РЕЛЕЙНОЕ САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО Советский патент 1969 года по МПК G05B13/02 

Данное предложение относится -к области систем автоматического управления.

Известны самонаст раивающиеся устройства, содержащие коордииатор со скаяи1рующим приводом и преобразователем излучения, схему сравнения и релейный регулятор основного контура, контур преобразователя информации с управляемым ограничителем порога чувствительности, через схему сравнения подключенным к преобразователю излучения, контур самонастройки, подключенный к выходу координатора с соединенными последовательно блоком формирования импульсов и логическим преобразователем, и контур кругового поиска.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в нем между контуром кругового поиска и упра вляемым -ограничигелем порога чувствительности включен управляемый генератор экспоненциальных импульсов, подключенный своим вторым входом к выходу координатора. На выходе логического преобразователя контура самонастройки )Становлен управляемый генератор синусоидального напряжения, подключенный своим вторым входом iK преобразователю 1излучения. Между схемой сравнения основного контура и релейным регулятором и релейным регулятором и сканирующим нриводом установлены соответственно усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий зажим которого подключен к выходу управляемого генератора синусоидального напряжения, и регулируемый фильтр, подсоединенный своим вторым входом к схеме дравнения управляемого ограничителя порога чувствительности и своим вторым выходом ко второму входу управляемого ограничителя порога чувствительности. Выход управляемого генератора экспоненциальных и.мнульсов подключен к

схеме сравнения основного контура.

Это обеспечивает согласование режимов поиска местонахождения источника теплового излучения и за ним с условиями обнаружения источника излучения и состояния основного контура управления координатором, сокращение времели поиска и попыщение точности слелсения.

На чертеже изображена .блок-схема самонастраивающегося устройства. Оно состоит

из основного контура I, -контура // преобразования информации, контура /// самонастройки, контура IV кругового поиска и двух схем V и V7 сравнения. В состав контура преобразователя информадии входят полупроводниковый фотоприемник или следящий лреобразователь / излучения, производящий обзор по всему полю поиска одновре.менно, управляемый ограничитель 2 порога чувствительности, устанавливающий наилучщий режим линеаризации нелинейного элемента основного контура, и управляемый генератор 3 экспоненциальных импульсов, с помощью которого изменяется зона нечувствителыностн и осуществляется управляемая линеаризация нелинейного регулятора.

Контур кругового поиска лредставляет собой программные логические блоки 4, 5, основиая задача которого - задать системе закон сканирования в момент поиска цели.

О1СНОВНОЙ KOflTyp системы включает в себя коо|рдинатор 6 источ1ни.ка инфракрасного излучения, сканирующий привод 7 и управляющее устройство. В свою очередь, управляющее устройство состоит из усилителя 8 с переменным регулируемым коэффициентом усиления, нелинейного релейного регулятора 9, с помощью .которого достигается управляемый автоколебательный режим основного контура, и регулируемого фильтра 10 обратной связи, определяющего верхнюю границу линеаризации нелинейного регулятора.

Контур самонастройки включает в себя все элементы основного контура, динамические характеристики которых могут .меняться по неизвестным законам, блок // формирования импульсов, логический преобразовагель 12 и управляемый генератор 13 синусоидального нанряжения, с помощью которого изменяется коэффициент усиления усилительного звена и выбирается оптимальная частотнофазовая характеристика основного контура.

Схема V сравнения относится к управляемому ограничителю порога чувствительности, а схема VI сравнения - к основному контуру.

Управляющее воздействие контура самонастройки снимается с выхода управляемого генератора 13 синусоидального нанряжения. Последний формирует это воздействие на основании анриорной и текущей информации о внешних и внутренних условиях работы системы, критерия самонастройки и критерия оптимальности. При отключенном контуре самонастройки основной «онтур и контур преобразования информации -могут работать, как обычная следящая система поиска, у которой локализация влияния внешней среды будет производиться только частично.

