Устройство для адаптивного управления Советский патент 1984 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к технике автоматического управления и может быть использовано при,построении высоконадежных многоканальных систем, Известно устройство автоматйческ го контроля сложных установдк, в котором контроль и анализ различных физических параметров производится помощью датчиков, передающих сигнал для автоматической обработки. Результат обработки для каждого параМетра сравнивается с предварительно заданными допусками и определяются аварийные условия l . Недостатком данного устройства я ляется низкая надежность , обусловле ная независимым управлением по параметру каждого из датчиков и отсут ствием адаптации к изменению контро лируемых параметров. Наиболее близким к изобретению п технической сущности и достигаемому результату является замкнутая систе ма управления, содержащая в каждом канале задатчик параметра, управляю щие входы которого соединены с первым и вторым выходами блока воздействия, а выход подключен к входу по леднего 2J , Недостатком известной системы яв ляется низкая надежность, обусловленная необходимостью формирования большого числа вспомогательных сигналов и независи1 ым управлением по Параметру каждого из каналов. Кроме того, для управления по нескольким нородным параметрам система организуется путем простого наращивания и при этом параметры регулируются так же, как независимые, что приводит к снижению ее адаптивных качеств, Цель изобретения - повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем что в устройство для адаптивного управления, содержащее в каждом канале задатчик параметра, управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами блока воздействия а выход подключен к входу последнего, введены сумматор сигналов регулирования, преобразователь код-аналог, суммирующий элемент, элемент не равнозначности и таймер, а в каждый канал дополнительно включен бентиль, первый вХод которого соединен с выходом задатчика, второй вход - с вхо дом канала, а вьЗход - с первым выходом канала, второй выход которого подключен к выходу эадатчика, при этом первые выходы каналов подключены к объединенным канальным входам суммирующего элемента, а вторые выходы - к соответствующим канальным входам сумматора, выход которого подключен к информационному входу пр образователя код-аналог, первый и второй управляющие выходы которого соединены с соответствуюидами управляющими входами суммирующего элемента, первый и второй управляющие выходы последнего подключены соответственно к входам элемента неравнозначности, а рабочий выход соединен с нагрузкой, кроме того, выход элемента неравнозначности подключен к объединенным входам каналов и через таймер связан с входом Сброс преобразователя код-аналог и с входом Запрет сумматора. Кроме того, суммирующий элемент содержит первый и второй с меньшей намагничивающей силой срабатывания герконы и общие обМотки управления, при этом начала первой и второй обмоток подключены к первому и второму управляющим входам суммирующего элемента соответственно, а их концы соединены с началом третьей обмотки, которое связано с объединенным канальным входом суммирующего элемента, а конец третьей обмотки подключен к подвижному контакту первого геркона, неподвижный размыкающий контакт ко|Торого соединен с Подвижным контактом второго геркона, а неподвижный за1 ыкающий контакт - с первым управляющим выходом суммирующего элемента и через первый резистор с общей шиной, неподвижный размыкающий контакт второго геркона подключен к второму управляющему выходу суммирующего элемента и через второй резистор к общей шиНе, а неподвижный замыкающий контакт - к рабочему выходу сумМирующего элемента. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для адаптивного уп- равления; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства. Устройство для адаптивного управления содержит каналы 1.1,1.2,... l.m., сумматор 2 сигналов регулирования, преобразователь 3 код-аналог, суммирующий элемент 4, элемент 5 неравнозначности, таймер б и нагрузку 7. Каждый канал состоит Из задатчика 8 параметра, блока 9 воздействия и вентиля 10. управляющие входы 11 задатчика 8 соединены с первым и вторым выходами блока 9, а выход 12 подключен к входу последнего и к первому входу вентиля 10, второй вход Которого соединен с входом 13 канала. Выход вентиля 10 подведен к первому выходу 14 канала, второй выход которого соединен с выходом 12 задатчика 8. Входы 13 каналов 1.1, 1.2,..., l.m объединены. Первые выходы 14 каналов подключены к объединенным канальным входам суммирующего элемента 4, а вторые выходы 