Двухканальный шаговый оптимизатор Советский патент 1987 года по МПК G05B13/02 

113

Изобретение относится к адатинным системам и предназначено для автоматического определения и поддерживания оптимального режима работы об-1,ектов, обладающих большой инерционностью и транспортным запаздыванием, работающих при интенсивных возмущающих воздействиях, н основном по рдному из каналов управления, и имеюищх статис тические характеристики в виде моно- ТОН1ГО изменяющейся кривой или со слабо выраженным экстремумом.

Цель изобретения - расширение функщюнальных возможностей и повы- шение точности поддержания оптимального значения выходного параметра объектов.

На фиг. 1 представлена блок-схема двухканального шагового опти№1затора на фиг. 2 - принципиальные электрические схемы датчика оптимизируемого параметра, блока определения величин и знака приращения оптимизируемого параметра и блока формирования управ ляющего импульса; на фиг. 3 - принципиальные электрические схемы первого и второго блоков сравнения, блока переключения каналов управления, блока переключения на основной канал и блока управления исполнитель ньми механизмами; на фиг. 4 - прин- цн1пиг.пдэ11ая электрическая схема командного блока; на фиг. 5 - циклограмма работы блока управления испол н;1те,п1,ными механизмами в автоматическом режиме; на фиг. 6 и 7 - соответственно циклограмма работы устройства и график, характеризующий процесс поиска оптимального значения выходно го параметра объекта в случае отсутствия экстремума в статической характеристике объекта; на фиг. 8 и 9- соответственно циклограмма работы устройства и график, характеризующий процесс поиска оптимального значения выходного параметра объекта в случае наличия экстремума в статической характеристике объекта.

Устройство содержит (фиг. 1) хтатчик 1 oпти DIзиpyeмoгo параметра, блок 2 (определения величины и знака приращения оптимизируемого параметра блок 3 формирования управляющего импульса, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, блок 6 переключения каналов управления, блок 7 переключения на основной канал, блок 8 управления исполнительными механизмами, команд12

ный блок 9 н блок 10 питания. Датчик 1 и блоки 2 и 3 содержат (фиг. 2) резистор 11, потен1Ц1ометр 12, резисторы 13 и 14, реле 15, полевой транзистор 16, конденсатор 17, операцион ньш усилитель 18, потенциометры 19, диоды 20, резисторы 21, операционные усилители 22, диод 23, резистор 24, конденсатор 25, резистор 26, потенциометр 27, резисторы 28 и 29, конденсатор 30, потенциометр 31. Блоки 4-8 содержат (фиг. 3) резисторы 32, потенциометры 33, резисторы 34, операционные усилители 35, конденсаторы 36 и 37, триггеры 38 и 39, резистор 40, триггеры 41, конденсатор 42, резистор 43, элементы И-НЕ 44 и 45, реле 46. Командный блок 9 содержит (фиг. 4) резисторы 47, потенциометр 48, конденсаторы 49, одновибраторы 50, транзистор 51, конденсатор 52, одновибраторы 53, Кнопки 54 и резисторы 55.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени при включении устройства на выходе Q триггера 41.1 (фиг. 3) и соответственно на втором выходе второго блока 5 сравнения устанавливается логическая 1, задающая по четвертому вход блока 8 управления исполнительными механизмами режим движения в сторону увеличения шага. Одновременно логическая 1 устанавливается на выходе Q триггера 39.2 (фиг. 3) и соответственно на первом выходе блока 6 переключения каналов управления и, поступая на второй вход блока 8, задает в нем поиск по основному каналу.

При запуске устройства после нажатия кнопки (фиг. 4) командного блока 9 одновибратор 53.2 формирует на втором выходе этого блока импульс VT (фиг. 5 и 6), который, поступая на второй вход блока 3 формирования управляющего импульса, запускает усилитель 22.2 (фиг. 2).

