УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОНА УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Советский патент 1969 года по МПК G06F17/00 

Предложенное изобретение относится к вычислительной технике и автоматическому регулированию и предназначено для определения закона управляющего воздействия.

Известно устройство для определения закона управляющего воздействия, определяющее первую разность от отклонения, содержащий регистры, блок управления, дещифратор, триггеры и логические схемы.

Предложенное устройство для упрощения и повыщения надежности и быстродействия отличается от известных тем, что в нем входная шина через ячейку «И, соединенную с блоком команд, подключена к блокам умножения на постоянные коэффициенты, выходы которых непосредственно и через линию задержки связаны с ячейками разрещения вычитания, запрещающей и выделения несоответствия знаков, выход одного из блоков умножения на постоянные коэффициенты соединен со входом запоминающего регистра, входы триггеров которого соединены с блоком команд и выходы которого посредством блока передачи информации подсоединенного к блоку команд, подключены ко входаг триггеров вычитающего регистра, счетный вход первого триггера которого подсоединен к ячейке «ИЛИ, связанной с выходами ячейки «И управления досчетом, ячейки «И разрешения вычитания и с блоком команд; триггер запоминания знака, входы которого соединены с входными щинами знака, подктючеппыми кроме того, к дешифратору и к ячейкам «И установки вы.ходного триггера знака, через блок передачи информации соединен с промежуточным триггером знака, соединенным с дешифратором, выход которого через ячейку «НЕ соединен с ячейками выделения несоответствия знаков и непосредственно с запирающей ячейкой «И, с ячейкой «И разрещения вычитания и ячейкой «П изменения знака; выходы триггера переполнения, подключенного к вычитающему регистру и к блоку команд, соединены с ячейкой «И разрещения досчета и с запрещающей ячейкой «И, выход ячейки «И разрешения досчета, связанной также с блоком команд, подключен к ячейке «И управления досчетом и к ячейке «И изменения знака, подключенной к счетному входу выходного триггера знака, раздельные входы которого соединены с соответствующими ячейками «И установки выходного триггера знака, соединенными с блоком команд; входы ячеек «И выделения несоответствия знаков, запрещающей и управления досчетом через ячейку «ИЛИ подключены к выходной шине устройства.

Предложенное устройство благодаря выбранному алгоритму вычисления и логической системе значительно упрощает вычислительные операции и уменьшает время вычисления. (Входная и выходная величины представлены в нем в число-нмнульсном коде). Кроме того, данный цифровой дифференциатор реализует функцию W(p) /((тр+1), т. е. учитывает пропорциональную составляющую, что очень важно при построении цифровых регуляторов. Подобная функция может быть реализована на вычислительных машинах, однако такая реализация во миогих случаях нерациональна из-за их сложности и относительно низкой наделсности.

На фиг. 1 ириведена структурная схема частотно-цифровой системы регулирования; на фиг. 2 - схема предложенного устройства; на фиг. 3 - график изменения входной величины, производной от нее и суммарного значения производной и входной величины.

В «структурной схеме частотно-цифровой системы регулирования закон уиравляюшего воздействия вычисляется соответствуюш,им устройством. В этой системе задание устанавливается частотным задатчиком 1 и подается на вход схемы 2 сравнения, на второй вход которой поступает частотный сигнал от измерительного преобразователя 5 а в последнем величина регулируемого параметра объекта 4 измеряегся и преобразуется в частоту. Схема сравнения циклически в дискретные моменты времени определяет разность входных частот, преобразуя ее величину X в число-импульсный код. В устройстве 5 по отклонению величины X вычисляется закон управляющего воздействия, поступающий на вход цифро-аналогового преобразователя 6 также в число-импульсном коде. Выходной сигнал нреобразователя воздействует на иснолнительный механизм 7, изменяющий состояние объекта. При использовании интегрирующего исполнительного механизма общий закон управляющего воздействия такой системы будет пропорционально-интегральным. Чтобы в такой системе регулирования получить пропорционально-интегральный закон управляющего воздействия при использовании пропорциональных исполнительных механизмов, в системе должен быть применен цифро-аналоговый преобразователь накапливающего типа.

