Система экстремального регулирования Советский патент 1984 года по МПК G05B13/02 

2. Система по п. 1, о т л и ч а ю щ а.я с я тем, что экстремальный регулятор содержит последовательно соединенные предварительный усилитель, формирующее устройство, запоминающее устройство, сумматор, усилитель приращения, четвертый ключ, второе пороговое устройство и триггер реверса, а также автоколебательный генератор, два ждущих мультивибратора и схему формирования выходного импульса, причем выход формирующего устройства соединен с вторым входом сумматора, выход автоколебательного генератора соединен с входами двухждущих мультивибраторов с управляющим входом четвертого ключа и с первым входом блока распределения каналов, выход первого ждущего мультивибратора соединен с управляющим входом запоминающего устройства,, а выход второго ждущего мультивибратора подключен к второму входу блока распределения каналов и к первому входу схемы Формирования выходного импульса, второй вход которой соединен с первым выходом триггера реверса и с третьим входом блока распределения каналов, четвертый вход которого соединен с вторым входом триггера реверса, выход схемы формирования выходного импульса подключен к выходу экстремального регулятора, а вход предварительного усилителя соединен с входом экстремального регулятора.

3. Система по п. 1, от-личаю щ а я с я тем, что блок распределения каналов содержит счетчик, схему разрешения, два регистра, две схемы сравнения, триггер и счетчикраспределитель каналов, причем выход счетчика соединен с первым входом схемь разрешения и с первым входом первой схемы сравнения, вторые входы которых подключены к второму входу блока распределения каналов, подключенного третьим входом к третьему входу схемы разрешения, четвертый вход которой соединен с выходом триггера, а первый и вторые выходы схекы разрешения соединены соответственно с сигнальными входами первого и второго регистров, управляющие входы которых подключены к выходу первой схемы сравнения, а выходы регистров соединены с соответствующими входа1« 1 второй схемы, сравнения, второй выход второго регистра подключен к третьему входу первой схемы сравнения, выход второй схемы сравнения подключен к первому входу .триггера, второй вход которого соединен с входом счетчика-распределителя каналов и с выходом первой схемы сравнения, четвертый вход блока распределения каналов соединен с третьим входом триггера и с вторым входом счетчика, первый вход которого подключен к первому входу блока распределения каналов, соединенного выходами с соответствующими выходами счетчика-распределителя каналов.

1. СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащая экстремал ный регулятор и канал регулирования состоящий КЗ последовательно соединенных задатчика, регулятора соотно шения, исполнительного механизма и объекта регулирования, а также двух ключей, причем к первому и второму входу задатчика соотношения подключены соответственно первый и второй входы объекта, первый ключ соединяет выход объекта с входом экстремал ного регулятора, а второй ключ соеUlW«M. диняет выход экстремального регуля тора с вторым входом регулятора соотношения, отличающаяся тем, что, с целью увеличения точности регулирования и расширения области применения путем использования одного экстремального регулятора для оптимизации одновременной работы нескольких объе1 тов, в систему введен блок распределения каналов, а в канал регулирования кгокдого объекта введены третий ключ, интегратор, блок умноженияj пороговое устройство чи схема запрета, причем выход блока распределения каналов подключен к управляющему входу первого ключа и через схему запрета - к управляющим входам второго, третьего ключей и регулятора соотношения, выход третьего ключа подключен через интегратор к пороговому устройству и к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с вторым входом задатчика соотношения, а выход блока умножения подключен к управляющему входу задатчика соотношения, выход порогового устройства соединен с сигнальным входом схемы запрета.

1

Изобретение относится к экстре-.мальному регулированию и может быть использовано в системах автоматической оптимизации соотношения компонентов .

Известна система экстремального регулирования (СЭР) для оптимизации соотношения компонентов, в которой имеются контур стабилизации соотношения (компонентов и контур оптимизации соотношения, причем контур стабилизации осуществляет грубую настройку соотношения, а контур оптимизации - точную настройку на оптимальное соотношение путем изменения установки задатчика соотношения.

В такой СЭР на динамику поиска оказывают влияния динамические ошибки системы регулирования соотношения, что ухудшает и затягивает процесс оснгицения экстремума.

Наиболее близкой к предлагаемой является система экстремального регулирования, содержащая экстремальный регулятор и канал регулирования, состоящий из последовательно соединенных задатчика, регулятора соотношения, исполнительного механизма

и объекта регулирования, а также двух ключей, причем к первому и второму входу задатчика соотношения подключены соответственно первый и второй входы объекта, первый ключ

Q соединяет выход объекта с входом экстремального регулятора, а второй ключ соединяет, выход экстремального регулятора с вторым входом регулятора соотношения .

Недостатками известной системы являются ее работа в режиме непрекращающегося поиска и невозможность использования одного экстремального регулятора для оптимизации нескольких объектов.