Основной контур проектируется так, чтобы в нем возникали устойчивые автоколебания в отсутствие управляющего воздействия с контура //. В свою очередь контур // проектируется так, чтобы он мог управлять зоной нечувствительности и поддерживать удовлетворительную частотно-управляемую линеаризацию нелинейного регулятора в зависимости от реакции системы и количества информации, поступающей от источника излучения.

Основной контур представляет собой нелинейную систему регулирования, .в структурную схему Которой входят усилительное звено с переменным коэффициентом усиления и нелинейный частотно-управляемый регулятор с фильтром. В таком контуре усилительным звеноам является магнитный усилитель, изменение коэффициента усиления которого достигается главным образом за счет изменения частоты управляемого источника питания. Последним является управляе1мый генератор 13 синусоидального напряжения. Управляемый генератор представляет собой устройство, управляемая частота на выходе которого зависит от длительности реакции системы и амплитуды информационного сигнала.

Одновременно с изменением коэффициента усиления в основном контуре производится и частотная линеаризация,нелинейного регулятора. Линеаризация последнего достигается за счет изменения формы импульса управляемого экспоненциального напряжения, снимаемого с выхода управляемого генератора 3 в виде управляющего воздействия. Такой метод линеаризации нелинейного элемента позволяет системе легко переключаться из одного режима работы на другой в зависимости от величины оценки влияния неизвестных параметров внешнего воздействия. Таким образом, настройка основного контура на оптимальные характеристики производится как управляющим

воздействием, так и возмущающим. Управляющее воздействие формируется контуром // для управления линеаризацией нелинейного регулятора и изменения его коэффициента усиления, с одной стороны, и контуром самонастройки для изменения коэффициента усиления усилителя и частотной характерстики системы в целом, с другой стороны.

Контур преобразования информации и основной контур регулирования представляют

собой самонастраивающуюся систему автоматического поиска. Такая система характеризуется двумя режимами работы.

Первый режим - автоколебательный. Он устанавливается в период сканирования или

в момент активного поиска, когда коэффициент усиления основного контура достигает максимума. В это время обратная связь в генераторе 3 ослаблена до минимума. Такая обратная связь поддерживает работу генератора на низкой частоте и нарушает основные физические условия частотно-управляемой линеаризации нелинейного регулятора.

Второй режим - регулярный. Он устанавливается в системе после завершения активного поиска, .когда коэффициент усиления основного контура достигает номинального значения. В свою очередь обратная связь в генераторе 5 усиливается до некоторого предела за счет активизации чувствительного элемента следящего преобразователя излучения в момент обнаружения цели и поддерживает работу генератора на том уровне, который удовлетворяет условиям частотно-управляемой линеаризации нелинейного регулятора.

Последний изменяет частотную характеристику основного контура и повышает его чувствительность к управляющему воздействию, поступающему из контура //. У такой системы частичная переработка информации о ноложеравляемым генератором 3, устанавливающим связь между информативным трактом и преобразующим трактом основного контура регулирования. Контур // преобразует частичную информацию об источнике излучения еще до поступления ее в основной контур регулирования. Это приводит к тому, что информация преобразуется в такую форму унравляющего сигнала, которая является наиболее удобной для самой системы поиска, и тем самым упрощает задачу линеаризации и управления основным контуром регулирования.

Контур // постр:оен так, что все Входные и выходные .каналы основного контура регулирования связаны через управляемый генератор 3 экспоненциальных импульсов. Это достигается С помощью обратных связей. Так, например, основной информативный канал, идущий от чувствительного фотоприемяика / и несущий информацию о поведении источника излучения и системы его поиска, непосредственно связан с управляемым генератором 3. Кроме того, носледний связывает информативный канал контура // и неремекную часть основного контура регулирования. Это позволяет контуру // изменить динамические и статические характеристики системы. Изменение последних осуществляется непосредственно управляемым генератором экспоненциального напряжения. Последний имеет две обратные связи, одна из которой связывает генератор и первичный преобразователь / информации и управляет тем параметром выходного импульса, который в процессе линеаризации изменяет эквивалентный комплексный коэффициент усиления нелинейного регулятора с зоной насыщения. Вторая обратная связь связывает генератор с выходом самой системы и изменяет показатель экспоненты импульса, управляющий в процессе линеаризации комплексным коэффициентом усиления нелинейного регулятора с зоной нечувствительности.

