Самонастраивающаяся система Советский патент 1980 года по МПК G05B13/00 

(54) САМОНАСТРАИВАЮЩАЯСЯ СИСТЕМА Изобретение относится к области информаци онно-измерительной техники, автоматики и тех нической кибернетики и может быть использовано как корректирующее устройство, обеспечивающее повышенную точность измерения. . Известны корректирующие самонастраивающиеся системы 1. Однако при построении таких корректирующих устройств основной трудностью является реализация управляемой модели и преобразователя, в которой используются дифференцирующие устройства, так как последние вносят дополнительную погрешность. Кротле того, недостатком всех корректирующих и адаптивнокорректирующих устройств. Содержащих управляемую модель преобразователя, является тот факт, что при реализации модел ; оказывается невозможньш подобрать передаточную функцию корректирующего устройства, обратную передат ной функции корректируемого преобразователя Недостатком адаптивно-корректирующих устройств, осуществляющих поиск параметра преобразователя при его изменении во времени, а также коррекцию динамической характеристики преобразователя, является использование в самонастраивающейся следящей системе дифференцирующих устройств, обеспечивающих направленный поиск искомого параметра преобразователя, так как дифференцирующие устройства обладают малой точностью. Особенно это относится к дифференцирующим устройствам, выдающим производную второго порядка, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является самонастраивающаяся система, содержащая последовательно соединенные устройство управления, модель функционального преобразователя и усилитель, второй вход которого соединен с выходом функционального преобразователя 2. Недостаток известной системы - малая точность и узкая область применения. Цель изобретения - повыщение точности и расширение области 1фименения системы. Поставленная цель достигается тем, что система содержит реверсивный счетчик, инвертор, первый и второй элементы И, первый и второй интеграторы и генератор импульсов, выход которого через последовательно соединенные первый элемент И и первый интегратс соединен вторым входом модели функционального преобразователя, а через последовател но соединенные второй элемент И и второй интегратор - со входом устройства управления, выход усилителя соединен со вторым вхо дом первого элемента И и через инвертор - со вторым входом второго элемента И, второй вход первого интегратора и первый вход второго интегратора соединены с первым входсчи реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым входом первого интегратор и вторым входом второго интегратора. На чертеже представлена блок-схема самонастраивающейся системы. Она включает функциональный преобразователь 1, генератор 2 импульсов, первый элемент ИЗ, второй элемент И 4, перв1 1Й интегратор 5 второй интегратор 6, модель 7 функциональног преобразователя, устройство 8 управления, уси литель 9, инвертор 10 и реверсивный счетчик 11. Аналого-цифровая корректирующая самонастраивающаяся система работает следующим образом. Пусть функциональный преобразователь 1 представляет собой инерционное звено с параметром ., являющимся постоянной времени инерционного звена. В этом слзчае в качестве математической модели 7 выбирается электрическое инерционное звено с параметрами RC. При постоянстве входного сигнала инерционного звена выходной сигнал изменяется по экспоненциальному закону. Выходной сигнал функционального преобразователя 1 y(t), поступающий на один из входов усилителя 9, при постоянстве входного сигнал функционал ного преобразователя 1 x(t) XQ изменяется по закону y(t) Хо(1-е- ),(1) а выходной сигнал y7(t) математической мод ли 7 функционального преобразователя при входном сигнале z (t), поступающем с выход первого интегратора 5, изменяется по закону y,(t) 2(t)(l.)(2) где RC - постоянная времени математической модели 7. Так как имеет место обратная связь через усилитель 9, первый элемент И 3 и первьга интегратор 5 на модель 7 функционального .„.....,.,...,-Т. .,. прёобрйователя, ТО при достижении системой равновесного состояния, т.е. при подстройке параметра модели 7 функционального преобразователя до соответствующего уровня, . имеет место равенство y(t) (3) ™ x,(l-e-Ve) z(t)(). откуда -е/() (4) Исходя из равенства (4) имеем, что при RC z(t)xo const, при RC z(t) - нарастает, при RC ,z(t) - убывает. Таким образом, пока z(t) нарастает (или убывает), число импульсов с выхода генер атора 2, поступающих на неинвертированные (или инвертированные) входы интеграторов 5 и 6 через первый элемент И 3 (или второй элемент И 4), соответственно нарастает (или убывает) до тех пор, пока не выполняется условие 2(t) const. Рассмотрим случай, когда RC и когда начальное значение входного сигнала функционального преобразователя 1 не соответствует начальному значению Zo вход1ного сигнала модели 7 функционального преобразователя. Допустим, что Zo хо или хо() Zo (), откуда, учитывая равенства (1) и (2), имеем y(t) У7(1), т.е. выходной сигнал функционального преобразователя 1 больще выходного сетнала модели 7 фзшкционального преобразователя. При таком условии имеем y9(t) О и yio(t) О, т.