12 - к соответствующим канальным входам сумматора 2. Преобразователь код-аналог 3 включает формирователь 15 фронта и преобразователи 16,1 и 16.2, каждый из которых выполнен в виде реверсивног счетчика 17 и резистивного целителя Ri, R2, ...,. Первый выход счетчи 17 соединен через резистор R1 с вторым выходом, второй выход - чере резистор R2. с третьим выходом, ..., т-й выход через резистор подключен к управляющему выходу 18,1 (18,2 преобразователя 3 кодтангшог. Счетные входы 19,1 и 19.2 счетчиков 17 соединены с прямым и инверсным выходами формирователя 15, вход которого связан с информационным входом 20 преобразователя 3. код-аналог, а входы Сброс объединены и подключены к входу 21 преобразователя 3 код-аналог. Выход сумматора 2 соединен с информационным входом 20 преобразователя 3 код-анс1лог. Суммирующий элемент 4 содержит первый 22 и второй 23 с меньшей намагничивающей силой срабатывания гёрконы и обмотки 24-26 управления, Начсша первой и второй обмоток 24 и 25 подключены к управляюгдам входам суммирующего элемента 4, которые соответственно соединены с управляющим выходами 18,1 и 18.2 преобразователя 3 код-аналог. Концы обмоток 24 и 25 подключены к начгшу третьей обмот ки 26, Начало третьей обмотки 26 связано с объединенным канальным входом 14 суммирующего элемента 4, а конец подключен к подвижному контакту первого геркона 22, Неподвижный разкыкающий контакт последнего соеди нен с подвижным контактом второго геркона 23, а неподвижный замыкающий контакт - с первым управляющим выходом 27 суммирующего элемента 4 и через первый резистор 28 с общей шиной Неподвижный размыка1Ьи$1й контакт второго геркона 23 подключен к второму управляющему выходу 29 суммирующего элемента 4 и через второй резистор 30 к общей шине, а неподвижный 3aNajкающий контакт подведен к рабочему выходу 31 суммирующего элемента 4 и соединен с нагрузкой 7, Выходы 27 и 29 суммирующего элемента 4 подведены к входам э/гемента 5 неравнознач ности, выход которого Подключен к объединенным входам 13 каналов 1,1, 1.2,.,,,1.т и через таймер 6 связан с входом 21 Сброс преобразовател 3 код-аналог и с входом 32 Запрет сумматора 2, Задатчик 8 предназначен для преобразования исходного сигнала к виду и форме, пригодным для обработки в системе. Он преобразовывает первичный параметр в нормализованный, выдаваемой в систему, и отрабатывает информацию на входах 11, вызывая требуемое изменение первичного пара метра, Блок 9 воздействия предназначен для задания регулируемых пределов опорного сигнс1ла и выдачи на задатчик 8 сигнала ошибки, равного разности опорного и регулируемого сигнешов. Сумматор 2 сигналов регулирования предназначен для алгебраического суммирования регулируемых сигнгшов. Преобразователь 3 код-аналог предназначен для квантования сигналов с сумматора 2, формирования импульсов по переходу сигнала сумматора 2 каждого уровня квантования, подсчета количества этих импульсов и формирования напряжения, пропорционального этому количеству отдельно для положительных и отрицательных сигналов сумматора 2, Суммирующий элемент 4 предназначен для суммирования регулируемых сигналов кансшов и, в зависимости от результатов суммирования, выдачи сумматорного сигнала в нагрузку 7 или сигнгшов управления для изменения режима работы системы. Под нагрузкой 7 понимается любой приемник суммарного (комплексного) параметра в m канальной системе. УСТРОЙСТВО содержит источники сигналов задатчиков и источник опорного сигнала (не показаны), Источник опорного сигнала имеет три вывода: + вывод, - вывод, общая шина. От источника опорного сигнала запитываются блоки 9 Ьоздействия, преобразователь 3 код-анс1лог, причем преобразователь 16.1 включается межвыводом и общей , а 16,2 - между + выводом и общей шиной, На фиг, 2а показаны регулируемые сигналы 1,2 и. т-каналов Ср, , Cpj и Ср соотвестзенно. Для удобства на этом же графике изображены опорные сигналы 1 Сол,, 4 CoOj/ Conn,, причем условно они приняты одинаковыми для каждого канала. Пунктиром показан сигнал, равный алгебраической сумме Ср, ,Ср.2 , , , , Ср,т.. На фиг, 26, виг показаны сигналы ошибки Сои, , Couj и Сош, 1, 2 и m каналов, полученные как разность регулируемого и опорного сигналов в каждом канале и выдаваемые для воздействия на величины Ср, , Ср и Срщ регулируег ах сигналов до совпадения последних с соответствующими величинами опорных сигналов Con,, Соп, Сопп, , На фиг, 2д показан алгебраически просуммированный и проквантованный по уровням регулируемый сигнал. Условно показано четыре одинаковых уровня квантования как для положительных, так и для отрицательных значений суммарного сигнала регулирования.