Преимущества системы регулирования, содержащей устройство для определения закона управляющего воздействия, у которого входная и выходная величины представлены число-импульсным кодом, заключаются в возможности унификации вычислительно части системы, хорощем согласовании с исполнительными механизмами различного тина (шаговыми, непрерывными, позиционерами) и с центральной вычислительной машиной н повышения надежности всей системы (так как информация к исполнительному механизму передается в виде приращения, а не в виде полного значения величины).

Схема предложенного устройства (см. фиг. 2) состоит из двух блоков умножения на постоянные коэффициенты (БУК и БУКч),

линии задержки ЛЗ, триггеров Tj, Га и Тд (со ответственно заноминания зиака, промежуточного знака и выходного знака), триггера переполнения Т„, вычитающего регистра Р, логических ячеек Я) - Иу типа «И и ячеек ЯЛЯь ЯЛЯа, ИЛИ-) типа «ИЛИ, дещифратора соответствия ДШС, управляющего работой ячеек Яз - Яг,, запоминающего регистра PI, связанного с Р- блоком передачи информации БПИ, ячейки «ПЕ, блока команд БК,.

Функции ячеек раснределены следующим образом: И - запрещающая; И. - выделения несоответствия знаков; Яз - разрещения вычитания; Hj, - управления досчетом; Н -

изменения знака; Яо - разрешения досчета; Ит, HS - установки выходного триггера знака; Яо - входная.

Устройство работает циклически в два такта - рабочий и нромежуточный.

Вычисление закона управляющего воздействия происходит в рабочий такт по командам: KI - «установка в ноль, Ks - «передача информации. К:) - «сброс запоминающего регистра, Ki - «измерение, К-, - команда-

«досчет, вырабатываемым блоком команд БК. в строго определенной последовательности.

Цифровой дифференциатор вычисляет суммарную величину первой разности и пропорциональной составляющей посредством логической системы, реализующей уравнение:

F(t) +а., -а.-.Х(п -

}Т -f а, - - J(n- 1) а, + ,

где Х(пТ)-значения входной величины в дискретные моменты времени, Т, 2Т, ЗТ, . . ., пТ;

йь а-2 -- постоянные коэффициенты; Г -время цикла; Т Гграб+/„ром

(Гтраб -- рабочая часть цикла.

промежуточная).

пром

В начале каждого /г-20-го цикла триггер Т

командой /(i устанавливается в исходное состояние. Та подает разрешающий потенциал на логические ячейки Яз, Яв и снимает сигнал с ячейки И. В заноминающем регистре PI хранится число, равное значению входной величины X, умноженной в предыдущем цикле на постоянный коэффициент «2, т. е. (п- 1)7. Это число командой переписывается через блок передачи информации БПИ в регистр Яо обратпым кодом. По этой же команде информация о знаке величины Х(п- 1)7, хранящаяся в триггере запоминания знака Г,, переносится в промежуточный триггер знака Га, выходы которого подключены к ДШС.

Командой /(з триггеры регистра PI устанавливаются в нулевое состояние, и в регистр Р-2 по счетному входу через ячейку ИЛИ вносится импульс, преобразующий переданную в него ранее командой К-2 обратным кодом велиПо команде K входная величина х{пТ, представленная число-импульсным кодом, умножается в блоках 5У/(1 и БУК-2 на коэффициенты «1 и а-. Выходные имнульсы блоков БУК. и БУК- суммируются на входной ячейке ЯЛЯь причем составляющая сдвигается относительно а. при помощи линии задержки ЛЗ во избежание одновременного появления импульсов на ячейке ИЛИ. Импульсы с блока BHKz составляющая записываются также в регистр PI и это число хранится в нем до начала следующего п 4- цикла.

Инфорл1ация о знаке текущего значения величины поступает на входные щины триггера Гь на ячейки Ит, И и на ДШС, который в случае совпадения знаков входной величины за предыдущий гг- и текущий п-ъш циклы подает разрещение на ячейки Я;,, И и через ячейку «НЕ запирает ячейку Яз. За время действия команды /(4 количество импульсов, прощедшее через ячейку ИЛИ, будет равно величине /а)Х пТ}/4-/a- XlnT}/. Выходные импульсы ячейки ИЛИ через один из входов ячейки Яз, на остальных входах которой присутствуют разрещающие сигналы от Т„ и ДШС, и через ИЛИ заносятся по счетному входу в PI.

Если общее количество импульсов, прошедщее через ячейку ИЛИ за время действия команды /Ci, больще количества импульсов (п - )Т}, прошедщих за предыдущий цикл, т. е.

