УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ Советский патент 1968 года по МПК G05B13/02 

Известны устройства, обеспечивающие оптимизацию по ряду переменных, содержащие ключи, реле переключения, источники питания и интегрирующие цепи.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что для поддержания минимального значения интегральной оценки качества при ступенчатом управляющем воздействии и наличии помех в нем установлены реле выбора параметров настройки, подключенное к выходу интегрирующей цепи схемы выдержки времени шага исполнительного двигателя, и последовательно включенные дифференцирующая цепочка и задерживающая интегрирующая цепь, через ключ подсоединенная к источнику постоянного тока. Выход интегрирующей цепи через контакт реле выбора параметра настройки подсоединен к обмотке реле подключения источника переменного тока.

Так как в процессе работы системы регулирования параметры ее элементов претерпевают изменения и выбранные ранее характеристики корректирующих устройств уже перестают быть оптимальными, то в системе элементов коррекции выбираются один или два элемента, наиболее эффективно влияющие на характеристики системы регулирования и параметры которых можно регулировать. Такими элементами могут быть регулируемые сопротивления в прямой цепи или обратной связи или конденсаторы переменной емкости и т.п.

Регулирующие органы выбранных элементов соединяются с управляемыми двигателями. Сигнал ошибки системы регулирования передается в формирующее устройство, в котором формируется минимизируемая величина путем выпрямления сигнала ошибки или предварительного дифференцирования и выпрямления.

Выпрямленные значения сигнала ошибки или сумма выпрямленного значения сигнала ошибки и выпрямленного значения произвольной сигнала ошибки интегрируется за интервал времени с помощью двух пассивных интегрирующих цепочек, подключаемых поочередно. При этом результат интегрирования в конце каждого интервала времени фиксируется и каждое предыдущее интегральное значение минимизируемой величины сравнивается с каждым последующим значением.

Разности интегральных значений минимизируемой величины в двух смежных интервалах времени в виде импульсов тока (или напряжения) используются для управления двигателями, перемещающими регулирующий орган настраиваемых элементов.

При этом отрицательные импульсы тока (или напряжения), свидетельствующие об уменьшении минимизируемой величины, т.е. когда значение минимизируемой величины за предыдущий интервал времени оказывается больше ее значения за последующий интервал времени, подключают один из двигателей к источнику питания на время, пропорциональное величине импульса. Положительные импульсы тока (или напряжения), свидетельствующие об увеличении минимизируемой величины, т.е. когда значение минимизируемой величины за предыдущий интервал времени оказывается меньше ее значения за последующий интервал времени, помимо подключения двигателя к источнику питания осуществляют его реверс, а отсутствие импульсов (нулевые разности), свидетельствующие о том, что минимизируемая величина в двух смежных интервалах времени остается одинаковой, вызывает сигнал, переключающий источник питания с одного двигателя на другой (в случае двух настраиваемых элементов).

Такой характер управления двигателями обеспечивает отыскание значения параметров настраиваемых элементов, наилучшим образом удовлетворяющих выбранному критерию качества регулирования (экстремуму минимизируемой величины).

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема устройства.

Устройство содержит корректирующее устройство 1, регулятор 2, объект регулирования или его модель 3, источники 4 и 5 постоянного и переменного тока, пульс-пару 6 с элементами настройки, формирующие устройства 7 и 8, двухфазные асинхронные двигатели 9 и 10, редукторы 11 и 12, интегрирующую цепь 13 схемы выдержки времени шага исполнительного двигателя, дифференцирующую цепь 14, задерживающую интегрирующую цепь 15, реле Р₁ и Р₂ пульс-пары, реле Р₃ выбора параметра настройки, реле Р₄ подключения источника переменного тока, поляризованные реле Р₅-Р₈, тумблеры Т₁ и Т₂, переменные резисторы P₁-Р₈, конденсаторы C₁-С₁₃, контактные группы (контакты) К₁-К₁₄ реле, обмотки возбуждения ОВ₁ и ОВ₂ двигателей, обмотки управления ОУ₁-ОУ₄ - двигателей, диоды Д₁ и Д₂.

Устройство предназначено для технологической настройки характеристик корректирующих устройств с помощью изменения параметров двух элементов, например элементов схемы настройки интегродифференцирующего контура.

В этом устройстве формирование минимизируемой величины осуществляется путем выпрямления производной сигнала ошибки в блоке (формирующем устройстве) 7, представляющем собой дифференцирующую цепочку с выпрямительным мостом, и суммирования выпрямленного значения производной сигнала ошибки с выпрямленным значением сигнала ошибки, осуществляемым выпрямительным мостом (формирующим устройством) 8. Управление контактными группами К₁ и К₂, переключающими конденсаторы С₁ и С₂ интегрирующих цепочек, осуществляется пульс-парой, собранной на реле P₁ и Р₂ (контакт К₁₄ управляется реле Р₂, а контакт К₁₃ - реле P₁). Резисторы R₅ и R₆ вместе с конденсаторами С₁₂ и C₁₃ служат для настройки частоты колебаний пульс-пары. Тумблер Т₂ отключает цепь обмотки реле Р₂ и дает возможность управлять реле P₁ вручную с помощью тумблера Т₁.

