinkertaisten suodattimien avulla, joihin 12 81 694 kuuluu vastus 29 ja kondensaattori 32 tai vastaavasti vastus 34 ja kondensaattori 37. Tämä on ymmärrettävä kuitenkin vain valittuna esimerkkinä. Muut siirtofunktiot tarvitsevat erityyppisiä suodattimia.

5 Mitoitettaessa elimiä, jotka huolehtivat vahvi- timien 25 ja 26 jälkeisestä jne. takaisinkytkennästä, on tietenkin varmistuttava jollakin sinänsä tunnetulla tavalla, ettei takaisinkytkentä saa olla niin voimakas, että syntyy itsevärähtelyä.

10 Ulostulo vahvistimesta 26 on tässä tapauksessa liitetty suoraan tai välillisesti säätimeen 21, joka ottaa vastaan signaalin asetusarvoanturista 38 ja ohjaa venttiiliä 22.

Jos toimintaa säätävien elimien ja tuntoelimien 15 välillä olisi useita järjestelmän osia, joilla kullakin on omat siirtofunktiot, niin kuvassa 4 esitetyllä tavalla on kytkettävä samantyyppisiä lisävahvistimia 39 kuin vahvistin 36 yhdessä niihin liittyvien elimien kanssa, erityisesti suodattimen muodostavien elimien kanssa, 20 mainituilla suodattimilla, jotka voivat esimerkiksi koostua vastuksesta ja kondensaattorista vaikkakin voivat olla rakennettu jollakin toisellakin tavalla, olisi tietenkin oltava sopivat siirtofunktiot ko. osien siirtofunktioiden invertoitujen jäljittelyjen synnyttä-25 miseksi. Alan ammattimies tietää heti, miten tällainen lisävahvistimien kytkentä tapahtuu.

Kuvassa 4 viitenumeroilla 25 ja 26 esitetyn-tyyppiset operaatiovahvistimet ovat nykyään tehty standardituotteiksi, tavallisesti kokonaan sisäänvalettuina, 30 ja niitä on vapaasti saatavissa. Esilläolevaa keksintöä käytettäessä voidaan käyttää mitä tahansa näistä tunnetuista operaatiovahvistimista, jos tässä on invertoiva ja ei-invertoiva sisäämeno, jotka ovat toistensa suhteen vastavaikuttavia. Eräs esimerkki tällaisesta operaa-35 tiovahvistimesta on esitetty kuvassa 5.

Tässä operaatiovahvistimessa on siis kaksi tulojohdinta 39 ja vastaavasti 40, jotka vastaavat

II

13 81 694 esimerkiksi kuvan 4 kahta sisäänmenoa 27', 27". Kumpikin johdinten 39 ja 40 kautta tulevista tulosignaaleista vahvistetaan kuvan 5 mukaisessa operaatiovahvistimessa kahden kaskaadikytketyn transistorin avulla, nimittäin 5 tulojohtimeen 39 liittyvien trasistorien 41 ja 42 sekä tulojohtimeen 40 liittyvien transistorien 43 ja 44 avulla. Ne saavat yhdessä käyttöjännitettä verkkojohdosta 45 tasasuuntaajan 46 kautta. Molempien transisto-riryhmien 41 - 42 ja vastaavasti 43 - 44 stabiloimiseksi 10 ne on maatettu kumpikin yhdellä transistorilla 47 ja vastaavasti 48. Takaisinkytketty jännite esiintyy vahvistettuna johdossa 49.

Tavallisesti tämä jännite on tuskin riittävän voimakas käytettäväksi säätimen 21 ohjausjännitteenä, 15 kuva 1, ja siksi sitä vahvistetaan edelleen transistorissa 50, joka saa jännitettä verkosta 45 tasasuuntaajan 51 kautta. Transistori 50 on ohitettu erotuskondensaat-torin 52 avulla. Vahvistettu ulostulojännite esiintyy siksi johtimessa 53.

20 Kuva 6 on esitetty kuvan 1 järjestelmän vaih toehtoinen järjestelmä. On selvää, ettei keksintö rajoitu kuvan 1 erityiseen sovellutukseen. On kuitenkin huomattava, ettei keksintö edes rajoitu lämpötilan laskun kompensaatioon järjestelmässä, joka huolehtii vedenlas-25 kupaikkojen lämpimän veden saannista, vaan että sillä on huomattavasti laajempi käyttömahdollisuus. Eräs esimerkki tällaisesta käytöstä mainittiin alussa, nimittäin lämmön syötön säätäminen rakennuksen ilmastointi-j ärj estelmässä.

30 Kuvan 6 mukaisessa järjestelmässä lämmin vesi kootaan lämminvesipiiriin ja eri vedenlaskupaikkoihin vedenkuumentimesta 55, jossa on sähkölämmityskierukka, tai kuumavesipiiri 56, jota syötetään lämmityskattilasta. Vedenkuumentimeen kuuluu suuritilavuuksinen 35 säiliö. Ulostulojohto 57 on yhdistetty kolmitieventtii-liin 58, jonka ulostulo on yhdistetty lämminvesipiiriin 54 ja sen vedenlaskupaikkoihin 59. Kolmitieventtiilin 14 81 694 58 ulostulon lähelle on järjestetty tuntoelin 60 johdossa 54 olevan veden lämpötilaa varten, ja sen indikaatio-piiri menee kuvan 1 laitetta 20 vastaavaan laitteeseen 61. Pumppu 62 huolehtii kierrosta lämminvesipiirissä 5 54. Pumpun 62 ulostulopuolelta johtaa ensimmäinen johto 63 lämminvesipiirin 54 tulopuolelle paikassa, joka on lähellä tuntoelimen 60 liitoskohtaa ja toinen johto 64 johtaa vedenkuumentimeen 55. Kummankin viimeksi mainittuun johtoon on liitetty takaiskuventtiili 70 ja 71 10 sekä sulkuventtiili 72 ja 73. Kylmävesijohtoon 74, joka on liitetty kylmävesijärj es telinään, kuuluu takaiskuventtiili 75 sekä sulkuventtiili 76.