+ /а, а,Х(п - 1)Г,

регистр Яо переполнится (когда сумма поступивщих в него импульсов составит число а2Х(п-1)П) и опрокинет триггер Т„. Этот триггер снимет разрещающий потенциал с ячеек Из, Яв и подаст его на Я С этого момента импульсы с ячейки ИЛИ поступают непосредственно на выход через И, ЯЛЯ,. Знак поступающей на выход величины

+а Х{пТ} - (

соответствует знаку входной величины, определяемолгу состоянием выходного триггера Гд знака. Этот триггер устанавливается в соответствующее состояние по команде К через ячейки И--1, Яз.

В момент действия команды /Cj состояние схемы не изменится, так как ячейки Яо, Я4 закрыты. В том случае, когда

/а, + /а,Х{пТ}/ /а,Х(п - 1),

и знаки входной величины за предыдущий и последующий циклы также совпадают, регистр PZ не переполнится. Тогда по команде /Cs, подающей разрешение на ячейку Яо, триггер Т перебросится (через Яб) в противоположное состояние, а импульсы частоты досчета через Я, ИЛИ начнут поступать на выход, а через ИЛИ-2 - в регистр Ра- При переполнении Р2 триггер Гц перебросится и закроет ячейку Яв, которая снимет разрещение с И. .Следовательно, за время действия команд /(4 и Ка на выход поступит количество импульсов, пропорциональное величине

+ /а, + МХ(п - 1),

..„

имеющей знак, противополол ныи знаку величины .

Если в «-Л1 цикле знак изменится на противоположный по сравненню со знаком

Х(п- 1)7, ДШС запирает ячейку Яз, И, а ячейка И-2 оказывается открытой. В этом случае входная величина /aiX nT /- -/а-2Х пТ / полностью проходпт на выход 6 через Яа, а триггер Тп остается в исходиом состоянии.

Команда Kt подает разрещающий сигнал на один из входов ячейки Я4 через Яв, на втором входе которой присутствует разрешающий потенциал от Гп.

Импульсы частоты досчета через И поступают на вход 6 и одновремеппо в регистр Ро через ИЛИ-2. В момент переполнения P-z триггер 7п переходит в противоположное состояние, закрывая Н. Про.кождение импульсов досчета через Я4 прекращается. Количество

импульсов, прошедшее на выход преобразователя 6 за время действия команды К, равно а.,Х (п-1)7. Таким образом, при данном сочетании знаков на выход устройства поступает количество импульсов, пропорциональное величине:

/а,, + /а-2Х(п--). Знак этой величине онределяется знаком величины п-то цикла.

Показать, что выходная величина в таком

устройстве действительно является суммой первой разности и пропорцпональной составляющей, можно следующим образом, используя принции суперпозиции.

Paзopвe цепь прохождения входных импульсов через БУК.2. Тогда эти импульсы при любом знаке входного сигнала пройдут непосредственно на выход преобразователя 6 через , ЯЛЯх, Я1/Я2/, ЯЛЯз, поскольку регистр Ра при образовании дополнительного

кода переполнится и переведет триггер Т„ в единичное состояние. Так как в регистр PI импульсы не поступают, то при передаче нулевой информации от него в регистр Ра все триггеры последнего установятся в единичное состояние,

а при образовании дополнительного кода по команде Л.-, регистр Р-2 переполнится. Триггер Т„ подает разрен1аюн1,ий потенциал на ячейку Я и снимает с ячеек Яз, Я. Знак выходной величингз соответствует знаку входной.

Теперь проследим образование первой разности, используя график (см. фиг. 3), при разорванной цепи прохождения входных импульсов через БУК, где кривая / - входная величина; кривая // - производная, умноженпая на постоянный коэффициент (первая разность); кривая /// - суммарное значение первой разности и входной величины. Выделим на графике характерные интервалы образования первой разности (ti - /2, k- t, t - 4,