На фиг. 2е приведена число переходов суммарного регулируемого сигнала через уровни квантования, а на фиг, 2ж - сигнал выбора, пропорциональный этому числу,

На фиг. 2з показаны суммарный регулируемый сигнал, противофазный ему сигнал выбора и общий сумма жый сигнал (пунктир), передаваемый в нагрузку.

Устройство р аботает следующим об- 10

разом.

В задатчиках 8 каналов 1,1, 1,2,.,, 1,т первичный сигнал нормализуется к виду и форме, принятой для работы в системе, и с-выходов 12 как регули-15 сигнал Ср, , Cpj , , ., , Срг(фиг, 2а) поступает на вход блоков 9 воздействия и одновременно на первый вход вентилей 10 и к канальным входам сумматоров 2 сигналов регулиройания. 20 В блоке 9 воздействия формируется регулируемый опорный сигнал для положительных и отрицательных значений регулируемого сигнала 1 Соп,-, t Соп, ., , 1Сопу„ (фиг, 2а) . Регулируемой сигнал 25 в блоке 9 воздействия сравнивается с опорным сигналом такого же знака, и в случае превышения регулируемым сигналом опорного блок 9 воздействия вырабатывает сигнал ошибки CQUI, (Фиг, . 26), CoLjg (фиг. . 2в) , . .,, Couirn Фиг. 2г), который поступает на входы 11 задатчиков 8, вызывая изменение rtep.вичного сигнала до тех пор, пока соответствующий ему регулируемый сигнал не примет значение/ при котором 55 сигнал ошибки равен О,

Если вентили 10 открыты/ то регулируемые сигналы с выходов 14 каналов 1,1, l,2,,,,,l,m поступают на 40 объединенный канальный вход суммирующего элемента 4, Если на объединенных входах 13 каналов присутствует запирающий сигнал С выхода элемента 5 неравнозначности, вентили 10 закры-45 ты и регулиремые сигналы не поступают на объединенный канальный вход суммирующего элемента 4,

Сигналы регулирования Ср , Ср , г Ср алгебраически суммируются вtg

сумматоре 2 (фиг. 2а, д из, сигнал Ср) и суммарный сигнал поступает через информационный вход 20 преобразователя 3 код-аналог на вход формирователя 15 фронта.

В формирователе 15 фронта опорный сигнал ±Соп квантуется на уровни в регулиремом делителе Con (отдельно для +Соп и -Со;1)(фиг. 2д, уровни 14 для +C(jn и -Con) и затем суммарный сигнал Ср сравнивается с этими уров- 60 нями квантования. Если суммарный сигнал превышает уровень квантования, формируется положительный импульс, а если становится меньше уровня, то трицательный импульс (фиг, 2е),65

С прямого и инверсного выходов формирователя 15 эти импульсы поступают на счетные входы 19,1 и 19,2 реверсивных счетчиков 17 преобразователей 16,1 и 16,2 соответственно. Каждый счетчик 17 нагружен на резйстивный делитель Ri, R2,,., Rm, При поступлении на счетный вход положительного импульса к числу, записанному в счетчик, прибавляется единица, а при поступлении отрицательного импульса единица вычитается. На делителе R1, R2, .,./ Rrvi формируется сигнал С 8Ы6 пропорциональный числу, записанному в счетчик. Сигнал Свыв (фиг, 2ж) с упраёляющих выходов 18,1 и 18,2 преобразователя 3 код-аналог подводится На первый и второй управляющие входы суммирующего элемента 4 и алгебраически суммируется с сигналом на объединенных канальных входах суммирующего элемента 4, Вследствие этого суммарный сигнал Сц (фиг. 2з) находится в пределах допуска и в этом случае подводится к рабочему выходу 31 суммирующего элемента 4 и далее в нагрузку 7. Если же общий суммарный сигнал не находится в пределах допуска, то на первом 27 или втором 29 управляющих выходах суммирующего элемента 4 появляется сигнаш инициирующий сигнал выхода элемента 5 неравнозначности. Последний подается на вход таймера 6 и на объединенные канальные входы 13 каналов