0 Цель изобретения - увеличение точности регулирования и расширение области применения путем использования одного экстремального регулятора для оптимизации, одновременной работы нескольких объектов. Поставленная цель достигается тем что в систему экстремального регулирования введен блок распределения каналов, а в канал регулирования каждого объекта введены третий ключ интегратор, блок умножения, пороговое устройство и схема запрета,, причем выход блока распределения каналов - подключен к управляющему входу первого ключа и через схему запрета - к управляющим входам второго, третьего ключей и регулятора соотношения, выход третьего ключа подклю чен через интегратор к пороговому устройству и к первому входу блока умножения, второй вход которого сое динен с вторым входом задатчика соотношения, а выход блока умножения подключен к управляющему входу задатчика соотношения, выходпорогового устройства соединен с сигнальным входом схемы запрета. Экстремальный регулятор содержит последовательно соединенные предварительный усилитель, формирующее устройство, запоминающее устройство сумматор, усилитель приращений, четвертый ключ, второе пороговое устройство, и триггер реверса, а также автоколебательный генератор, два ждущих мультивибратора и схему форми рования выходного импульса, причем выход формирующего устройства соединен с вторым .входом сумматора, выход автоколебательного генератора соединен с входами двух ждущих мультивибраторов, с управляющим входом четвер того ключа и с первым входом блока распределения каналов, выход первого ждущего мультивибратора соединен с управляющим входом запоминающего устройства, а выход второго ждущего мультивибратора подключен к второму входу блока распределения каналов и.к первому входу схемы формировани выходного импульса, второй вход которой соединен с первым выходом три гера реверса и с. третьим входом блока распределения каналов, четвертый вход которого соединен с вторым входом триггера реверса, выход схемы формирования выходного импульса подключен к выходу экстремального ре гулятора, а вход предварительного усилителя соединен с входом экстремального регулятора. Блок распределения каналов содер жит счетчик, схему разрешения, дв регистра, две схелвл сравнения, триггер и счетчик-распределитель каналов, Ч1ричем выход счетчика соединен с первым входом схекы разрешения и с первым в.ходом первой схекы сравне ния, вторые входы которых подключены к второму входу блока распределения каналов, третий вход которого подключен к третьему входу схемы разрешения, четвертый вход которой соединен с выходом триггера, а первый и вторые выходы схемы разрешения соединены соответственно с сигнальными входами первого и второго регистров, управляющие входы которых подключены к выходу первой схекы сравнения, а выходы регистров соединены с соответствующими входами второй схемы сравнения, второй выход второго регистра подключен к третьему входу пер.вой схемы сравнения, выход второй схемы сравнения подключен к первому входу триггера, второй вход которого соединен, с входом счетчика-распределителя каналов и с выходом первой схемы сравнения, четвертый вход блока распределения каналов соединен с третьим входом триггера и с вторым входом счетчика, первый вход которого подключен к первому входу блока распределения каналов, выходы которого соединены с соответствующими выходами йчетчикараспределителя каналов. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой системы экстремального регулирования; на фиг. 2 и 3 циклограммы работы системы. Система экстремального регулирования содержит экстремальный регулятор 1, каналы 2 регулирования для каждого-объекта, каждый,из которых содержит за:датчик 3 соотношения ведущей К., и ведомой Kj компонент с заданным соотношением компонент dj , регулятор 4 соотношения, который . выполнен по известной схеме, исполнительный механизм 5, объект б регулирования, первый 7 и второй 8 ключи, блок 9 распределения каналов, третий ключ 10, интегратор 11, блок 12умножения-, пороговое устройство 13и схему 14 запрета. Экстремальный регулятор содержит предварительный усилитель 15, формирующее 16 и запоминающее 17 устройства, сумматор 18, усилитель 19 приращений, ключ 20, пороговое устройство 21, триггер 22 реверса, автоколебательный генератор 23, два ждущих мультивибратора 24 и 25, схеу 26 формирования выходных импульсов. Блок 9 распределения каналов содержит счетчик 27, схему 28 разрешения записи, регистры 29 и 30, пер-вую 31 и вторую 32 схемы сравнения, триггер 33 и счетчик-распределитель 34 каналов. Система работает следующим образом. При оптимизации соотношения в одном из каналов блок 9 распределения,, каналов, подавая сигнал на управляющий вход ключа 7, соединяет выход объекта 6 через ключ 7 с входом предварительного усилителя 15 экстремешьного регулятора.

