МНОГОКАНАЛЬНЫЙ НЕПРЕРЫВНОШАГОВЫЙ ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР Советский патент 1973 года по МПК G05B13/02 

1

Известные многоканальные непрерывно-шаговые регуляторы содержат последовательно соединенные блок непрерывного поиска и коррекции и исполнительные устройства.

Предложенный экстремальный регулятор отличается от известного тем, что в нем дополнительно установлены блок переключения структуры и последовательно соединенные блок шагового поиска и блок перемены воздействия, каждый выход которого соединен с соответствующим исполнительным устройством, а вход - с одним из выходов блока переключения структуры, другой выход которого соединен с одним из входов блока шагового поиска, а вход - с выходом блока непрерывного поиска и коррекции, вход которого соединен с входом блока шагового поиска.

Это позволяет повысить быстродействие устройства и точность обнаружения экстремума.

На фиг. I показана блок-схема предложенного регулятора, где / - коммутатор, // - исполнительное устройство, ///-блок непрерывного поиска и коррекции, IV - блок шагового поиска, V - блок переключения структуры, VI - блок перемены воздействий; на фиг. 2 - принципиальная схема регулятора.

Регулятор работает следующим образом.

Из исходного положения, когда блок VI закрыт, с блока непрерывного поиска - коррекции /// на исполнительные устройства // подается сигнал. Исполнительные устройства // включаются все одновременно и изменяют регулирующие воздействия.

Чтобы избежать процедуры пробных шагов, в данном регуляторе используется память человека, который, зная ориентировочно местоположение экстремума (что при длительной эксплуатации данного регулятора не составляет большого труда), задает регулятору скорости изменения регулирующих воздействий или время отработки исполнительных устройств //. В общем случае регулятор ведет объект «мимо истинного экстремума, но все же попадает в некоторую, не слищком удаленную

область, где достаточно эффективным является уже метод поочередного изменения регулирующих воздействий. Поэтому при подходе к частному экстремуму (в плоскости траектории движения) или после однократного его прохода регулятор переключается на более медленный, но простой метод поочередного изменения регулирующих воздействий.

Кроме метода изменения регулирующих воздействий, в многомерных экстремальных регуляторах имеется способ (принцип) определения нуля градиента функции, т. е. точки или области истинного многомерного экстремума. В предложенном регуляторе для увеличения быстродействия и устойчивости поиска применен комбинированный принцип непрерывного

поиска с запоминанием экстремума и шагового ноиска. Шаговый поиск - основной, а непрерывный - корректирующий.

Блок непрерывного поиска отличается от известных тем, что он является неполным.

Поскольку задачей непрерывного блока является не поиск экстремума, а поиск наиболее близкой точки переключения системы на шаговый поиск, то логический элемент не требуется.

Блок непрерывного поиска /// состоит (см. фиг. 2) из электронного усилителя 1, вспомогательного однофазного электродвигателя 2, делителя 3 напряжений, индуктивности 4 и сопротивлений о и 6 смеш,ения. Датчик 7 регулируемой величины и исполнительные устройства являются общими как для блока ///, так и для блока IV.

Производится автоматический поиск экстремума функции многих переменных.

Блок шагового поиска состоит из трансформатора 8, выпрямительного моста 9, электронной лампы 10, работающей в режиме катодного повторителя, замыкающих контактов 11 и 12, запоминающих устройств 13 и 14, выполненных на конденсаторах постоянной емкости, замыкающих контактов 15, 16, электронной лампы 17, работающей в режиме усиления напряжения, поляризованного реле 18, замыкающего контакта 19, шагового искателя 20, тумблеров 21, 22, поляризованных реле 23, 24, электромагнитных реле 25, 26, 27, замыкающих контактов 28, 29, 30, тумблеров 31, 32, двигателя постоянного тока 33, коммутатора цепей (командного генератора), механически связанного с контактами 11, 12, 15, 16, 19, 28, 29, 30 и др.

Кроме того, имеются гнезда V7/i-У//2, Vllli - V7//2, для присоединений исполнительных устройств, силовые трансформаторы 34, 35, 36, реле времени 37, пускатели 38.

Дополнительный блок состоит из поляризованных реле 39, 40, 41 и электромагнитных реле 42, 43, 44, 45.

Регулятор работает следующим образом.

