Устройство для контроля состояний сложных динамических систем Советский патент 1992 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в систе мах управления объектами с дискретным характером технологическрго цикла.

Для контроля сложных систем используется устройство,в котором выходные сигналы объекта контроля с помощью коммутатора последовательно под ключаются к блоку сравнения, где сравниваются с соответствующими постоянными уставками, хранящимися в блоке памяти.

Недостатком устройства является невозможность контроля динамики функционирования сложных систем.

Известно устройство контроля последовательности срабатывания логических схем, содержащее ряд блоков .для сравнения логических сигналов, счетчик. Устройство позволяет оптимизировать режим работы системы в каждой складывающейся ситуации.

Недостатком устройства является отсутствие средств компенсации нежелательных последствий переходных процессов, возникающих при изменении состояния контролируемой системы.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля динамики сложных.систем, содержащее первый и второй регистры, блок памяти, блок элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, первый и второй элементы ИЛИ, генератор тактовых импульсов и блок элементов И.

Недостатком .данного устройства является низкая достоверность контроля динамики функционирования систем, требуемая дискретность опроса которых соизмерима с длительностью переходных процессов, возникающих при смене состояний . При опросе датчиков в момент протекания переходного процесса устройство ошибочно фиксирует либо праGD.Ј

00 00

317

вилыный переход, либо неправильный еще до того, как установится новое состояние по отношению ,к исходному.

Целью изобретения является повышение достоверности контроля динамики функционирования сложных систем за счет блокировки работы устройства на время.протекания переходного процесса

Для достижения поставленной цели в устройство для контроля состояний сложных динамических систем, содержащее первый и второй регистры , группу элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, первый блок памяти эталонов, группу элементов И, генератор тактовых импульсов, первый и второй элементы ИЛИ, информационные входы первого регистра являются входами устройства для подключения выходов контролируемой системы, а выходы соединены с информационными входами второго регистра и первыми входами элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА группы, вторые входы которых связаны с выходами второго регистра и группой адресных вхо- ров первого блока памяти эталонов,а выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которой подключены к группе выходов первого блока памяти эталонов, а выходы - ко входам первого элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, дополнительно введены второй блок памяти эталонов, третий и четвертый элементы ИЛИ, первый, второй и третий элементы И, первый, второй элементы задержки, элемент НЕ и счетчик, установочные входы которого связаны с выходами второго блока памяти эталонов, счетный вход - с выходом четвертого элемента ИЛИ, вход управления параллельной

0

5

0

5

0

5

0

дами соответственно первого и второго регистров, а выход второго элемента задержки через элемент НЕ подключен ко второму входу второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, входы которого связаны с выходами элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА группы, адресные входы второго блока памяти.эталонов подключены к выходам второго регистра, выходом устройства является выход третьего элемента И.

Второй блок памяти эталонов хранит коды, каждый из которых соответствует длительности протекания переходного процесса, возникающего при смене одного из возможных состояний контролируемой системы. Счетчик отслеживает временные интервалы, соответствующие кодам, поступающим со второго блока памяти эталонов. На время работы счетчика, т.е. на время протекания переходного процесса, первый элемент И запрещает прохождение синхроимпульсов на второй регистр, а третий элемент И - сигнала блокировки на выход устройства. Таким образом, на втором регистре остается код состояния, предшествующего началу переходного процесса. Второй элемент И формирует сигнал разрешения параллельной загрузки кода из второго блока памяти эталонов в счетчик при начале переходного процесса. Третий элемент ИЛИ служит для установления факта несовпадения кодов состояний, хранящихся в первом и втором регистрах, т.е. факта начала переходного процесса. Четвертый элемент ИЛИ препятствует прохождению синхроимпульсов на счетный вход счетчика с момента окончания предыдущего переходного процесса до начала следующего. Первая схема

Изобретение относится.к области автоматики и может быть использовано в системах управления объектами с дискретным характером технологического цикла. Целью изобретения является повышение достоверности контроля динамики функционирования за счет блокировки работы устройства на время протекания переходного процесса. Поставленная цель достигается управлением в известное устройство второго блока памяти эталонов, счетчика, двух элементов ИЛИ, трех элементов И, двух схем задержки и элемента НЕ. 1 ил.