Для работы системы поиска на границе устойчивости или вблизи ее параметры управляемого фильтра 10 обратной связи выбираются такими, чтобы в момент обнаружения источника излучения в основном контуре регулирования возникали только автоколебания высокой частоты, являющиеся в этом контуре пробными сигналами, и чтобы эти сигналы возникали в зависимости от глубины обратной связи управляемого ограничителя, коэффициента усиления основного контура регулирования-и от объема и скорости потока информации, поступающей от воспринимаемого .источника излучения.

Контур // содержит управляемый ограничитель 2 порога чувствительности. Последний поддерживает удовлетворительную линеаризацию регулятора за :счет усиленной положительной обратной связи, установленной между выходом и входом управляемого ограничителя, с одной стороны, и за ,счет управляемой отрицательной обратной связи, установленной

между специальным входом ограничителя и специальным выходом управляемого фильтра 10, с другой стороны. Управляемый ограничитель порога чувствительности построен так, что в начальный момент, когда управляемый генератор активирующего контура не обеспечивает полной линеаризации нелинейного регулятора, он работает с преобладанием пололхительной обратной связи. В этом случае в активирующем контуре поддерживается высокая чувствительность преобразующего тракта управляемого генератора 3.

В момент, когда частотное воздействие и экспоненциальная форма напряжения активирующего контура обеспечивают удовлетворительную линеаризацию нелинейного блока, управляемый ограничитель порога чувствительности начинает работать с отрицательной обратной связью. Другими словами, если

частота линеаризации не превыщает некоторого порога, то частота на выходе генератора 5 увеличивается по мере увеличения входного воздействия, если же частота линеаризации достигает порогового значения, то частота и

экспоненциальная форма напряжения остаются неизменными до момента уменьшения входного воздействия или до момента организации пробных . В первом случае изменения экспоненциальной формы напряжения и частоты генератора достигаются как за счет увеличения входного воздействия, так и за счет усиления положительной обратной связи. Во втором случае постоянство ча:стогы и неизменность экспонеициальной формы напряжения на выходе генератора поддерживаются отрицательной обратной связью, которая начинает функционировать только с момента достижения заданной частоты линеаризации. Таким образом, комбинация депей положительной и отрицательной обратных связей поддерживает работу системы в режиме регулярного поиска на границе устойчивости или вблизи ее и ограничивает основной контур системы поиска от возможной зоны насыщения. Кроме того, отрицательная обратная связь контура // придает системе поиска новое свойство - салгоограничение. В этом случае контур // будет нечувствителен к больШИ1М изменениям параметров объекта и входным воздействиям, поступающим на вход следящего преобразователя 1 излучения.

Основным элементом контура // является экспоненциальный преобразователь, который представляет собой управляемый генератор 3

экспоненциальных импульсов, собранный на ферротранзисторных элементах по симметричной двухтактной схеме с управляемой обратной связью. Управляемый генератор работает так, что информационный сигнал постоянного тока преобразуется в экспоненциальные управляемые импульсы частоты и показатель экспоненты которых зависит от величины этого сигнала.

В контуре // имеется также полупроводннковый фртоприемник (следящий преобразователь излучения), героиз-водящий дискретнонепрерывиый обзор по всему полю возможлюго нахождения излучения одновременно. С номощью такого устройства осуществляегся обнаружение перемещения источника излучения н получение текущих координат положения источника по двум осям.