Из исходного положения после включения пускателя 38 и прогрева электронного усилителя на выходе последнего появляется сигнал начального рассогласования определенной полярности такой, что ток протекает по обмотке выходного реле 46. Размыкающий контакт 46 этого реле разрывает цепь реле 25, коммутирующего цепи блока щагового поиска, а замыкающие контакты 462, 46з, 46, 46 включают в действие соответственно двигатель 2 €ледящего устройства, выполняющего также роль динамического запоминающего устройства, исполнительного устройства, подключенного к гнездам F///I - V///2, Xi и IX.

Исполнительные устройства изменяют по любому линейному интегральному закону регулирующие воздействия объекта.

Регулируемая величина изменяется в связи с изменениями регулирующих воздействий, и поэтому напряжение на выходной обмотке

датчика 7 изменяется во времени по экстремальному закону.

При поиске максимума напряжение, снимаемое со вторичной обмотки датчика 7, сначала увеличивается, затем уменьшается после прохода точки экстремума. В этом случае скользящий контакт делителя 3 напряжений в исходном положении находится справа от средней точки, а по мере увеличения регулируемой

величины двигается к средней точке.

При поиске минимума в исходном положении скользящий контакт делителя 3 напряжений находится в средней точке, а по мере уменьшения регулируемой величины двигается

вправо.

Все дальнейшее описание ведется для случая максимума.

Начальное рассогласование с увеличением регулируемой величины несколько увеличивается, и на первичной обмотке входного трансформатора 47 усилителя / поддерживается напряжение рассогласования определенной фазы. Контакт 46z включен, и двигатель 2 поворачивает ротор и механически связанные с ним скользящие контакты делителя 3 напряжения и переменного сопротивления 5. Последнее изменяет амплитуду опорного напряження обратно пропорционально расстоянию точки экстремума от начала координат.

Так как система двигатель 2 - делитель 3 напряжения играет роль запоминающего устройства, а скорость отработки двигателя 2 постоянна, то для более точного слежения и запоминания регулируемой величины, кроме

переменного сопротивления 5, в цепь опорного напряжения включено переменное сопротивление 6, которое изменяет величину опорного напряжения прямо пропорционально регулируемой величине.

Сопротивления 5 и 6 используются также для самонастройки шагового блока. Индуктивность 4 служит для согласования фаз опорного напряжения и напряжения, снимаемого с делителя 5 напряжения.

Двигатель 2 вращается до тех пор, пока рассогласование, снимаемое с подвижного контакта делителя В напряжения, поменяет фазу, что происходит после прохода точки экстремума. В этом случае на выходе усилителя 1 меняется полярность, реле 46 обесточивается и включается реле 45.

Контакт 47i замыкается и включает обмотку реле 25. Контакт 45i, включаясь, реверсирует двигатель 2, а контакты 452 и 45з реверсируют

исполнительные устройства.

Размыкающие контакты 25i и 25z реле 25 отключают делитель 3 напряжения от блока непрерывного поиска, а контакт 25з останавливает двигатель 2. Замыкающие контакты

24,и 25rj, 25ъ и 25i включают в действие блок шагового поиска IV.

Двигатель 33, получая питание с выхода XI усилителя 1 через усилитель мощности (на чертеже не показан), вращается с постоянной

скоростью, зависящей по величине от положения скользящего контакта делителя напряжения 3. Последнее зависит от положения точки экстремума по высоте и относительно регулирующих воздействий. Следовательно, режимы работы двигателя 33 и блока шагового поиска находятся в соответствующей зависимости от местоположения экстремума, за счет чего осуществляется самонастройка регулятора на оптимальный режим щагового поиска.

Двигатель 33 совместно с контактами 11, 12, 15, 16, 19, 28, 29, 30 является коммутирующим устройством, регламентирующим работу экстремального регулятора при щаговом поиске.

Контакт 46 при щаговом поиске разомкнут, поэтому исполнительные устройства включаются поочередно.

Очередность изменения регулирующих воздействий и число циклов определяются работой шагового искателя 20, обмотка 20 которого получает питание при замыкании контакта 29. Подвижный контакт 20 при замыкании контакта 29 перемещается на одну ступень и замыкает очередной неподвижный контакт.

Переключением тумблеров 21, 22 можно менять количество шагов (циклов), совершаемых по каждому регулирующему воздействию. Можно также устанавливать эти тумблеры в такое положение, когда регулирующие воздействия изменяются одновременно.

Количество регулирующих воздействий может быть любым.

Шаговый поиск по каждому регулирующему воздействию осуществляется следующим образом.

