Устройство для прогнозирования состояния систем управления Советский патент 1978 года по МПК G05B23/02 

1

Изобретение относится к технике автоматического унравления и найдет применение при синтезе стохастических, в частности, прогнозирующих систем управления производственными и технологическими процессами.

Известны автоматические устройства с применением передающих телевизионных датчиков (ТД) и приемных электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) - телевизионно-вычислительная автоматика, используемая для быстрого и точного контроля разнообразных производственных и технологических процессов 1.

Эти устройства предназначены для решения детерминированных задач и не могут быть использованы в стохастических системах управления, в частности, для прогнозирования состояний системы управлепия.

Известно устройство для снятия раснределения вероятностей 2, которое содержит две осциллографические ЭЛТ, оптическую маскущирму и предназначено для исследований закономерностей стохастических процессов. Этим устройством также невозможно прогнозировать состояния системы управления.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для прогнозирования состояния систем управления, содержащее электронно-лучевую трубку, соединенную с первым генератором напряжения горизонтальной развертки, и телевизионный датчик, между экранами которых установлены оптическая система и маска, генератор случайных импульсов и второй генератор напряжения горизонтальной развертки, соединенный с замыкающим ключом 3.

Это устройство обеспечивает возможность выполнения актов прогнозирования величины x(V) по величине выходного сигнала у в момент времени прогнозирования или считывания прогнозируемой величины tc4 и условной функции (x/y), записанной в запоминающем устройстве - оптической маске, где х и у-текущие координаты точки М (л;, г/) элемента оптической маски, или координаты соответствующего элемента экрана ЭЛТ; V - величина напряження горизонтального отклонения электронного луча ЭЛТ.

Процесс прогнозирования сводится к выводу на выход устройства в случайные моменты времени напряжения горизонтального отклонения луча ЭЛТ (пли абсциссы луча) x(V), перемещаемого в горизонтальном направлении со скоростью, определяемой в функции величины оптического коэффициента пропускания элемента оптической маски, реализуемое с помощью проекции луча на экране ЭЛТ, оптпческой системы, фотодатчика и управляемого генератора напряжения горизонтального отклонения луча.

Устройство реализует акты прогнозирования только иа основе текзщей информации y(t), поступающей в момент времени прогнозирования /04- Ограничение количества информации, используемой для выполнения деистВИЙ прогнозирования, ограничивает возможность повышения точности результата прогнозирования и приводит к невысокой точности устройства.

Целью настоящего изобретения является повыщение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены источник напряжения смещения, генератор тактовых импульсов и три размыкающих ключа, управляющие входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, сигнальный вход первого размыкающего ключа соединен с выходом генератора случайных импульсов и управляющим входом замыкающего ключа, сигнальный вход второго размыкающего ключа - с выходом телевизионного датчика и входом второго генератора напряжения горизонтальной развертки, а сигнальный вход третьего размыкающего ключа - с модулирующим электродом электронно-лучевой трубки и с источником напряжения смещения.

На чертеже представлена блок-схема устройства для прогнозирования состояний системы управления.

Устройство содержит генератор тактовых импульсов 1, первый размыкающий ключ 2, генератор случайных импульсов 3, замыкающий ключ 4, телевизионный датчик (ТД) 5, управляемый генератор напряжения горизонтальной (строчной) развертки луча 6, второй размыкающий ключ 7, оптическую систему 8, оптическую маску 9, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 10; экраны ТД5и ЭЛТ 10 обращены друг к другу и параллельны между собой, генератор напряжения горизонтальной развертки луча 11, третий размыкающий ключ 12, источник напряжения смещения 13, источник регулируемого напряжения 14.

Во времени функционирование устройства разделено на чередующиеся между собой циклы записи информации, реализуемые в интервалы времени между началом и окончанием тактовых импульсов, генерируемых генератором 1, и циклы прогнозирования, протекающие в промежутки времени между тактовыми импульсами.

В циклы записи информации, под действием тактовых импульсов, управляемые ключи 1, 7, 12 находятся в разомкнутом положении. Импульсы от генератора случайно распределенных во времени импульсов 6 не воздействуют на управляющий вход ключа 4, выход устройства отключен от генератора напряжения горизонтальной (строчной) развертки ТД и прогнозирование не выполняется. Цепь на участке между управляющим входом генератора 6 и входом видеосигнала ТД 5 разомкнута, видеосигнал не оказывает воздействия на скорость горизонтальной развертки электронного луча ТД 5. Цепь на участке между источником напряжения 13 и модулирующим электродом ЭЛТ 10 разомкнута, отрицательное смещение отключено от последнего, электронный луч отперт и его проекция в функции величин напряжения генерируемого генератором 11 и входного сигнала перемещается по экрану ЭЛТ 10, оставляя след на его люминофоре, обладающего свойством длительного послесвечения.

