Устройство экстремального регулирования Советский патент 1983 года по МПК G05B13/02 

со

00 О5 ел

УСТРОЙСТВО ЭКСТРЕ,ПАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащее в каждом канале оптимизации генератор случайных сигналов и интегратор, отличающееся Te.vi, что, с целью увеличения помехоустойчивости и быстродействия, в него введены общий для всех каналов оптимизации управляемый по частоте генератор и сумматоры по числу каналов оптимизации, при этом вход управляе.мого по частоте генератора соединен с выходом объекта, выход - с входами запуска генераторов случайных сигналов, а выход генератора случайных сигналов в каждом канале подключен к входам сумматора и интегратора, причем выход интегратора соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с соот(Q ветствующим данному каналу входом объекта. (Л

Фиг.1 Изобретение относится rt автоматике. и вычислительной технике,-а более конкретно - к устройствам автоматической оптимизации, оно может найти применение в отраслях наукии техники, где требуется оптимизация многомерных объектов управления и критериев, особенно в тех случаях, когда объект содержит глобальный и локальный экстремумы, а процесс измерения сопровождается помехами, например, при построении систем параметрической идентификации нестационарных Динамических объектов управления. Известен автоматический оптимизатор, в основу алгоритма функционирования которого положен статистический метод, содержащий в каждом канале оптимизации генераторы случайных сигналов, соединенные с исполнительными механизмами, а также блок определения знака приращения оптимизируемой функции, связанный с блоком команд, выходы которого подключены к блоку реверса, и генератором случайных сигналов. С целью улучщения характеристик оптимизатора вводятся дополнительно элементы адаптации. Примером служит управление амплитудой поисковых движений. Для этого в устройство дополнительно включается блок управления величиной шага поиска 1. , Однако для обеспечения поиска глобального экстремума необходимо вводить перебор начальных условий, что практически целесообразно в малой области поиска при небольшом числе локальных экстремумов. Хотя знаковый способ получения информации о приращении оптимизируемой функции является достаточно простым в реализации, при этом для реализации законов управления в зависимости от состояния поиска необходимо вводить дополнительные блоки управления величиной шага, скоро; стью движения и другим, что в итоге усложняет конструкцию оптимизатора. Кроме того, циклогра.мма работы оптимизатора с пробными шагами включает в себя время на анализ результатов сравнения, а поисковые и рабочие движения- разделены во времени. В итоге это ухудшает быстродействие оптимизатора, а также приводит к усложнению его конструкции. Наиболее близки.м к изобретению по технической сущности является устройство непрерывного экстремального регулирования, реализующее автоколебательный принцип настройки, содержащее в каждом канале оптимизации генератор случайных сигналов и интегратор 2. Основными недостатка.ми известного устройства являются слабая способность к пре одолению локальных экстремумов, недостаточно высокая помехоустойчивость и низкое быстродействие. Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости и быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены общий для всех каналов оптимизации управляемый по частоте генератор и сумматоры по числу каналов оптимизации, при этом вход управляемого по частоте генератора соединен с выходом объекта, выход - с входами запуска генераторов случайных сигналов, а выход генератора случайных сигналов в каждом канале подключен к входам сумматора и интегратора, приче.м выход интегратора соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с соответствующим данному каналу входом объекта. Увеличение помехоустойчивости при действии помех на выходе объекта обеспечивается интегрирующими свойствами управляемого по частоте генератора без использовайия дополнительных элементов. При этом действие помех на входе объекта может быть преодолено выбором абсолютной величины случайных сигналов. Увеличение быстродействия достигается исключением многократного повторения режима подготовки в процессе оптимизации, вследствие чего процесс оптимизации состоит только из повторяющихся режимов поиска. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства экстремального регулирования; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схе.ма управляемого по частоте генератора; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схе.ма генератора случайных сигналов. . Устройство экстремального регулирования содержит в каждом канале генератор 1 случайных сигналов и интегратор 2, общий для всех каналов оптимизации управляемый по частоте генератор 3, сумматоры 4в каждом канале оптимизации и объект 5регулирования с экстремальной характеристикой. Устройство работает следующи.