Поляризованные реле P₅-Р₈ собраны по схеме одновибраторов с целью переключения контактов этих реле при подаче на их обмотки однополярных импульсов. Реле P₁ одновременно с переключением контактов К₁ и К₂ через контакты К₁₂ и К₁₁ подключает или отключает напряжение на вход настраиваемой системы регулирования и на вход дифференцирующей цепочки R₉C₁₀. Контакты К₈ поляризованного реле Р₈ используются для переключения обмоток возбуждения двигателей 9 и 10 к источнику питания. Двигатели 9 и 10 через редукторы 11 и 12 соединены с настраиваемыми элементами (резистором R₁ и резистором R₂).

Процесс настройки характеристик корректирующего устройства осуществляется следующим образом.

При подключении тумблеров Т₁ и Т₂ через контакт К₁₂ реле P₁ с резистора R₇ ко входу системы регулирования с настраиваемым контуром прикладывается напряжение в виде ступенчатой функции.

Сигнал ошибки ΔХ системы регулирования в формирующих устройствах 7 и 8 интегрирующих цепочках R₃C₁, R₄C₁ (или R₃C₂, R₄ С₂) образует на конденсаторах С₁ (или С₂) напряжения, пропорциональные минимизируемой величине. Контактными группами К₁ и К₂ реле P₁ конденсаторы C₁ и С₂ поочередно подключаются к цепи управления реле Р₃, состоящей из конденсатора С₃, обмотки реле Р₃ и обмоток поляризованных реле Р₅ и Р₆.

При отрицательном импульсе разности напряжений на конденсаторах C₁ и С₃ «срабатывает» реле Р₃ и подключает контактом К₃ одни из двигателей (в зависимости от положения контакта К₈ реле Р₈) к источнику 5 питания на время, пропорциональное величине амплитуды импульса (благодаря интегрирующей цепочке R₁₀C₄). При этом размыкается контакт К₁₀, разрывая цепь реле Р₄ и поляризованных реле Р₇, Р₈, и контакт К₉ замыкает обкладки конденсаторов C₁, С₃ (или С₂, С₃), причем снимается импульс напряжения в цепи управления двигателями. Подключенный двигатель перемещает подвижный контакт соответствующего резистора на один «шаг» в направлении, зависимом от положения контакта К₆ реле Р₆. Если импульс тока в цепи реле Р₃ положительный (что имеет место при возрастании минимизируемой величины), то происходит «срабатывание» поляризованных реле Р₅, Р₆ и реле Р₃. Поляризованное реле Р₅ переключает контактом К₅ обмотки реле Р₅ и Р₆, а реле Р₆ переключает управляющие обмотки двигателей (ОУ₁- ОУ₂, ОУ₃-ОУ₄), чем будет осуществлен реверс двигателей, и перемещение подвижного контакта соответствующего настраиваемого резистора осуществляется в противоположном направлении. Работа остальных элементов схемы аналогична описанной для предыдущего случая.

Если напряжения на конденсаторах C₁ (или С₂) и С₃ окажутся одинаковыми, что свидетельствует об экстремуме минимизируемой величины при изменении данного настраиваемого резистора, ток в цепи управления реле Р₃ будет отсутствовать, и контакт К₁₀ реле окажется замкнутым.

Импульс напряжения, образованный дифференцирующей цепочкой C₁₀R₉ и задержанный интегрирующей цепочкой R₁₁C₁₁, вызывает «срабатывание» реле Р₄ и «срабатывание» поляризованных реле Р₇ и Р₈. Реле Р₄ контактом К₄ подключает источник питания 5 к двигателям, а поляризованное реле Р₈ контактом переключает обмотки возбуждения OB₁ и ОВ₂ двигателей.

Реле P₇ контактом К₇ переключает обмотки реле Р₇ и Р₈. Второй двигатель, подключенный к источнику питания, осуществляет перемещение подвижного контакта второго настраиваемого резистора в «случайном» направлении, так как направление перемещения зависит от положения контакта К₆, а поскольку к данному моменту положение контакта К₆ определялось результатами настройки первого элемента, то при переключении настройки на второй элемент это положение является действительно случайным.

Перемещение подвижного контакта второго настраиваемого элемента в том или ином направлении вызывает изменение оптимизируемой величины, и процесс настройки возобновляется, но уже путем изменения параметров второго настраиваемого элемента. Когда минимизируемая величина при изменении параметров второго настраиваемого элемента снова достигнет частного экстремума, происходит переключение настройки на первый настраиваемый элемент и т.д. Если существует общий экстремум минимизируемой величины для двух настраиваемых элементов, то окончанием процесса настройки будет состояние переключения настраиваемых элементов через один, два «шага» настройки, т.е. колебания вблизи экстремума. Если общего экстремума минимизируемой величины при изменении параметров двух данных настраиваемых элементов не существует, то устанавливаются колебания величин параметров настраиваемых элементов между двумя частными экстремумами.

Устройство для автоматической оптимизации характеристик корректирующего устройства, содержащее источники постоянного и переменного тока, ключи, реле переключения, интегрирующие цепи и схему выдержки времени шага исполнительного двигателя, отличающееся тем, что, с целью поддержания минимального значения интегральной оценки качества при ступенчатом управляющем воздействии и наличии помех, в нем установлены реле выбора параметров настройки, подключенное к выходу интегрирующей цепи схемы выдержки времени шага исполнительного двигателя, и последовательно включенные дифференцирующая цепочка и задерживающая интегрирующая цепь, через ключ подсоединенная к источнику постоянного тока, и выход этой интегрирующей цепи через контакт реле выбора параметра настройки подсоединен к обмотке реле подключения источника переменного тока.