При отсутствии сигнала с выхода порогового устройства 13 на схему 14 запрета сигнал с выходаобегающего устройства проходит на управляющий вхрд ключа 8, что приводит к его замлканию. При этом сигнал с выхода схемы 26 формирования выходных импульсов экстре1 1альногО регулятора проходит на второй вход регулятора соотношения. Одновременно сигнал с, выхода обегающего устройства поступает на управляквдий вход регулятора 4 соотношения и управляющий вход ключа 10 через схему 14 запрета. При этом .ключ 10 замыкается, а регулятор соотношения nepiexoдит в режим, при котором сигналы на его выходе повторяют сигналы на его втором входе. В этом режиме экстремальный регулятор производит поиск, непосредственно воздействуя на исполнительный механизм, а в задатчик соотнесения дополнительно к заданному соотнсяиению компонентов oLj подается поправка Ad- с выхода блока 12 умножения, учитывающая фактическое соотношение компонентов, имеющее место в результате поиска экстремума .

По окончании поиска в первом канале блок 9 распределения каналов снимает сигнал с устройств, на. которые он подавался ранее. При этом вход и выход экстремального регулятора 1 отключаются от выхода объекта 6 и от второго входа регулятора 4 соотношения. Регулятор 4 соотношения переходит в режим работы с первого входа, т,е. к работе в режиме стабилизации соотношения, задаваемого скорректированным задатчиком соотношения. Размыкание третьего ключа 10 приводит интегратор 11 в режим запоминания найденной поправки. Коррекция величины поправки при изменении величины компонент осуществляется с помощью .блока 12 умножения.

Максимально допустимая величина поправки До1. определяется пороговым устройством 13. При превышении сигнала на входе порогового устройства порога срабатывания с выхода порогового устройства поступает сигнал н« схему 14 запрета. Это приводит к снятию сигнала обегакиего устройства с устройств .4, 10 и 8 и к переходу системы в режим стабилизации соотношения. ,

На фиг. 2 при зедена циклограмма иллюстрирующая работу системы экстремального регулирования, где показано: 1 - значение компоненты К, ; 2 - значение компоненты Kij; 3 - сигнал на выходе задатчика соотношения

4- сигнал на выходе интегратора;

5--сигнал на выходе устройства перемножения; 6 - величина зоны нечувствительности систе1 1 регулирования соотношения; 7 - сигнал на выходе схемы запрета; 8 - сигнал на выходе порогового устройства; 9 - сигнал на выходе 0лока распределения каналов; 10 - выходной поисковый сигнал экстремального регулятора.

На фиг. 2,4 пунктиром показаны пороги срабатывания порогового устройства J на фиг. 2.5 - пороги срабатывания порогового устройства, приведенные к выходу устройства перемнжения, т.е. границы расширенной зоны поиска экстремального регулятора (зоны нечувствительности системы регулирования соотношения). Величин этой зоны пропорциональна произведению величины порога срабатывания пороговохчэ устройства на величину оптимизируемой компоненты К, т,е. при постоянном пороге срабатывания порогового устройства величина зоны нечувствительности системы регулирования соот.нсяаения уменьшается с уменьшением расхода компоненты Кг..

В начальньай промежуток времени OfctuA в первом канале происходит работа системы регулирования соотношения и не производится экстремального поиска. Зона нечувствительHOfти регулятора соотношения имеет номинальное (небольшое) значение. Выходной поисковый сигнал экстремалного регулятора не оказывает влияния на регулируемую компоненту.