Во всех случаях контур // решает две задачи: задачу наилучшего приема и преобразования информации, поступаюшей -от вое-, принимаемого источника излучения, и задачу сведения сложных движений системы поиска к более простым. Удавлетворителвное решение первой задачи достигает1ся синхронизмом, устанавливающимся в период активного поиска между управляемым .генератором 3 и нелинейным регулятором 9. В атом случае сигнал, снимаемый с выхода чувствительного элемента приемника, является не только управляющим для основного .контура регулирования, но и информативным, содержащим информацию об изменении потока лучи:стой энергии и об изменении .параметров следящего преобразователя излучения. Импульсы, снимаемые с выхода генератора 3, подаются на вход основного контура в виде дискретно-непрерывного управляющего воздействия. С помощью последнего в основном контуре достигается частотно-управляемая ллнеаризация нелинейного регулятора, а в системе поиска появляется дополнительный переходной процесс, характеризующий поведение системы.

Рещение второй задачи производится дискретно-непрерывным методом и длится до тех пор, пока количество информации, поступающей от воспринимаемого источника излучения, не окажется достаточным для получения максимального сигнала на выходе следящего преобразователя излучения. В этот момент генератор 3 управляется максимальным сигналом и, следовательно, частота на его выходе достигает уровня линеаризации лелинейного регулятора. Техническая точность решения второй задачи зависит от чувствительности следящего преобразователя излучения и способа линеаризации нелинейного регулятора в момент активного поиска.

Контур III саамонастройки является анализатором переходных процессов, в структурной схеме которого находится управляемый по частоте генератор 13, генерирующий синусоидальное напряжение неизменной ам1плитуды. Такой генератор снабжен двумя обратными связями, одна из которых является дискретно-управляемой, а другая - непрерывно-управляемой. Первая обратная связь управляет работой генератора по показателю качества самонастройки, поскольку характер воздействия на генератор зависит от длительности и степени разнообразия реакции самой системы (это цепь 14). Вторая обратная связь управляет работой генератора по критерию воспроизведения внещнего воздействия и однозначно зависит от длительности ,и степени разнообразия внешнего воздействия (это цепь /6).

Основная задача контура самонастройки состоит в том, чтобы оценить влияние неизвестных параметров на рабочий режим системы и настроить основной контур на характеристики, близкие к оптимальным. Для данной схемы такая оценка устанавливается на основании информации о коэффициенте затухания и длительности и степени разнообразия внешнего воздействия.

Контур /// следует рассматривать, как два взаимосвязанных контура. Первый контур устанавливает приближен1ную оценку влияния неизвестных параметров на основе анализа реакции са-мой системы, второй-на основе

анализа виешного воздействия.

Установленные оценки сравниваются в схеме управляемого генератора 13 показателя качества. Последний в зависимости от оценки влияния неизвестных параметров изменяет

коэффициент усиления и частотную характеристику усилителя 8 основного контура. Изменение основных характеристик системы поиска достигается за счет ослабления или усиления общей обратной связи в схеме генератора. Глубина этой связи зависит от величины влияния неизвестных параметров и режима наведения на источник излучения или его пои1ска. Генератор построен так, что в момент усиления обратной связи по цепи 14 управляемая связь по цепи 15 ослабляется.

Кроме того, когда коэффициент усиления основного контура достигает номинального значения за счет ослабления обратной связи в

контуре самонастройки и за счет усиления ее по цепи 15, информативная обратная связь 16 по достижении гранич)ной устойчивости системы мгновенно изменяет глубину обратной связи генератора 13 и, следовательно, изменяет коэффициент усиления основного контура до тех пор, пока система не достигнет устойчивого колебательного движения около некоторого состояния рав)новесия. В этом случае система автоматического поиска решает

задачу чувствительности. Таким образом, наличие информативной обратной связи 16 в контуре самонастройки позволяет решить задачи устойчивости и чувствительности.

Основная задача контура воспроизведения

входного воздействия заключается в том, чтобы на основе анализа входного воздействия расширить рабочий диапазон .контура самонастройки и произвести периодический контроль .системы поиска раздельно по чувствительности и устойчивости.

В рассматриваемом устройстве анализ производится с помощью генератора 3 контура поиска IV и генератора 13 показателя качества контура самонастройки и воспроизведения.