1.1,1.2, ,.., 1.га и запирает венти- ли 10, закрывая доступ сигналов регулирования Ср, , Ср2 , . , . , Срт к объединенному канальному входу суммирующего элемента 4. Если длительность сигйала на выходе элемента 5 Неравнозначности болЫие фиксированного времени, на вьлходе таймера 6 формируется сигнал, который поступает на вход 32 Запрет сумматора 2, закрывая доступ суммарного сигнала

к преобразователи 3 код-айалог, и на вход 21 Сброс счетчиков 17, обнуляя их. При этом нагрузка 7 отключена от cHCTeNtj, а каналы 1.1,

1.2,,,., 1,т-от остальной части систел4л. Это состояние сохраняется до тех пор. Пока не произойдет восстановление регулирег«их сигналов Cpi Ср.2, ..., Срт в кайалах 1,1, 1,2,,., 1,т. При этом снимется сигнал с объединенных канальных входов 13, снимется сигнал запрет на - входе 32 сумматора 2, откроются вентили 10

и общий суммарный сигнал вновь поступит в нагрузку 7.

Суммарное управляющее воздействие обмоток 24-26 суммирующего элемента 4 реализует функцию

+ I I, Wj const.

причем

F F

cpai

сргз

соответственно общая магнигде F тодвижущая сила (м«д.с.), создаваемая обмотками 2426

м.д«с. срабатывания герко с -ггна 22}

м.д.с. срабатывания кона 23;

Il4

ток в соответствующих обl26мотках

W24, W25

W26 - число витков в обмотках.

Например, система работает нормЭл но (в области +Ср). Тогда общий суммарный сигнал подводтися к нагрузке по цепиI объединенный канальный вход суммирующиего элемента 4, начало обмотки 26, обмотка 26, подвижный контакт геркона 22, подвижный контакт геркона 23, неподвижны,й замыкающий контакт геркона 23/ рабочий выход 31 суммирующего элемента 4. Если йри нормальной работе сигнал Ср находится в отрицательной области, то ток нагрузки течет по цепи: нагрузка рабочий выход 31, эaKtJKающий контакт геркона 23, подвижный контакт геркона 23, разьмкающий, подвижный контакты геркона 22, обмотка 26, объединенный канальный вход элемента 4.

Пусть при нормальной работе сигна Ср (фиг. 2д) находится в пределах допуска и изменяется от точки О до то ки в (фиг. 2д). При этом изменении сигнал Ср проходит 1-й, а затем 2-й уровни квантования. С формирователя 15 фронта на вход 19.2 сче чика 17 преобразователя 16,2 поступают два импульса и и счетчике 17 записывается число два в двоичном коде. На Делителе R, R2,..., R3 преобразователя 16.2 формируется напряжение, пропорционально числу два. Это напряжение создает ток в обмотке 24 су иМнрующего элемента 4, который течет по цепи: делитель преобразователя .2, обмотка 25, обмотка 26, подвижный контакт геркона 22, неподвижный размыкающий контакт геркона 22, подвижный контакт геркона 23, неподвижный замыкающий контакт геркона 23, рабочий выход 31 суммиру щего элемента 4, нагрузка 7. Одновременно по нагрузке 7 течет ток от напряжения задатчиков 8 по цепи: нагрузка 7, рабочий выход 31 суммирующего элемента 4, неподвижный замыкающий контакт геркона 23, подвижный

контакт геркона 23, неподвижный размыкгиощий контакт геркона 22, подвижный контакт геркона 22, обмотка 26, выходы 14 каналов 1.1, 1.2,,.., l.m, минусовый полюс источников питания (не показаны) задатчиков 8. Общий ток в нагрузке равен разности токов от напряжения делителя 16.2 и напряжений задатчиков 8. Насколько уменьшается ток от задатчиков 8, настолько он увеличился от делителя 16.2, т.е. ток через негрузку практически остался без изменения (фиг. 2з, участок ОВ).