При замыкании контакта 11 включается первое запоминающее устройство, выполненное на конденсаторе 13, и запоминается напряжение, пропорциональное интегралу от регулируемой величины. Далее замыкается контакт 30 и одно из исполнительных устройств, которое в данный момент оказывается подключенным контактом 20z шагового искателя 20 к входному напряжению, изменит соответствующее регулирующее воздействие на величину одного щага. Последняя зависит от режима работы двигателя 33, а также может настраиваться путем изменения расстояния между кулачками коммутирующего устройства.

Направление изменения регулирующего воздействия зависит от положения контакта 24 поляризованного дублирующего реле 24. Если положение контакта 24i соответствует фиг. 2, то под током находится электромагнитное реле 26. Контакты 26 и замкнуты, и регулирующее воздействие изменяется в сторону увеличения.

Если положение контакта 24 изменится, то ток потечет по обмотке реле 27, замкнутся его контакты 27i и 2/2 и регулирующее воздействие будет уменьшаться.

Далее замыкается контакт 12 и потенциал, пропорциональный интегралу от нового значения регулируемой величины, отложится на обкладках конденсатора 14 второго запоминающего устройства.

Замыканием контакта 19 осуществляется сравнение предыдущего и последующего значений указанных интегралов,

При приближении к эстремуму первый из указанных интегралов будет меньще второго, и потенциал точки б будет выше потенциала точки а. Выходное напряжение правого триода лампы 17 окажется выше напряжения выхода ее левого триода. Уравнительный ток при замыкании контакта 19 потечет по правой обмотке поляризованного реле 18. Направление уравнительного тока будет таким, что контакт

/Si останется в неизменном положении. Тогда положение контакта 23 реле 23 при замыкании контакта 28 командного генератора также остается неизменным.

При удалении от экстремума потенциал точки а будет выше потенциала точки б. Выходное напряжение левого триода лампы 17 будет выше, чем у правого триода. При замыкании контакта 19 по правой обмотке реле 18 потечет ток, направление которого будет противоположно рассмотренному выше случаю. Контакт 18i реле 18 поменяет свое положение. В связи с этим, замыкание контакта 28 будет сопровождаться подачей тока на левые обмотки реле 23 и 24, тогда как при приближении к

экстремуму в действии находились их правые обмотки.

Контакт 24 переместится в противоположное положение и замкнет обмотки реле 27, что при замыкании контакта 30 приводит к

уменьшению величины регулирующего воздействия.

Поскольку после удаления от экстремума реверс исполнительных устройств приводит к новому приближению к экстремуму, то в последующих тактах шагового поиска последующее значение регулируемой величины будет выше предыдущего. Потенциал точки б будет снова выше потенцеал а точки, а. По цепи реле 19 при замыкании контакта 19 потечет ток,

направление которого соответствует положительному рассогласованию, что соответствует положению контакта /Si, показанному на фиг. 2. Контакт /Si в рассматриваемом случае находится в ином положении, так как к данному моменту положение контакта 25i реле 23 поменялось на противоположное, а поэтому ток потечет по ленсй обмотке реле 18. Исполнительное устройство не реверсируется и регулятор обеспечивает приближение к экстремуму.

Реле 18 и 23, разделенные во времени срабатывания контактами 19 и 28, выполняют, таким образом, роль логического элемента. Далее циклы повторяются и регулятор обеспечивает автоколебания вокруг точки экстремума. Если экстремум постоянно смещается, то регулятор совершает постоянный его поиск. При медленных смещениях экстремума регулятор может выключаться на время, в течение которого экстремум находится в пределах

допустимой области изменения, например, составляющей не более 5% от номинального значения регулируемой величины.

После отработки определенного количества шагов по одному из регулирующих воздействий, регулятор переключается на поиск экстремума по очередному регулирующему воздействию.

В положении тумблеров 21 и 22, показанном на фиг. 2, регулятор будет делать по каждому регулирующему воздействию шесть циклов. Переключением тумблеров 21 и 22 вниз можно обеспечить три цикла.

Количество шагов по каждому регулирующему воздействию устанавливается оператором заранее или изменяется в процессе поиска, поскольку сходимость (устойчивость) поиска при разном количестве циклов может быть различной в зависимости от вида статической характеристики. В частности, переключением количества шагов можно иногда обеспечить сходимость поиска к главному (глобальному) экстремуму, если статическая характеристика объекта обладает несколькими экстремумами.