В цикле прогнозирования ключи 2, 7 и 12 находятся в замкнутом положении. Под действием отрицательного смещения, приложенного к модулирующему электроду ЭЛТ 10, от источника напряжения 13, электронный луч заперт. Цепь между выходом видеосигнала ТД 5 и управляющим входом генератора 6 замкнута, и скорость горизонтальной развертки электронного луча ТД определяется в функции -величины видеосигнала. Цод действием импульсов, генерируемых генератором 3, ключ 4 замыкается и, соединяя выход устройства с выходом генератора 6, реализует акты прогнозирования. С помощью оптической системы 8, выполненной из цилиндрических линз, все элементы экрана ЭЛТ с координатами Xi, УР, проектируются через соответствующие им элементы оптической маски на элемент экрана с координатами Хг, у-р (где , 2.... л - горизонтальная нумерация элементов экранов ТД 5, ЭЛТ 10 и онтической маски), г/р - фиксированная ордината рабочей строки ТД 5. Под элементом оптической маски, соответствующим элементу экрана ЭЛТ 10 с координатами Xi, ур, подразумевается элемент маски, через который элемент экрана ЭЛТ 10 с координатами Хг, r/j проектируется на элемент экрана ТД 5 с координатами Хг, УР (где , 2... т - вертикальная нумерация элементов экрана и оптической маски).

Величина освещенности Е(Хг, ур, tc) элемента экрана ТД с координатами Xi, ур в момент времени tc4 считывания информации с этого элемента определяется суммой величин светимости R(Xi, yj) каждого из элементов экрана ЭЛТ 10 с абсциссой Xi, умноженной на оптический коэффициент пропускания т:(х1, yj) соответствующего элемента маски

т

E(XI, Ур, t) (Xi, yj)-(xi, yj),

где коэффициент пропорциональности - к.

С другой стороны имеют место следующие равенства:

/ (г, У/) /Сд ср , - (yj), а, Ь т (xi, у) К. f (Xi, yj)

Е (Xi, Ур, /еч) - 2 , - О (У;), а, Ь X / 1

Xf(xt, yj),

где К, KR, /Ст - соответственные коэффициенты пропорциональности;

t(yj) - момент времени поступления на вход устройства сигнала у;

а тл b - константы люминофора экрана ЭЛТ 10;

Ф - закон гашения интенсивности послесвечения люминофора экрана ЭЛТ 10.

Величина видеосигнала J(Xi, у-р, 1сч) пропорциональна величине

(A-J, ур, 4ч; I (Xt, Ур, 4ч) KyE(Xi, Ур, 4ч)Таким образом, величина видеосигнала при считывании лучом ТД элемента экрана с координатами Xi, УР, а следовательно, горизонтальная составляющая скорости луча ТД при считывании этого элемента и вероятность R(Xi, 4ч) совпадения момента времени считывания этого элемента с импульсом случайно распределенной во времени последовательности, поступающей от генератора 3, т. е. вероятность вывода в качестве прогнозирующей величины напряжения горизонтального отклонения луча ТД, под действием которой абсцисса проекции луча на экране равна Xi, определяется в функции всей информации, запомненной на экране ЭЛТ 10 и на соответствующих элементах оптической маски 9, причем чем длительнее интервал между моментом времени считывания информации (прогнозирования) 4ч и момеитом времени записи этой информации t(yj), тем меньще ее влияние на результат прогнозирования.

Скорость уменьшения во времени влияния записанной на экране ЭЛТ поступивщей информации определяется скоростью уменьшения светимости возбужденного люминофора экрана ЭЛТ.

В результате увеличения количества информации, на основе которой выполняется операция прогнозирования, возрастает и точность прогнозирования,

В связи с тем, что для выполнения процесса прогнозирования используются элементы одной строки ТД, то с целью увеличения срока его службы, устройство снабжено механизмом изменения расположения осевой линии трубки ТД относительно осевой линии ЭЛТ, а с помощью регулируемого источника напряжения 14 устанавливают вертикальное отклонение луча так, чтобы считывать рабочую строку ТД, на которую проектируют экран ЭЛТ.

Применение предлагаемого устройства позволит использовать статистическую динамику объекта управления для увеличения информированности системы при формировании

управляющих воздействий. Например, на основе выполненных исследований установлено, что при формировании аглошихты из щихтовых компонентов, опробование которых длится 3 часа и производится через интервалы

времени в 3 часа, применение предложенного устройства позволит снизить среднюю квадратичную ошибку определения химических элементов и их соединений в аглощихте на 25-40%.

Формула изобретения

Устройство для прогнозирования состояния систем управления, содержащее электроннолучевую трубку, соединенную с первым генератором напряжения горизонтальной развертки, и телевизионный датчик, между экранами

которых установлены оптическая система и маска, геиератор случайных импульсов и второй генератор напряжения горизонтальной развертки, соединенный с замыкающим ключом, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности устройства, оно содержит источник напряжения смещения, генератор тактовых импульсов и три размыкающих ключа, управляющие входы которых подключены к выходу генератора тактовых импульсов, сигнальный вход первого размыкающего ключа соединен с выходом генератора случайных импульсов и управляющим входом замыкающего ключа, сигнальный выход второго размыкающего ключа - с выходом телевизионного датчика и входом второго генератора напряжения горизонтальной развертки, а сигнальный выход третьего размыкающего ключа - с модулирующим электродом электронно-лучевой трубки и источником напряжения смещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Полоник В. С. Телевизионные автоматические устройства, М., «Связь, 1974.

2.Патент ГДР, кл. G 01D 9/00, № 66027, 1966.

3.Авторское свидетельство СССР № 487303, кл. G 01D 9/00, 1974.

&SJf.

Btf/Л.