Блок 3 формирует управляюа91й импульс минимальной длительности Т , величина которого определяется по статическим характерист икам объекта из условия сходимости процесса ее оптимизации и устанавливается потенциометром 27 (фиг. 2), так как в первоначальный момент времени изменения выходного параметра Y нет, и на

выходе блока 2 определения величин . и знака приращения выходного параметра объекта напряжение равно нулю.

Так как по включении оптимизатора автоматически задается направление шага в сторону больше и поиск притригге 1а 41,1 не ipon3iij ;iPT, и направление движения в сторону бо.шлне

СОХра1Н ТСЯ (фиг. 3). 11о1 ОЖИТС.1Т1,НЫ) |

фронт импульса 7, (фиг. 5 и 6) запускает в блоке 9 о;1новиГ1рат()р 53.2, i. a выходе которого формируется импульс V . Импульс V , поступая с нторогч; выхода блока 9 на второй сутствовать на двух входах трехвходо- IQ вхо,л блока 3, производит в нем запуск

оритета по основному каналу, то логическая l одновременно будет привого элемента И-НЕ 44.3 блока (фиг, 3). Управляющий импульс „„„, поступив на первый вход блока 8, включит реле 46.1, которое своими контактами скоммутирует цепи управления исполнительным механизмом первого канала в сторону больше, и входной параметр первого канала объекта изменится от X, до Х (фиг. 7).

Отрицательный фронт управляющего

усилителя 22.2 (фиг. 2), формирующего импульс Т, длительность которого пропор11;ио})аль}1а напряжение нл вых()де усилителя 22.1 блока 2, т.е. Т. ---15 К/ , /.

. КоЭ ,;)1Ьицие)1т пропор:р1О1;альн1тсти К определяется пч стат1 чески х характеристик объек1а, исходя из условия сходимости процесса , и

20 устанавливается потенциометром 31 блока 3 (фиг. 2) .

импульса Т

ИМП

поступив на первьш

вход командного блока 9, запускает одновибратор 50.1 (фиг. 4), на выходе которого формируется импульс V,, (фиг. 5 и 6), который включает в блоке 2 реле 15 ячейки памяти, реализованной на элементах 16-18 (фиг. и происходит запоминание начальной величины напряжения U, на выходе

датчика 1, пропорционального величине 30 с,

YJ выходного параметра объекта (фиг. 7).

Отрицательный фронт импульса Vк, запускает в блоке 9 одновибратор 50.2 (фиг. 4), которьш форм1- рует интервал времени Т, определяемый динамическими характеристиками объекта, и устанавливается потенгщометром 47.1 (фиг, 4-6), За этот интервал времени выходной параметр объекта Y изменится от У, до Yj ) а соответствующее ему выходное напряжение свыхода дат-

ходе операп:ионного 35.1 (фиг. 3) будет присутствовать логическая 1, соответственно на входе R триггера 38.1 (фиг. 3) также будет присутствовать логическая 1, При отрицательном фронте импульса на входе С триггера 38,1 блока 4 сиг - нал на инверсном выходе Q (фиг. 6) изменится с 1 на О как и, соот- 40 ветственно, на устанввочном входе R триггера 41,1 блока 5, а сигнал на инверсном выходе Q триггера 41.1 изменится с О на 1, т.е. произойжительно и больше первого порога чувствительности 5, (фиг, 7), то на выходе усилителей 35,1-35.3 (фиг. 3) будет присутствовать логическая.

чика 1 - от и, до и2 (фиг, 7). Напряжение на выходе блока 2 изменится дет переключение направления шага в от О до и,- , , Так как оно поло- 45 сторону меньше. Теперь выходной

диаметр Y; будет в каждом цикле перемещаться вверх по статической характеристике первого канала объекта (фиг. 7) и uU, будет отрицательно Отрицательный фронт импульса ,д 0 (, 6) до тех пор, пока не станет запускает в блоке 9 одновибратор 53. 1, больше 8, - второго порога чувстви- на выходе которого фор.мируется импульс V р строба компараторов, коа О. После прохождения импульса сигнал на выходе Q триггера 38, 2 и на первом выходе олока 5 изменится также с l на О, триггер 41.1 в блоке 5 измепит свое состояние на противоположное, в данном случае в

