CC BY
0
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
УДК 62-533.65
АНАЛИЗ СТАТИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ ТЕРМОСТАБИЛИЗИРОВАННОЙ ПЛИТЫ
М. Е. Иванов Научный руководитель - Д.К. Лобанов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: mixa2000.m2@yandex.ru
В данной статье повествуется о применении метода математического моделирования для анализа статической точности термостабилизированной плиты.
Ключевые слова: термодинамика, система автоматического регулирования, широтно-импульсная модуляция, микроконтроллер, установившийся режим, статическая ошибка.
ANALYSIS OF THE STATIC ACCURACY OF A HEAT-STABILIZED PLATE
M. E. Ivanov Scientific supervisor - D.K. Lobanov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: mixa2000.m2@yandex.ru
This article describes the application of the mathematical modeling method for the analysis of the static accuracy of a heat-stabilized plate.
Keywords: thermodynamics, automatic control system, pulse-width modulation, microcontroller, steady state, static error.
Обеспечение стабильных температурных условий для работы полупроводниковых устройств является важной задачей при испытаниях любых систем, так как при нагреве полупроводника, внутри происходят изменения, влияющие на большинство характеристик устройства. Поддержание некоторого диапазона температур при работе испытываемого устройства необходимо для расчета его функционирования при критических условиях.
Термостабилизированная плита подразумевается как прибор, способный автоматически поддерживать заданную в рамках рабочего диапазона температуру. Для реализации данной системы применим метод широтно-импульсной модуляции. С помощью данного метода можно формировать сигнал входа в виде импульсов различной продолжительности.
Через транзисторный ключ, управляемый микросхемой питание от источника подается на элемент Пельтье, на котором выделяется некоторая мощность, передаваемая алюминиевой плите. Алюминиевая плита является фильтром для температуры на выходе системы. Из импульсов, задаваемых широтно-импульсным модулятором на контроллере, элемент Пельтье выделяет на плиту мощность, где затем из фильтрованных импульсов получим интересующие нас значения температуры.
Целью статического анализа данной системы будет определение ошибки температуры на выходе системы, относительно желаемого значения в установившемся режиме. Следовательно, для такого расчета время процесса стремится к бесконечности, это значит, что изменение температуры со временем будет стремиться к нулю [1].
Секция «Автоматика и электроника»
Исходя из уравнений термодинамических процессов, протекающих в исследуемой системе, и принципа широтно-импульсной модуляции [2], составляется функциональная схема, из которой выводится уравнение для полученной на выходе температуры. В случае исследуемой системы, с известными постоянными, получена следующая зависимость температуры от переменных значений системы:
Т =
1 вых
52
39 • Кус + 52
Неизвестные переменные подлежат проектированию исходя из предполагаемых критических величин. Для данной системы желаемая температура определяется в диапазоне от тридцати до ста градусов Цельсия. Температура среды определяется разбросом температуры воздуха в лаборатории, коэффициент усиления сигнала рассогласования выбирается исходя из требуемого значения точности системы.
Величина ошибки в установившемся режиме определяется из разницы желаемой и действительной температур, приведенная к желаемой температуре [3]. Построим семейство графиков для зависимости ошибки от проектируемых переменных величин (рис. 1).
О*-
"J 1
1"[
Я
и ü 0-i-
\ 1 го
Л Л - V.
\ \ \ \ ч \ . \ \ \ \ X с--
— — — — __
Тж = 100°С
Тж = зо°с
О 30 100 130
Коэффициент усиления Kys
Рис. 1. Зависимость величины установившейся ошибки от коэффициента усиления
Из графиков видно, что наибольшая ошибка достигается при максимальной температуре стабилизации, и для обеспечения точности системы в 1% с запасом для разброса температуры среды, необходимо проектировать систему с коэффициентом усиления 120.
Библиографические ссылки
1. Парваткин С.С. Применение статических характеристик нагрузок в расчетах установившихся режимов - Студенческий вестник. 2020. № 4-5 (102). С. 36-40. Текст: печатный.
2. Савельев И. В. Курс общей физики. Том 3. Молекулярная физика и термодинамика -Учебное пособие для вузов. 6-е издание. - Санкт-Петербург: Издательство лань, 2011. - 132 с. Текст: печатный.
3. Катбамбетова М.А. Абсолютная и относительная ошибки тригонометрических величин и сложных функций. - Материалы всероссийской научно-практической конференции аспирантов, докторантов и молодых ученых. Ответственный редактор: Овсянникова Т. А., 2011. С. 147-149. Текст: печатный.
© Иванов М. Е., 2022
ж
