Система экстремального регулирования Советский патент 1979 года по МПК G05B13/00 

(54) СИСТЕМА ЭКСТРЕМАЛЬНОГО: РЕГУЛИРОВАНИЯ

, . 1 .

Изобретение относится к самойастраиваю1цимся системам автоматического регулирования и может быть использовано для оптимизации работы различных технологических систем, имеющих экстремальные статистические характеристики при одном управляющем воздействии .

Известны устройства подобного назначения, в которых управляющее воздействие на объект оптимизации выдается в зависимости от разности текущих значений пойазателя экст1 емума. Точность определения положения экстремума в таких системах , определяется периодсм регулирования 1 .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является экстремальный шаговый регулятор, содержащий датчик экстремума, выход которого соединен с первыми входами двух компараторов, выход первого компаратора соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход второго компаратора соединен с входом ре- версиввогс элемента, выход ,го соединен с входом исполните1й|,но|го механизма f 2} , Однако в этом регуляторе формируется множество уровней квантования с пострянньп шагом. Создание множества каантованных уровней должно отвечать требованию высокой стабильности для обеспечения з анной точности, что существенно усложняет практическую реализацию поставленной згшачи.

0

Целью изобретения является повышение точности выхода на экстремум, это достигается тем, что в предлагаемую систему экстремального регулирования дополнительно введены

5 ЦКфроаналоговый преобразователь, источник смещения и счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И, а выходы - с Входами цифроаналохчэвого преобразователя,

0 выход которого соединен со вторым входом первого компаратора и через источник смещения со втоцжлм входом второго компаратора.

На фиг. 1 приведена функциональ5 ная схема опиеялваемой системы экстремального регулирования; на фиг.2 диаграммы, поясняющие ее работу,

Система содержит датчик 1 экстремума, компараторы 2 и 3, элемент

0 И 4, генератор 5 импульсов, счетчик ... б Импульсов, цифроанрюговый преоб разователь 7, реверсивный элемейт 8, йсполнительньай механизм 9 и объект 10 регулирования. На фиг. 2 приняты следую1Цие обоз начения: , . ; Vjti/a и Va6ft-3 - выходные характеристики компараторов;V«sw - выходная ха рактеристика реверсивного элемента E(v#- напряжение источника смещения,- Vj - напряжение на выходе ццфроаналогового преобразователя; Va - напряжение на входе компара-тора 3. . - . ;сущность изобретения заключается в том, что введение счетчика импуль сов, цифроаналоговрго преобразовате ля и источника смещения позволяет создать в системедва плавающих уровня напряжения, огфеделяющих с высокой точностью положениерабочей точки на экстремальной харак теристи ке. .:,.- ; - Систетна экстремальногЬ регулирования работает следующим образом. Рассмотрим работу системы с моМента, когда дврИчный счетчик б импульсов находится в состоянии, усло но принятом за нулевое. С датчика 1 экстремума снимается сигнал , соответствующий положёнию рабочей ТОЧКИ на склоне Экстремальной характеристики объекта регулирования В таком состоянии на выходе компараторов 2 и 3 устанавливается высокий уровень напряжения, разрешаю щий проход импульсов с генератора 5 через элемент И 4 в двоичный счетчик б, который рсуществляет подсчет импу Ль сов .- -;. Двоичный код счетчика б поступае на входы цифроаналогового преобразователя 7, выходное напряжение которого прямо пропорционально коду двоичного счетчика, т.е; и&«г t{p) , (); где Р - двоинный код счетчика. 2 (2) Езпг напряжение эталонного исто ника; п - число разрядов счетчика; k - число импульсов, записанно в счетчике. . - - ;,ч,„ , .- Из выражения (2) следует, что выходное напряжение изменяется дис .кретно, т.е. ступеньками. Вели чина ступенькиравна л и - ji Esw. (3) Обозначим выходное напряжение цифроаналогового преобразователя через Ui . Напряжение на инвертирующем вхо де компаратора 3 меньше выходного напряжения цифроаналогового преобразователя на величину напряжения смещения Ecu/, т.е.. U,-Er.Ui, ,,lj.. где1/а,- напряжёййё на входе компаратора 3.