тельности. Усилитель 35.2 (фиг, 3)

торыи, поступая с третьего выхода блока 9 на вторые входы блоков 4 и 7, производит перезапись триггеров 38 , 1, 38,2 и 39,1 (фиг, 3), Так как сигнал на входах D этих триггеров не изменился, то в блоке 6 переключения

V

55 стр

усилителя 22.2 (фиг. 2), формирующего импульс Т, длительность которого пропор11;ио})аль}1а напряжение нл вых()де усилителя 22.1 блока 2, т.е. Т. --- К/ , /.

. КоЭ ,;)1Ьицие)1т пропор:р1О1;альн1тсти К определяется пч стат1 чески х характеристик объек1а, исходя из условия сходимости процесса , и

устанавливается потенциометром 31 блока 3 (фиг. 2) .

Движение в сторону больше в каждом цикле будет происходить до тех пор, пока в одном из циклов ,

положительно, не станет меньше первого порога чувствительности S, (в данном случае на фиг. 6 и 7 LK - и 5, ) . Тогда в этом в момент формирования импульса строба

(фиг. 5 и 6) в блоке 4 на вы

оде операп:ионного 35.1 (фиг. 3) будет присутствовать логическая 1, соответственно на входе R триггера 38.1 (фиг. 3) также будет присутствовать логическая 1, При отрицательном фронте импульса на входе С триггера 38,1 блока 4 сиг - нал на инверсном выходе Q (фиг. 6) изменится с 1 на О как и, соот- ветственно, на устанввочном входе R триггера 41,1 блока 5, а сигнал на инверсном выходе Q триггера 41.1 изменится с О на 1, т.е. произойет переключение направления шага в сторону меньше. Теперь выходной

диаметр Y; будет в каждом цикле пе ремещаться вверх по статической характеристике первого канала объекта (фиг. 7) и uU, будет отрицательно (, 6) до тех пор, пока не станет больше 8, - второго порога чувстви-

тельности. Усилитель 35.2 (фиг, 3)

а О 38, 2 мени 41.1 на п

V

55 стр

сторону больше (на прямом его выходе 1, на инверсном - О).

Одновременно на входе Q триггера 41.2(фиг. 3) блока 6 переключения каналов управления сигнал изменится с 1 на О, и после отработки управляющего импульса Т, выходной параметр YI вернется в область оптимальных значений по первому каналу, от- рицательный фронт изменит состояние триггера 41.2 (фиг. 3) блока 6 переключения каналов управления, т.е на прямом выходе Q триггера 41,2 сигнал изменится с 1 на О. Так как шаг был в сторону больше, сигнал на выходе элемента И-НЕ 44.2 блока 6 также изменится с 1 на О и триггер 39.2 (фиг. 3) переключит поиск оптимального значения параметра YJ на второй канал (Q Qкг « 1 на фиг. 6) .

Рассмотрим работу устройства в случае, если статические характеристики объекта имеют экстремум (фиг, 9

Пусть при включении устройства выходной параметр объекта находится на правой стороне ветви статической характеристики. Первый шаг будет сделан в сторону больше, входной параметр первого канала изменится от X, до Xj, а выходной параметр изменится за время Т,, от Y, до У . В этом случае uU, будет отрицательн и больше S , что приведет к реверсу направления шага в сторону меньше (фиг. 8). Переключение каналов в этом случае не произойдет, так как при движении в сторону меньше в блоке 6 на первом входе элемента И-НЕ 44.1 будет логической О, и сигнал на его выходе не изменится при изменении сигнала на прямом выходе Q триггера 41.2 (фиг. 3) блока 6 переключения каналов управления. Устрой- ство теперь в каждом цикле будет обеспечивать движение в сторону меньше, так как при переходе через экстремум, где /дЦ; / S , , первый блок 4 сравнения только подтвердит направление поиска в сторону меньше (фиг. 8 и 9) . При переходе Y; на левую ветвь статической характеристики (фиг. 9) uU; станет отрицательным и, после того, как uU станет больше Oj , усилитель 35.2 второго блока 5 сравнения изменит свое состояние с 1 на О (фиг. 8), что приведет к реверсу направления поиска.