50

загрузкой - с выходом второго элемента.5 задержки предназначена для синхрони- И, а выход переполнения -, с первыми зации работы первого и второго ре- входами с первого по третий элементов И и четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со входами элементов задержки, вторыми входами первого и третьего элементов И и выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, третий вход которого связан с выходом первого элемента И, третий вход которого связан с вы ходом первого элемента ИЛИ, выходы первого элемента задержки и первого элемента И соединены с тактовыми вхо-

- 55

гистров путем компенсации задержки, вызываемой первым элементом И. Втора схема задержка и элемент НЕ компенсируют задержки, вызываемые блоком элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, третьим элементом ИЛИ и срабатыванием второго регистра.

На чертеже представлена схема уст ройства для контроля состояний сложных динамических систем.

Устройство содержит первый 1 и вто рой 2 регистры, первый 3 и второй блоки памяти эталонов, счетчик 5,

задержки предназначена для синхрони- зации работы первого и второго ре-

гистров путем компенсации задержки, вызываемой первым элементом И. Вторая схема задержка и элемент НЕ компенсируют задержки, вызываемые блоком элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, третьим элементом ИЛИ и срабатыванием второго регистра.

На чертеже представлена схема устройства для контроля состояний сложных динамических систем.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 регистры, первый 3 и второй блоки памяти эталонов, счетчик 5,

517161 83

7 СЛОЖЕНИЕ ПО МОгруппу 6 элементов ДУЛЮ ДВА, группу 8 элементов 9 И, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 элементы ИЛИ, первый 14, 5 второй 15 и третий 16 элементы И, элемент 17 НЕ, первую 18 и вторую 19 схемы задержки и генератор тактовых импульсов 20. Выходы регистра 1 соедит неныс группой входов 21 регистра 2 ю первыми входами элементов 7 группы 6; выходы которых соединены с входами - элемента 12 и первыми входами соответствующих элементов 9 группы 8, вторые входы которых соединены с выходами is блока 3 памяти эталонов, входы которого соединены с выходами регистра 2, входами блока 4 памяти эталонов и вторыми входами элементов 7 группы 6. Выходы блока 4 памяти эталонов динены с группой входов 22 счетчика 5, вход 23 которого соединен с выхо- : дом элемента 15, а вход 2k - с выходом элемента 13, вход 25 которого

отимых состояний. В нулевые ячейки блоков 3 и 4 загружаются соответстве но нулевой (все переходы допустимы) начальный (длительность переходного процесса равна 0) коды. Начальное со тояние, обоих регистров нулевое. В счетчик 5 загружен начальный код, обеспечивающий высокий потенциал на его выходе.

Устройство работает следующим образом. По срезу (перепад с высокого уровня на низкий) первого тактового импульса в регистр 1 запишется код текущего состояния, поступающий на группу входов 36 регистра с выходов контролируемой системы, а в регистр 2 - предыдущий код регистра 1, т.е. нулевой. В результате на выходе элемента 12 появится сигнал высокого уровня. Так как на выходе счетчика 5 в начальном состоянии присутствует высокий потенциал, то в промежутке между первым и вторым тактовыми им соединен с входом 26 элемента 16, с 25 пульсами (благодаря работе схемы завходом 27 элемента 14, с входом 28 элемента 15 и подключен к выходу счетчика 5. Выход элемента 12,соединен с входом 29 элемента 15, вход 30 ко--, торого связан с выходом элемента 17, 30 вход которого - с выходом схемы задержки 19, вход которой - с входом 31 элемента 13, с входом схемы задержки 18, с входом 32 элемента 16, с входом 33 элемента 14 и с выходом $5 элемента 11, вход которого - с выходом генератора тактовых импульсов 20. Выход схемы задержки 18 соединен с входом 35 регистра 1, группа выходов об которого является входом устрой- 40 ства для подключения выходов контролируемой системы. Выход элемента 14 соединен с входом 37 регистра 2.Выходы группы 8 связаны с входами элемента 10, выход которого - с входом. 45 38 элемента 16, выход которого соединен с входом 39 элемента 11 и является выходом устройства.