м образом. В момент переключения управляемый по частоте генератор 3 выдает сигнал на входы запуска генераторов 1 случайных сигналов, которые на своем выходе вырабатывают постоянные по абсолютной величине и случайные по знаку сигналы. Эти сигналы поступают на входы интеграторов 2 и первые входы сумматоров 4, на вторые входы которых подают выходные сигналы интеграторов 2. Таким образом, в момент переключения состояние объекта скачком изменяется в пространстве оптимизируемых параметров. Это новое случайное состояние определяет длительность интервала времени до следующего переключения. В течение данного интервала времени интеграторы 2 изменяют оптимизируемые параметры в направлении, противоположном поисковым приращениям, а рабочее смещение оптимизируемых параметров не прервыщает по абсолютной величине абсолютную величину поисковых приращеНИИ. Мгновенное значенне частоты управляемого генератора 3 в состояниях удаления от экстремума-максимума ниже значений чартоты в состояниях приближения к экстремумумаксимуму. В результате, частота запуска генераторов 1 случайных сигналов определяется как направлением движения по отношению к экстремуму, так и величиной сигнала с выхода объекта 5 управления. При этом целенаправленность движения в средйем к экстремуму обеспечивается повышением частоты изменения - состояний системы при неблагоприятных смешениях, что увеличивает вероятность выбора целевых направлений. Управляемый по частоте генератор 3 прямоугольных колебаний (фиг. 2), входящий в состав функциональной схемы предлагаемого устройства (фиг. 1), состоит из источника питания Е, двух транзисторов Уз и V4, резистора смешения Из и сопротивления R, двух корректирующих цепей Cj,, Ri и Vi (Cj, R2 и Уг)- и двух управляемых дросселей Oj и Ф. Последние включают в себя базовые обмотки WIB и W2B, коллекторные обмотки W1K и W2K, выходную обмотку WB и две пары управляемых обмоток Wiy. W2y и W3y, W4y, на вход которых подаются сигналы ij и ij. Генератор работает следующим образом. Процесс коммутации транзисторов в режиме ключа характеризуется скоростью изменения магнитных потоков в основных сердечниках Ф1 и Oj. В схеме, генератора обмотки включены так, что в базовой цепи открывающегося транзистора Уз наводится ложительная ЭДС, а в базовой цепи закрывающегося У4 - отрицательная ЭДС. В этом случае ЭДС, наведенная в базовой обмотке W2B, усиливает запирание Vj. В свою очередь ЭДС, наведенная в базовЪй обмотке WIB, еще в большей степени отпирает УЗ, что позволяет дальнейший рост коллекторного тока этого транзистора. Коллекторный ток последнего увеличивается До тех пор, пока не наступит насыщение сердечника Ф). При этом ток намагничивания сердечника резко возрастает, а поскольку ток. базы остается неизменным, то транзистор УЗ выходит из области насыщения и переходит в область отсечки. Переход транзистора из одной области в другую сопровождается ростом его сопротивления. Это приводит к тому, что ток намагничивания начинает быстро уменьшаться, а индуктируемая ЭДС W1B падзет до нуля. Последнее вызывает изменение полярности ЭДС, что приводит к закрыванию УЗ и открыванию У|. Далее процесс генерации прямоугольных колебаний повторяется. Компенсация пиковых выбросов в схеме генератора достигается за счет эффекта диффузионной емкости полупроводникового диода Vi (V2 ) и сопоставления его электрических параметров с параметрами «коллектор - база транзистора. Диод подключается к коллекторной цепи, так что в момент закрытия транзистора УЗ (V4) в нем образуетсямгновенный ток. Компенсация пиковых выбросов происходит в момент закрытия одного из транзисторов, когда на реактивном сопро-тивлении коллекторной цепи появляется ЭДС. Последняя поддерживает в течение некоторого времени ток того же. направления, какое он имел до запирания транзисторов. Поскольку кремниевый диод до закрытия транзистора обладает минимальной диффузионной емкостью и, следовательно, минимальным обратным током, то в момент, закрытия транзистора изменится емкостной параметр диода У. (Уг), на котором появится импульс напряжения.. Последний совпадает по форме и величине с пиковым выбросом на индуктивном сопротивлении коллекторной, цепи, но находится в противофазе. Строгое совпадение этого импульса по форме, величине и во времени с пиковым выбросом коллекторного напряжения позволяет полностью скомпенсировать нежелательный пиковый выброс на вершине переднего фронта генерируемого импульса. Ток ti изменяется в соответствии с сигналами с выхода объекта, ток ij изменяется в соответствии с сигналами, поступающими из блока настройки параметров поиска. Каждый генератор 1 случайного сигнала (фиг. 3) собран по схеме дискретизации непрерывного шумового сигнала по двум уровням. Он состоит из источника шума (ИШ), Двухкаскадного усилителя, собранного на транзисторах Vj и Уг, резисторах. RI-RSH конденсаторах С и Cg, а также синхронного D-триггера Т. Состояние триггера устанавливается по положительному фронту импульса, поступающего на Вх. 1 от управляемого по частоте генератора. На Вх.2 поступает сигнал из блока настройки параметров поиска, благодаря чему устанавливается необходимый уровень сигнала на выходе генератора случайных сигналов. Использование изобретения позволяет по высить помехоустойчивость, так как операция интегрирования выходного сигнала объекта, реализуемая управляющим по частоте генератором, эффективно отфильтровывает центрированные помехи. Кроме того, управляемый по частоте генератор осуществляет оптимизировать функции со сложным рельефом.