а в данном случае в сторону больше (фиг. 8), т.е. выходной параметр YJ вернется в область оптимальных величин, после чего произойдет переключение каналов управления.

Если в каком-либо цикле работы устройства приращение /fiU,/ превысит величину третьего порога срабатывани S, то сигнал на выходе Q,, (фиг. 3) триггера 39.1, на выходе блока 7 переключения на основной канал и, соответственно, на установочном вход S триггера 39.2 блока 6 переключени каналов управления изменится с 1 на О, сигнал на прямом выходе О ц, триггера 39.2 и на первом выходе блока 5 установится равным логической 1, и поиск оптимального значения выходного параметра будет производится по первому каналу - основному.

Использование предложенного устройства обеспечивает, по сравнению с известными, следуюш 1е преимущества: возможность применения оптимизатора для объектов, имеющих статические характеристики как с экстремумом, так и имеюш;ие вид монотонно-изменяющейся кривой; при возникновении возмущений оптимизатор переходит на поиск оптимального значения по основному каналу, и только после его достижения переходит на поиск по второму каналу, чем достигается более точное поддержание оптимального значения выходного параметра объекта при частых возмущениях по основному каналу.

Формула изобретения

Двухканальный шаговый оптимизатор содержащий блок питания, последовательно соединенные датчик оптимизируемого параметра, блок определения величины и знака приращения входного параметра оптимизатора, второй вход которого соединен с выходом командног блока, блок формирования управляющего импульса, второй вход которого соединен с вторым выходом командного блока и блок управления исполнительными механизмами, последовательно соединенные первый и второй блоки сравнения, вторые входы которых соединены с третьим выходом командного блока, а третьи входы соответственно с первым и вторым выходами блока определения величины и знака приращения входного параметра оптимизатора, и блок

7r.U

переключения каналов управления, нто- рой вход которого соедир1ен с входом командного блока и выходом блока формирования управляющего импульса, а первый и второй выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока управления исполнительными механизмами, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами второго блока сравнения, отличающийс я

8

тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и riopi инения точности оптимизатора, в него введен Олок переключения на основной кана.гт, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блок: определения величины и знака прирагде-г ния входного параметра оптимизатора

и вторым вхол,ом второго блока сравнения, а выход - с третьим входом блока переключения каналов управления.

Изобретение относится к адаптивным системам и предназначено для автоматического определения и поддержания оптимального режима работы объектов, обладающих большой инерционностью и транспортным запаздыванием, работающих при интенсивных возмущаницих воздействиях и имеющих статистические характеристики в виде монотонно изменяющейся кривой или со слабо выраженным экстремумом. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности поддержания оптимального значения выходного параметра объект тов. Двухканальный шаговый оптимизатор содержит датчик 1 оптимизируемого параметра, блок 2 определения вели- чины и знака приращения оптимизируемого параметра, блок 3 формирования управлякяцего импульса, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, блок 6 переключения каналов управления, блок 7 переключения на основной канал, блок 8 управления исполнительными механизмами, командный блок 9 и блок 10 питания. 9 ил. с (6 (Л со 4 СО со СО

я

(Jw./

431

нн

50 f

m

51

S2

502

51/

Ч9.г

НН

5J2

%гч

НН

U7.

/

.у-Лх)

yl

l/Z

X3 Xfl 7 X3 Фиг 7

X5 XV ЛЗ X/

Фиг.9

xz

.Xt

Редактор В, Данко

Составитель В. Башкиров

Техред А.Кравчук Корректор Л. Пнлипенко

Заказ 4821/48 Тираж 863Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

но делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4