Настройка устройства на конкретную систему осуществляется загрузкой в 50 блоки 3 и 4 для каждого состояния системы переходного инварианта и коч да, характеризующего длительность протекания переходного процесса соответственно. Переходной инвариант пред- I ее ставляет собой двоичный вектор, со- держащий единицы в трех разрядах, содержимое которых в кодах состояний не меняется при переходе в любое из допудержки 19 и элемента 17) произойдет загрузка кода из ячейки с нулевым ад ресом блока 4 памяти эталонов в счет чик. При этом состояние счетчика не изменится. По срезу второго тактового импульса код состояния с регистра 1 перепишется на регистр 2, а в регистр 1 запишется код текущего состояния. На элементах 7 группы 6 произойдет поразрядное сравнение кодов, хранящихся в регистрах 1 и 2. В случае их совпадения на всех выходах элементов группы 6 будет нулевой потенциал и изменений в режиме работы устройства не произойдет. По следующему тактовому импульсу процесс повторится. Так будет продолжаться до тех пор, пока на регистрах 1 и 2 не окажутся различные коды, что будет соответствовать началу переходного процесса в контролируемой системе. В результате на выходе элемента 12 появится высокий потенциал, который совместно с высоким потенциалом на выходах счетчика и элемента 17 приводит к формированию сигнала на выходе элемента 15 в промежутке между тактовыми импульсами. этому сигналу из блока 4 в счетчик 5 загружается код, соответствующий находящемуся в регистре 2 коду состояния. По окончании, загрузки на выходе счетчика окажется нулевой потенциал, который разрешает прохождение синхроимпульотимых состояний. В нулевые ячейки блоков 3 и 4 загружаются соответствено нулевой (все переходы допустимы) начальный (длительность переходного процесса равна 0) коды. Начальное сотояние, обоих регистров нулевое. В счетчик 5 загружен начальный код, обеспечивающий высокий потенциал на его выходе.

Устройство работает следующим образом. По срезу (перепад с высокого уровня на низкий) первого тактового импульса в регистр 1 запишется код текущего состояния, поступающий на группу входов 36 регистра с выходов контролируемой системы, а в регистр 2 - предыдущий код регистра 1, т.е. нулевой. В результате на выходе элемента 12 появится сигнал высокого уровня. Так как на выходе счетчика 5 в начальном состоянии присутствует высокий потенциал, то в промежутке между первым и вторым тактовыми импульсами (благодаря работе схемы запульсами (благодаря работе схемы задержки 19 и элемента 17) произойдет загрузка кода из ячейки с нулевым адресом блока 4 памяти эталонов в счетчик. При этом состояние счетчика не изменится. По срезу второго тактового импульса код состояния с регистра 1 перепишется на регистр 2, а в регистр 1 запишется код текущего состояния. На элементах 7 группы 6 произойдет поразрядное сравнение кодов, хранящихся в регистрах 1 и 2. В случае их совпадения на всех выходах элементов группы 6 будет нулевой потенциал и изменений в режиме работы устройства не произойдет. По следующему тактовому импульсу процесс повторится. Так будет продолжаться до тех пор, пока на регистрах 1 и 2 не окажутся различные коды, что будет соответствовать началу переходного процесса в контролируемой системе. В результате на выходе элемента 12 появится высокий потенциал, который совместно с высоким потенциалом на выходах счетчика и элемента 17 приводит к формированию сигнала на выходе элемента 15 в промежутке между тактовыми импульсами. этому сигналу из блока 4 в счетчик 5 загружается код, соответствующий находящемуся в регистре 2 коду состояния. По окончании, загрузки на выходе счетчика окажется нулевой потенциал, который разрешает прохождение синхроимпуль