Аналогично регулирование и адаптация происходят и в случае увеличения сигнала Ср в положительной зоне +Соп (фиг. 2д и з) с той лишь разницей, что преобразователь 16.1 запитывается от отрицательного потенциала и, следовательно, с его делителя снимается отрицательное по отношению к общей шине напряжение.

Пусть система вышла из нормы, например общий регулируемый параметр Ср пересек точку А (фиг. 2д и з) и превысил предельный уровень +Соп. В этом случае на выходе делителя 16.1 сформировано напряжение, создающее такой ток в обмотке 24, что общее суммарное магнитное поле обмоток 24 и 26 вызовет срабатывание геркона 22 и отключение нагрузки от общего суммарного сигнала, и одновременно появление сигнала на выходе элемента 5 неравнозначности, подаваемого на объдиненные входы 13 кансшов. и в них на вентили 10, запирая последние. Если время tg ti (фиг. 2а) прохождения точек А и А оказывается больше заданного, появляются сигналы на выходе таймера 6 (сигналы Сброс и Запрет), отключающие систему от каналов регулируемых параметров 1.1, 1.2, ..., l.m нагрузки 7. То же самое происходит и при превышении -С (точка Д на фиг. 2ж и з) с той лишь разницей, что напряжение снимается с Jделителя 16.2 в обмотку 25 суммирующего элемента 4.

Предлагаемое изобретение по сравнению с известным позволяет повысить Нсщежность адаптивного управления в многокангшьных системах, причем эффект растет с ростом числа каналов.

Надежность повьпиается за счет взаимной компенсации изменений сигнгшов в разных каналах и за счет противофазного суммирования общего сигнала регулирования и сигнала, пропорционального изменению общего сигнала регулирования.

tvJ

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее в каждом канапе задатчик параметра, управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами блока воздействия, а выход подключен к входу последнего, отличающееся тем, что, с целью повышения надежнЬсти устройства, в него введены сумматор сигналоь регулирования, преобразователь код-аналог, суммирующий элемент, элемент неравнозначности и таймер, а в каждый канал дополнительно включен вентиль, первый вход которого соединен с выходом згщатчика, второй вход - с входом канала, а выход - с первым выходом канала, второй выход которого подключен к выходу задатчика, при этом первые выходы каналов подключены к объединенным канальным входам суммирующего элемента, а вторые выходы - к соответствующим канальным входам сумматора, выход которого подключен к информационному входу преобразователя код-аналог, первый и второй управляющие выходы котор ого соединены с соответствующими управляющими входами сусуммирующего элемента, первый и второй управляющие выходы последнего подключены соответственно к входам элемента неравнозначности, а рабочий выход соединен с нагрузкой, кроме того, выход элемента неравнозначности подюлочен к объединенным входам каналов и через таймер связан с входом Сброс преобразователя код-анс1лог и с входом Запрет сумматора. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающеес я тем, что суммируйщий элемент содержит первый и второй с меньшей намагничивающей силой срабатывания герконы и общие обмотки управления, при этом начгша первой и второй обмоток подключены к первому и второму управляющим входам суммирующего элемента соответственйо, а их концы соединены с началом третьей обмотки, которое связано с объединенным канальным входом суммирующего элемента, а конец третьей обмотки подключен к подвижному KoHtaKTy первого геркона, неподвижный разлвлкающий контакт которого соединен с подвижным контактом второго геркона, а неподвижный замыкающий контакт с первым управляющим выходом суммирую-1 щеРо элемента и через первый резистор , 4 с общей шиной, неподвижный размыкаюа щий контакт второго геркона подключен к второму управляющему выходу суммирующего элемента и через второй резистор к общей шине, а неподвижный замокающий контакт - к рабочему выходу суммирующего элемента.л