673982 При этом необходимо, чТобы напряжение смещения было больше или рав- ., но величине напряжения ступеньки Таким образом создаются два плавающих уровня напряжения К Ц 27Г fjm ;(5 ) .,рг эт-Ес« . (б) Напряжения /И Иг. отличаются друг от друга на величину напряжения смещения. Изменение параметров цифроаналогового преобразователя не влияет на точность работы системы экстремального регулирования, так как разность напряжений и Иг. остается постоянной. Выходное напряжение ЦифроангшогОвого преобразователя 7 возрастает до напряжения, снимаемого с датчика 1 экстремума, соответствующего положению рабочей точки на экстремальной характеристике объекта 10 регулирования. Напряжение с выхода датчика 1 экстремума сравнивается с выходным напряжением цифроаналогового преобразователя 7 при помощи компаратора 2. Логика сравнения такова, iTo если напряжение с датчика 1 экстремума превышает напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 7, то на выходе компаратора 2 возникает сигнал, разрешающий запись импульсов с генератора 5 через элемент И 4 в двоичный счетчик 6. Когда выходное напряжение преобразователя 7 превышает выходное напряжение датчика 1 экстремума, сигнал с выхода компаратора 2 снимается и прекращается счет импульсов, а.соответственно, и возрастание выходного напряжения преобразователя. При превышении выходным напряжением U| преобразователя 7 выходного напряжения датчика 1 экстремума входное напряжение и. компаратора 3 еще не достигает величины выходного напряжения датчика экстремума, т.е. и, 7 и г Происходит захват рабочей точки. Величина ступеньки ограничивается чувствительностью компаратора . Используя современные прецизионные компараторы на интегральных схемах, можно создать ступеньку порядка единиц микровольт, что существенно повышает точность поиска экстремума и работы устройства в области экст|эёмума. Времяустановления неравенства (7) зависи; от частоты следования импульсов с генератора 5. Это время выбирают таким, чтобы состояние рбъектане изменилось, т.е. в начале подготовительного этапа и в конце с датчика экстремума снимается рактически одно и то же напряжение. Время выхода на экстремум в предлагаемом устройстве определяется ско

|ростью исполнительного устройства и динамическими показателяьли качества экстремальной спстемы регулирования.

После завершения этого этапа исполнительный двигатель вращается с постоянной скоростью, изменяя состоя ние объекта и положениерабочей точки на экстремальной характеристике/ Направление вращения в начальный момент является случайной величиной

Если двигатель вращается в таком направлении, что рабочая точка перемещается от экстремума, то выходное напряжение датчика экстремума уменьшается . Компаратор 3 сравнивает напряжение с напряжением Uz, . Когда напряжение Uj меньше напряжения , на выходе компаратора3 препятствует сигнал. Когда напряжение станет меньше напряжения Uz , т.е. е -Vz -си/, (8) сигнс1Л с выхода компаратора 3 снимается. Этот переход от высокого уровня напряжения к низкому является командой на реверс двигателя.

Двигатель вращается в другом направлении, перемещая рабочую точку к экстремуму. Во время этого движения напряжение 6 превьлиает напряжения 1/2. и t// . В этом случае на выходе компаратора 2 появляется си(нал и в счетчик б/ поступают импульсы. Код, записанный в счетчике б, величивается, а соответственно, увеличивается выходное напряжение преобразователя 7. При этом равенство (б) остается в,силе,

Вы,ходное напряжение преобразователя 7 увеличивается до установления. неравенства (7), Этот процесс происходит намного быстрее,чем |изменяется напряжение С . Таким об|разом происходит слежение за дви)(ением рабочей точки к экстремуму. После перехода экстремума напряжение f .уменьшается и устанавли.вается неравенство

е. Ua Ur (9) Затем происходит процесс, описанный выше. Во время поиска экстремума находится максимум экстремгшьной характеристики и объект настраивается на оптимальный режим работь. При дальнейшей работе системы происходит корректировка режимов рабрты и настройка на более оптимальный режим. В данной систеью рассмотрен случай экстремальной характеристики

739826

типа максимум . Для реализации экстремальной характеристики типа минимум в системе экстремального регулирования необходимо в компараторах поменять местами входы и, кроме того, использовать счетчик, работающий на вычитание. Такая перестройка обеспечивает универсальность системы э кстремального регулирования.

В описываемой системе формируют10 ся только два уровня напряжений г -- один уровень напряжения выше рабочей точки, другой ниже. В процессе работы системы экстремального ре гулй1рованйягпроисходит перемещение Vc рабочей тбчкйifo экстремальной характеристике и слежение уровней напряжения за положением рабочей точки.

Использование изобретения позволяет не прибегать к созданию мно20жества квантованных уровней и повысить точность выхОда на экстремум за счет уменьшения разности между

двумя плавающими уровняют.

-.-.,... у

25 Формула изобретения

Система экстремального регулирования, содержавдая датчик экстремума, выход KOtOpofo соединен с

первыми входами двух компараторов, вихбд первого компаратора соединен .с Одним ИЗ йходов элемента И,, другой вход которого соединен с выходом генератора импульсов, выход

второго компаратор а соединен с входом реверсивного элемента, выход которого соединен с входом исполнительного механизма, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности системы, в нее вве- дены цифроаналоговый преобразователь, источник смещения и счетчик импульсов, вход которого соединен с выходом элемента И, а выходы- с

входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен со вторым входом первого компаратора и через источник смещения со вторым входом второго компаратора.

Источники информации, принятые |во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 187127, кл. G 05 В 13/00, 1966.

I 468216, кл. G 05 В 11/01, 1975.