Kuten kuvan 1 mukaisessa järjestelmässä, laitteeseen 61 voidaan vaikuttaa lämminvesijakelujohdon 54 15 lämpötilan lisäksi myös yhdellä tai useammalla häiriövaikutusten osoittamalla. Laitteesta 61 kulkee johdin 77 moottoriin 78 kolmitieventtiilin 58 säätämistä varten, siten, että tämä venttiili piirissä 54 olevan lämpimän veden lämpötilan palauttamista tarvittaessa säädetään 20 uudelleen syöttämään suuremman määrän vedenkuumentimessa 55 kuumennettua vettä johdon 57 kautta tai päinvastoin.

Jos lämminvesijakelujohdossa 54 ei olisi lämpötilan laskua, kierto kulkisi tuntoelimen 60 ja johdon 63 liitoskohdasta vedenlaskupaikkojen 59 ohi ja pumpun 25 62, sulkuventtiilin 72, takaiskuventtiilin 70 ja haara- johdon 63 läpi. Todellisuudessa kuitenkin, vaikka läm-miuntä vettä ei laskettaisikaan, tapahtuu pienehkö lämpötilan lasku lämmön ympäristöön johtumisen takia, esimerkiksi rakennuksen seiniin jne. Lämpötilan lasku 30 tunnustellaan tuntoelimen 60 avulla, joka välittää osoittamansa laitteeseen 61, joka kuvassa 4 esitettyä tyyppiä. Tällöin impulssi välitetään kolmitieventtiilin 58 moottoriin 78 tämän venttiilin uudelleensäätämiseksi niin, että lämpimän veden lämpötilan korjaus tapahtuu 35 nopeasti ja ottaen huomioon todellisen lämpötilan laskun ja myös mitkä tahansa mahdollisesti esiintyvät häiriö-vaikutukset. Tällöin kylmää vettä syötetään johdosta 74 ti is 81694 kolmitieventtiilin 58 yhteen slsäänmenoon, ja kuumaa vettä vedenkuumentimesta 55 saman kolmitieventtilin toiseen slsäänmenoon. Olkealämpötllalsta seosvettä syötetään sen jälkeen lämminvesipiiriin 54 kolmitievent-5 tiilin kolmannen liitännän kautta.

Claims (5)

1. Säätöjärjestelmä yhden tai useamman tuntoelimen avulla havaitun parametrin pitämiseksi vakiona 5 tai sen muuttamiseksi määrätyn säännön mukaan, johon järjestelmään kuuluu säätöelin (17) parametrin arvon säätämiseksi, jolla säätöelimellä on tunnettu siirto-funktio, ja tuntoelin (19, 60), joka muodostaa havaittuun parametriin suhteutetun ulostulon, jolloin tun-10 toelin (19, 60) on järjestetty syöttämään sähköisiä signaaleja vahvistimeen (20) muodostaen säätöjärjestelmän osan, tunnettu siitä, että vahvistimessa (20) on yksi tai useampia vahvistavia vaiheita (25, 26), joissa jokaisessa on invertoiva ja ei-invertoiva 15 sisäänmeno (27', 27”, 28', 28"), sekä jokaisen vahvis- tinvaiheen ei-invertoivaan sisäänmenoon (27", 28") liitetty takaisinkytkentäpiiri saman vahvistimen (25, 26) ulostulosta, jolloin takaisinkytkentäpiirissä on suodin (29, 30, 31, 32), joka on järjestetty antamaan 20 vahvistimen (25, 26) kautta yleinen siirtofunktio, joka on säätölaitteen siirtofunktion invertoitu funktio.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen säätöjärjestelmä, tunnettu siitä, että useita vahvistimia (25, 26) takaisinkytkentäpiireineen on kytketty kaskaa- 25 diksi ja kunkin vahvistimen takaisinkytkentäpiiri on suodin (34, 35, 36, 37), joka on valittu tuottamaan säätöjärjestelmän piirin yhden elementin siirtofunktion invertoitu funktio.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen säätö-30 järjestelmä, tunnettu siitä, että takaisinkyt- kentäpiiriin kuuluu vastus (29) ja kondensaattori (32), joilla on arvot, joiden ansiosta vahvistimella on haluttu siirtofunktio.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen säätöjärjes-35 telmä, tunnettu siitä, että erotuskondensaatto- ri (30) on kytketty rinnan vastuksen (29) kanssa takaisinkytkentäpiirissä ja vaimennusvastus (31) on kytketty sarjaan kondensaattorin (32) kanssa, joka on 17 81 694 kytketty takaisinkytkentäsisääntulon ja maan väliin.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen säätöjärjestelmä/ tunnettu siitä, että takaisin-kytkentäpiireissä olevia kondensaattoreita ja tai vas-5 tuksia voidaan ulkoisella laitteella vaihdella arvoltaan. ie 81694