7171

сов на вход 2k счетчика 5 и запрещает прохождение сигналов через элементы 1 и 16. Таким образом, на время просекания переходного процесса в системе прекращается контроль за ее динамикой , а в регистре 2 запоминается код состояния, предшествовавшего началу переходного процесса. Защита от блокировки генератора тактовых импульсов 20 при загрузке кодов в счетчик 5.осуществляется за счет обратной связи с выхода элемента 11 на вход 32 элемента 16, что допускает блокировку генератора только во время так- тового импульса, в то время как загрузка кодов в счетчик происходит в промежутке между импульсами. По истечении времени, соответствующего коду, загруженному в счетчик 5, на его выходе появится сигнал с высоким уровнем. Данный сигнал появится во время полки тактового импульса (состояние регистров счетчика изменяется по фронту импульса), поэтому немедленной загрузки нового кода в счетчик 5 не произойдет. К этому времени последний из поступивших на регистр 1 код состояния сравнится с кодом, запомненным в регистре 2, а результат поступит на элементы 9 группы 8, где он будет проанализирован согласно соответствующему переходному инварианту. Если произошла недопустимая смена состояний, т.е. на выходе элемента 10 оказался высокий потенциал, то при появлении на выходе счетчика высокого потенциала произойдет блокировка прохождения синхроимпульсов через элемент 11, на выходе устройст- ва установится высокий потенциал. Анализ содержимого регистров позволяет определить характер неисправности, возникший в контролируемой системе Если состояние системы изменилось в соответствии с переходным инвариантом, то блокировки прохождения синхроимпульсов через элемент 11 не произойдет. По срезу тактового импульса (фронт которого установил высокий потенциал на выходе счетчика) в регистр 2 запишется код, характеризующи новое состояние системы, а в регистр 1 - код текущего состояния. Если к этому времени не начнется следующий переходный процесс, то коды на регистрах 1 и 2 окажутся одинаковыми, что приведет к пропаданию сигнала рассогласования на выходе элемента 12.

г

10

20

25

6483

J5 Q й 30

35

45

8

Благодаря схеме задержки 19 загрузка кода в счетчик 5 в этом .случае не произойдет. Дальнейшая работа устройства аналогична описанной.

Блоки 1-3, 6, 8, .1.0, 11 и 20 ярля- - ются элементами прототипа, причем их функциональное назначение, а также количество входов и выходов не изменяется. ,

Блоки и 12 аналогичны блокам 3 и 10, соответственно являющихся элементами- прототипа.

Блок 5 является счетчиком и может быть выполнен на базе интегральных микросхем, например, серии К155.

Элементы 12-17 являются известными элементами дискретной техники и могут быть выполнены на базе интегральных микросхем серии К155 или К555.

Схема задержки 18 может быть реализована на элементе И или ИЛИ, а схема задержки 19 на базе D-триг- гера.

Технико-экономическая эффективность представленного технического решения заключается в повышении достоверности контроля динамики функционирования сложных систем, а следовательно, качества процесса управления.

Реализация изобретения возможна на базе существующих элементов элек- ронной техники.

Формула изобретения

Устройство для контроля состояний сложных динамических систем, содержащее первый и второй регистры, группу Элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА, первый блок памяти эталонов, группу элементов И, генератор тактовых импульсов , первый

и второй элементы ИЛИ, причем информационные входы первого регистра являются входами устройства для подключения выходов контролируемой системы, а выходы соединены с информационными входами второго регистра и первыми входами элементов СЛО- 50 ЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА группы, вторые входы которых связаны с выходами второго регистра и группой адресных входов первого блока памяти эталонов, а выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов И группы, вторые входы которых подключены к группе выходов первого блока памяти эталонов, а выходы - к входам первого элемента ИЛИ, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым вхо;- дом второго элемента ИЛИ, от л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля динамики за счет блокировки работы устройства на время протекания переходного процесса, в него введены второй блок памяти эталонов, третий и четвертый элементы ИЛИ, первый, второй и третий JQ элементы И, первый и второй элементы задержки, элемент НЕ и счетчик, установочные входы которого связаны с выходами второго блока памяти эталовторыми входами первого и третьего элементов И и выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, третий вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ, выходы первого элемента задержки и первого элемента И соединены с тактовыми входами соответственно первого и второго регистров, а выход второго элемента задержки через элемент НЕ подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого соединен с вынов, счетный вход - с выходом четвер- j5 ходом третьего элемента ИЛИ, входы котого элемента ИЛИ, вход управления параллельной загрузкой - с выходом второго элемента И, а выход переполнения - с первыми входами с первого по третий элементов И и четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с входами элементов задержки,

20

торого связаны с выходами элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА группы, адресные входы второго блока памяти эталонов подключены к выходам второго регистра, выходом устройства является выход третьего элемента И.

вторыми входами первого и третьего элементов И и выходом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, третий вход которого связан с выходом первого элемента ИЛИ, выходы первого элемента задержки и первого элемента И соединены с тактовыми входами соответственно первого и второго регистров, а выход второго элемента задержки через элемент НЕ подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, входы ко

торого связаны с выходами элементов СЛОЖЕНИЕ ПО МОДУЛЮ ДВА группы, адресные входы второго блока памяти эталонов подключены к выходам второго регистра, выходом устройства является выход третьего элемента И.