Возврат регулятора в исходное положение осуществляется кнопкой управления 48. Замыкающие контакты этой кнопки (на чертеже не показаны) щунтируют контакты 452, 45з, 46з, обеспечивая возврат исполнительных устройств в исходное положение. Одновременно размыкается контакт 57i обмотки реле времени 37. Последнее размыкает свой контакт 57, который дает выдержку времени при замыкании.

Эта выдержка дает возможность вначале поиска осуществить коммутацию блока непрерывного поиска и исключить влияние блока шагового поиска.

Размыкающий контакт 87i механически связан с кнопкой 49.

Отпусканием последней обеспечивается новый запуск регулятора из исходного положения в рабочее. При этом описанный выше процесс комбинированного непрерывношагового поиска по комбинированному методу повторяется.

В регуляторе предусмотрена возможность установки только непрерывного или только шагового поиска.

Если разомкнуть тумблер 31, то шаговый блок не сможет включиться и регулятор будет совершать только непрерывный поиск с запоминанием экстремума. Для этого служат некоторые дополнительные элементы: реле 39, 40, 41, 42, 44 и 45 и тумблер 49. Реле 39 и 40, разделенные во времени контактами 42i и 42z реле 42, выполняют роль логического элемента, определяющего положение объекта относительно экстремума. Доблирующее реле 41 своим контактом 4/1 управляет электромагнитными реле 43 и 44, а последние управляют исполнительными устройствами по схеме коммутации, аналогичной изображенной на фиг. 2. Дополнительные элементы могут отсутствовать.

поскольку комбинированный поиск в большинстве случаев является более эффективным.

При замыкании тумблеров 31 и 32 реле времени 37 не оказывает влияния на цепь реле 26 и последнее сразу после включения регулятора оказывается под напряжением. В этом случае включается только шаговый поиск, не требующий дополнительных элементов.

Перекрестным включением тумблеров 21 и

22 можно обеспечить спуск (подъем) системы в априорном направлении. После первого реверса один из указанных тумблеров переводится в положение поочередного поиска.

Регулятор снабжен блоком формирования

искусственного экстремума, выполняющим одновременно роль устройства, улучшающего динамику шагового поиска. Упомянутый блок состоит из тумблера 50, переменного резистора 51 и замыкающих контактов 26з и 27з реле

26 и 27 соответственно.

Если тумблер 50 замкнут, то блок формирования отключен и регулятор работает описанным выще образом. При размыкании тумблера 50 в цепи второго запоминающего устройства оказывается резистор 51 и контакты 26з и 27з.

Когда система двигается к экстремуму слева направо по статической характеристике, в работе находится реле 26 и его контакт 26з

замкнут. Сопротивление 51 изменяет постоянную времени интегрирующей цепочки второго запоминающего устройства. Изменяя сопротивление 51, можно, например, увеличивать постоянную времени интегрирования и за счет

этого искусственно уменьшать запоминаемое напряжение, откладывающееся на конденсаторе второго запоминающего устройства, и регулятор совершит реверс исполнительного устройства в точках статической характеристики,

в которых производные еще не обратились в нуль и не поменяли знака.

При движении системы справа налево по статической характеристике под током находится реле 27 и его замыкающий контакт 27з

обеспечивает подачу напряжения, минуя сопротивление 51.

За счет блока формирования искусственного экстремума регулятор способен работать с объектами, не имеющими в некоторых случаях

явного экстремума.

Кроме того, небольшие по величине формирующие поправки приводят к уменьшению амплитуды рыскания, так как реверсы исполнительных устройств происходят при меньших

отклонениях регулятора от точки экстремума.

В этом случае сопротивление 51 остается

постоянно включенным с помощью тумблера

52. Тумблеры 50 и 53 должны быть при этом

выключены.

Предмет изобретения

Многоканальный непрерывношаговый экстремальньгй регулятор, содержащий последовательно соединенные блок непрерывного поиска

и коррекции и исполнительные устройства, вход блока непрерывного поиска и коррекции соединен с выходом объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности обнаружения экстремума, в нем дополнительно установлены блок переключения структуры и последовательно соединенные блок шагового поиска и блок перемены воздействий, каждый выход которого соединен с соответствующим исполнительным устройством, а вход - с одним из выходов блока переключения структуры, другой выход которого соединен с одним из входов блока шагового поиска, а вход - с выходом блока непрерывного поиска и коррекции, вход которого соединен с входом блока шагового поиска.

иг. /