Анализ проводится следующим образом. Пусть реакция на выходе системы поиска контура IV равна нулю или некоторой постоянной величине. В это время обратная связь

уровне, на каком находится обратная связь генератора 3 контура //. Это оз-начает, что частотная характеристика преобразующего Т|ракта и его коэффициент усиления однозначно зависит от амплитуды внешнего воздействия. В общем случае, частотная характеристика усилительного звена 8 с переменным коэффициентом усиления является удовлетворительной для усиления управляющего воздействия активирующего контура, частота которого зависит от амплитуды внешнего воздействия. В свою очередь коэффициент усиления основного контура увеличит устойчивость системы и уменьшит порог чувствительноеги к влиянию неизвестных .параметров. В это время система поиска может иметь два состояния. Одно состояние характеризуется целенаправленным поведением, примером которого является состояние равновесия системы с некоторым запасом устойчивости. Второе состояние характеризуется целенаправленным поведением, примером которого является невозмущенное движение системы около некоторого состояния равновесия. Несоответствие между первым состоянием системы и вторым объясняется тем, что управляемая линеаризация нелинейного регулятора и коэффициент усиления основного контура находятся в прямой зависимости от амплитуды входного воздействия. Изменение коэффициента усиления и управление частотной линеаризацией осуществляется с помощью генераторов 13 п 3 соответственно, у которых сигналы входа преобразуются в импульсы с постоянной амплитудой, частота следования которых зависит от изменения амплитуды внешного воздействия. Это позволяет системе в зависимости от разнообразия внешнего воздействия автоматически изменять чувствительность преобразующего тракта в зависимости от режима поис- . ка цели. Кроме того, одновременная работа двух управляемых генераторов от одного входного воздействия позволяет системе эффективно работать с переменным коэффициентом усиления, управлять зоной нечувствительности и получить удовлетворительную частотную линеаризацию нелинейного регулятора непосредственно Б режиме регулярного поиска. В таком режиме система становится линеаризкрованной с малым коэффициентом усиления. Если воспринимаемый источник излучения или система поиска не меняет своего состояния равновесия, то в контуре самонастройки автоматически включается информативная обратная связь. Последняя с помощью управляемого генератора 13 изменяет коэффициент усиления и частотную характеристику основного контура так, что система переходит на кратковременный режим поиска, имея при этом повышенную чувствительность. Это делается для того, чтобы во всех случаях система поиска соблюдала закономерное нзменение следящих движений, участвующих в оценке поведения движения воспринимаемого источника. Последующее разделение н рещение проблемы устойчивости и чувствительности осуществляется аналогично первому и повторяется каждый раз носле достижения системой поиска состояния равновесия с некоторым запасом устойчивости.

Предмет изобретения

Релейное самонастраивающееся устройсгВО,. содержащее координатор со сканирующим приводом и преобразователем излучения, схему сравнения и релейный регулятор основного контура, контур преобразователя информацип с управляемым ограничителем порога чувствительности, через схему сравнения подключенным к преобразователю излучения, контур самонастройки, подключенный к выходу координатора с соединенными последовательно блоком формирования импульсов и логическим преобразователем, н контур кругового поиска, отличающееся тем, что, с целью согласования режимов поиска местонахождения .источника теплового излучения и

слежения за ним с условиями обнаружения источника излучения и состояния основного контура управления координатором, сокращения времени поиска и повышения точности слежения, в нем между контуром кругового

поиска и управляемым ограничителем порога чувствительности включен управляемый генератор экспоненциальных импульсов, подключенный своим вторым .входом к выходу координатора; на выходе логического преобразователя контура самонастройки установлен управляемый генератор синусоидального напряжения, подключенный своим вторым входом к преобразователю излучения, а между схемой сравнения основного контура и релейным регулятором и релейным регулятором и сканирующим приводом установлены соответственно усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий зажим которого подключен к выходу управляемого генератора

синусо 1дального напряжения, и регулируемый фильтр, подсоединенный своим - вторым входом к схеме сравнения управляемого ограничителя порога чувствительности и своим вгорым выходом-ко второму входу управляемого

ограничителя порога чувствительности, причем выход управляемого генератора экспоненциальных импульсов подключен к схеме сравнения основного контура. fJomof UHcfsop ai uLj