В интервалах ti - /о, ts - 4

а,/Х пТ / а-2/Х(п-1),

а в интервалах tz-ts,

а,/Х пТ} I а-2/Х (« - 1) Г /. Характерным является также момент перехода входной величины через нулевое значение. Для первых интервалов количества импуль- ю сов величины а-2Х(п-1)Г будет достаточно для переполнения регистра Р-2, после переполнения па выходе его появляются импульсы разности. Знак производной определяется знаком входной величины. Для вторых интервалов импульсовтекущего значения а-2/Х пТ / недостаточно для переполнения Р- и, чтобы выделить разпость Ai,, хранящуюся в регистре, необходимо дополнить его до переполнения импульсами частоты до- 20 счета. Знак производной противоположен знаку входной величины. В схеме (см. фиг. 2) установка знака прослен ивается следующим образом. По окончании команды К 1 находится в нулевом состоянии и на ячейках Яд, Яв 25 имеется разрешающий потенциал. Команда /Сй переводит в противоположное состояние по счетному входу через //в, И. Одновременно открывается ячейка И, и импульсы досчета поступают на выход преобразователя и ЗО счетиый выход PZ- В момент переполнения регистра Р-2 триггер Т„ снимает разрешающий потенциал с //в. и поступление на выход импульсов прекращается. Количество прошедших на выход импульсов пропорционально At, . В случае нерехода через ноль первая разность Л/., равна сумме величин а-2/Х(п - - 1) а-у1Х пТ /, а знак ее определяется знаком текущей величины . Триггеры Т, TZ знаков находятся в несоответствии, на 40 выходе ДШС отсутствует сигнал, ячейка Из закрыта, а Яа - открыта. Все входные импульсы uzXlnT поступают на выход через БУ/СО, ИЛИ-i, И-2, ЯЛЯд. Так как PZ не переполнился, то по команде /Со импульсы досчета 45 дополняют его и одновременно поступают на выход. Триггер Т-,, знака пе перебросится в противоположное состояние, так как ячейка , закрыта (нет сигнала с Д/ЯС). В момент переполнения Р-у триггер Т за- 50 крывает ячейку И, и поступление импульсов на выход прекращается. Количество импульсов, прошедших па выход за время действия команды /С-„ равно а-2Х(п-1)7, а общее количество - за 55 такт AI . При одновременном прохождении входных импульсов по цепям БУК.) и БУК-2 выходная величина равна сумме первой разности и про. порциональной составляющей.

В случае применения устройства в многоканальных регуляторах регистр PI заменяется запоминающим устройством.

Предмет изобретения 15 35 60 Устройство для определения закона управляющего воздействия в системе автоматического регулирования, содержащее регистры, дешифратор, блоки умножения на постоянные коэффициенты, блок команд, триггеры и логические ячейки, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности и быстродействия, в нем входная шипа через ячейку «И, соединенную с блоком команд, подключена к блокам умножения на постоянные коэффициенты, выходы которых непосредственно и через линию задержки связаны с ячейками «И разрещения вычитания, запрещающей и выделения несоответствия знаков, выход одного из блоков умножения на постоянные коэффициенты соединен со входом запоминающего регистра, входы триггеров которого соединены с блоком команд и выходы которого посредством блока передачи информации, подсоединенного к блоку команд, нодключены ко входам триггеров вычитающего регистра, счетный вход первого триггера которого подсоединен к ячейке «ИЛИ, связанной с выходами ячейки «И управления досчетом, ячейки «И разрешения вычитания и с блоком команд; триггер запоминания знака, входы которого соединены с входными щинами знака, подключенными, кроме того, к дешифратору и к ячейкам «И установки выходного триггера знака, также через блок нередачи информации соединен с промежуточным триггером знака, соединенным с дешифратором, выход которого через ячейку «НЕ соединен с ячейками выделения несоответствия знаков и непосредственно с запирающей ячейкой «И, с ячейкой «И разрешения вычитания и ячейкой «И изменения знака; выходы триггера переполнения, подключенного к вычитающему регистру и к блоку команд, соедипены с ячейкой «И разрешения досчета и с запрещающей ячейкой «И, выход ячейки «И разрешения досчета, связанной также с блоком команд, подключен к ячейке «И управления досчетом и к ячейке «И изменения знака, подключеппой к счетному входу выходного триггера знака, раздельные входы которого соединены с соответствующими ячейками «И установки выходного триггера знака, соединенными с блоком команд; входы ячеек «И выделения несоответствия знаков, запрещающей и управления досчетом через ячейку «ИЛИ подключены к выходной щине устройства. ..

f.

Н 5

.п

5 - « 7 i 1Llj LJ

г

Bbixod

иг.2