В момент времени обегающее устройство подключает к первому каналу экстремальный регулятор. При этом зона нечувствительности систе(1 регулирования соотношения увеличивается до значения, показанного ра фиг.- 2,6/ Поисковые сигналы экстремального регулятора (фиг. 2.10) Аызьтгиот изменение компоненты К (фиг. 2.2) в направлении приближения к экстремуму, в связи с чем для показанного на графике случая в интервале реверса не происходит Каждое изменение компоненты К приводит к появлению сигнала рассогласования на выходе задатчика соотношения, сигнал рассогласования вызывает изменение напряжения на выходе интегратора (фиг. 2.4), который вместе с устройством перемножения находится в цепи отрицательной обратной связи задатчика соотношения. В процессе поиска происходит изменение поправки задания соотношения Kj. В показанном на фиг. i случае в процессе поиска к моменту времени величина поправки &.Kj выходит на границу зоны нечувствительности. в результате чего происходит отключение экстремального регулятора и передача управления регулятору соот ношения Как видно из фиг. 2, в промежутке происходит работа регулятора соотношения с уменьшенной (номинальной) зоной нечувствительности. В момент времени блок 9 распределения каналов отключает экстремальный регулятор от пер вого канала. Предположим, что в некоторый мо.мент времени , когда блок распре деления каналов еще не подключил экстремальный регулятор к первому каналу/ начинает происходить уменьшение величины стабилизируемой компоненты тогда регулятор соотношения начинает уменьшать компоненту Kj.Сигнал поправки установкилК также начинает уменьшаться,вследств чего найденное оптимальное соотноше ние приблизительно остается в оптиМсшьном значении (фиг. 2.5). На фиг. 3 приведена циклограмма, и.ллюстрирующая работу экстремального регулятора и блока распределения каналов, где обозначено: 1 - выходное напряжение автоколебательного генератора 23; 2 и 3 -выходные сиг налы первого 24 и второго 25 мультивибраторов; 4 - сигнал на выходе усилителя 19 приращения; 5 сигнал на выходе триггера 22 ревер са/ б - процесс счета импульсов в счетчике 27 (условно); 7 и 8 - процесс изменения содержимого первого 29 и второго 30 регистров; 9 - сигнал на выходе первой схемы 31 сравнения; 10 - сигнал на выходе тригге ра 33; 11 - сигнал на выходе схемы 32 сравнения; 12 и 13 - выходной сигнал на первых двух каналах счетчика-распределителя 34 каналов. Экстремальный регулятор работает следующим образом. Входной сигнал усиливается предварительным усилителем 15, в формирующем устройстве 16 вырабатываются сигналы, пропорциональные производным от входного сигнала. Далее сигнал в некоторые моменты времени запоминается в запоминакяцем.устройстве 17. В последующие моменты време.нн сигнал, запомненный в устройстве 17, сравнивается с сигналом на выходе формирующего устройства 16 в сумматоре 18 и разностный сигнал подается на усилитель 19 приращений. Далее сигнал поступает на ключ 20, Если в момент открытия ключа сигнал на выходе устройства 19 отри цательный, то произойдет срабатывание порогового устройства 21, выход ной импульс которого вызовет переброс триггера 22 реверса в противоположное положение. На выходе триггера реверса формируется сигнал, соответствующий текущему положению тригге ра реверса. На втором выходе формируется импульс в момент переброса триггера. Сигнал с первого выхода триггера 22 поступает в схему 26 формирования выходного нмпульса и в схему 28 разрешения записи. Сигнал с второго выхода этого триггера поступает в первую схему 31 сравнения и счетчик 27, осуществляя сброс счетчика на нуль. Основным тактирующим элементом экстремального регулятора является автоколебательный генератор 23. Своим выходным им-. пульсом он открывает ключ 20, а задним фронтом своего выходного импульса запускает ждущие мультивибраторы 24 и 25 и записывает еще одну единицу в счетчик 27. Ждущий мультивибратор 24 на время своего выходного импульса обеспечивает слежение.величины напряжения на выходе запоминающего устройства за сигналом на выходе формирующего устройства. При этом напряжение на входе усилителя приращений равно нулю. С окончанием выходного импульса .ждущего мультивибратора 24 в запоминающем устройстве фиксируется значение выходного напряжения. Выходной импульс ждущего мультнвибратора 25 поступает в схему 26 формирования выходных импульсов, в схему 28 разрешения записи и во вторую схему 32 сравнения, В схеме 26 формирования выходных импульсов формируются импульсы, которые, будучи поданными на второй вход регулятора соотношения, вызовут перекладку исполнительного механизма, причем длительность переклгщки определяется длительностью выходного импульса мультивибратора 25, а направление перекладки - положением триггера 22 реверса. Схема 28 разрешения записи осуществляет запись в первый 29 или вто рой 30 регистры в зависимости от положения триггера 22 реверса. В соответствующий регистр записывается текущее состояние счетчика 27 в момент окончания выходного импульса мультивибратора 25. Сравнение содержимого регистров 29 и 30 осуществляется первой схемой 31 сравнения в моменты переброса триггера реверса. При равенстве содержимого регистров схема сравнения вырабатывает импульс, взводящий триггер 33, выходной сигнал последнего поступает на схему 28 разрешения записи и блокирует запись. Вторая схема 32 сравнення осуществляет сравнение содержимого старших разрядов одного из регистров (без одного младшего разряда), наЬрнмер второго, с содержимым счетчика 27 в момент окончания выходного импульса мультивибратора 25.

При равенстве, которое наступает, когда а счетчике записано число А, равное

если В четное

&, если В неч-етное

где В г- содержимое регистра, вторая схема 32 сравнения вырабатывает импульс, который сбрасывает триггер 33 и, поступая на счетчикраспределител. 34 каналов, вызывает

переключение этого устройства на следующий канал, оставляя при этом на предыдущем канале исполнительный механизм- приблизительно в середине зоны поиска, т.е. в положении, соответствующем экстремсшьному значению.

Предлагаемая система позволяет увеличить точность регулирования и уменьшить потери на поиск, что значительно повысит: экономичность систем автоматической оптимизации соотношения компонентов.

МП п

JL г I m г31 п

п

п

.7 5

з1

ff

м

Л

ЛП.

Пгп гп m г-1

п

п

п

п

т1

п

PW2.J