е. положительный потенциал на выходе усилителя 9 и отрицательный потенциал на выходе инвертора 10. Положительный потенциал с выхода усилителя 9 открывает первый элемент И 3 и импульсы генератора 2 поступают на неинвертированные входы интеграторов 5 и б, что приводит к быстрому нарастан;по ZQ, поступающего на вход модели 7 функционального преобразователя с выхода первогб интегратора 5. Второй интегратор 6 включается с некоторой задержкой по сравнению с первым интегратором 5 для того, чтобы условие Zo хо выполнилось раньще, чем сработает второй интегратор 6, так как в рассматриваемом случае . RC и подстройки параметра модели 7 функционального преобразователя не требуется. К тому времени, когда должен сработать второй интегратор 6, система приходит в равновесие, т.е. достигаетсч ZQ Хо и Уд (t) О, первый элемент И 3 закрывается и интеграторы 5 и 6 отключаются до того, как второй интегратор 6 успевает сработать. Первый интегратор 5 продолжает выдавать число записанных в него импульсов. При достижении ZQ XQ имеем, соответственно, y(t) y7(t),y9(t) 0 и У о (t) 0; первый элемент И 3 отключается, системе приходит в равновесие и аналоговому сигналу Zo на выходе первого интегратора 5 соответствует сигнал на выходе реверсивного счетчика 11. Вследствие того, что второй интегратор 6 срабатывает с некоторой задержкой At относительно первого интегратора 5, именно первый интегратор 5 обеспечивает тождество y(t) У (t), а второй интегратор 6 осуществляет лишь подстройку параметра Rс. Теперь рассмотрим случай, когда RC и to хо. При этом имеем уд (t) О и вновь срабатывает первый элемент И 3, пропускающий сигналы генератора 2 на интеграторы 5 и Так как в этом случае нарастание Zo проходит медленно согласно формуле (4), то второй интегратор 6, включающийся с некоторой задержкой относительно первого интегратора 5, включ следовательно осуществляется подстройка парам ра G модели 7 функционального преобразователя через устройство 8 управления сигналом с выхода второго интегратора 6. Увеличение RC приводит к RC С и ZQ Хо, т.е. ыходной сигнал усилителя 9 равен О, что в свою очередь приводит к запиранию первого элемента И 3 и система приводит к равновесию. При RC и Zo Хо имеем y(t) y (t) и у9 (t) О, а система обеспечивает быстрое нарастание ZQ до некоторого максимального значения, при котором y(t) y7{t) а потом, исходя из -f - е- г - X при условии RC , должно медленно убывать Убывание zo невозможно обеспечить воздей ствием импульсов генератора 2 через первый элемент ИЗ на неинвертированный вход первого интегратора 5, поэтому y(t) станет меньше y7(t), что приводит к УэО) О иу1оО) О, вследствие чего срабатывает второй элемент И 4 и на инвертированные входы интеграторов 5 и 6 поступают импульсы генератора 2. При таком условии первый интегратор 5 умень шает Zo(t), а второй интегратор 6 уменьшает значение RC модели 7 функционального преобразователя через устройство 8 управления до тех пор, пока не станет RC . Первый интегратор 5 должен обеспечивать быстрое нарастание сигнала Zo, в то время, как второй интегратор 6 должен изменять параметр RC незначительно, ибо, в противном случае, возмож но перерегулирование RC. Для этог,о передаточный коэффиш1ент первого интегратора 5 должен превосходить передаточный коэффициент второго интегратора 6 в несколько раз. Выходной сигнал первого интегратора 5 определяется числом импульсов генератора 2, поступающих через элементы И 3 и 4, т.е. Zo (Ns-N) Azo хо, где Nj - число импульсов, поступающих через первый элемент И 3 на неинвертированный вход первого интегратора 5; N4 - число импульсов, поступающих через первый элемент И 4 на инвертированный вход; Azo -- величина выходного сигнала интегратора, соответствующая одному импульсу генератора. В случае RC G ,, когда работает первый элемент И 3, а второй элемент И 4 закрыт, имеем Nj А Zo хо , Это число импульсов N3 также поступает на прямой вход реверсивного счетчика 11, фиксирующего значение N Ыз 2- , AZ.O соответствующее входному сигналу функционального преобразователя 1. Итак, аналого-цифровая корректирующая са. монастраивающаяся система обеспечивает формирование на выходе первого интегратора 5 аналогового сигнала, соответствующего входному сигналукорректируемого функционального преобразователя 1 задолго до окончания переходного процесса в фзшкциональном преобразователе 1, а также цифрового сигнала на выходе ррверсивного счетчика П. По сравнению с извест1п 1ми устройствами данного типа предлагаемая система позволяет определить измеряемый параметр без использования дифференциаторов, Что повышает точность измерения. Кроме того, система обладает повыщенным быстродействием и может быть реализована на базе микроэлементов, а также может быть состыкована с цифровой вычислительной мащиной без аналого-цифрового преобразователя, что выразится в дополнительном экономическом эффекте. Формула изобретения Самонастраивающаяся система, содержащая последовательно соединенные устройство управления, модель функционального преобразоватея и усилитель, второй вход которого соединен с выходом функционального преобразоватея, отличающаяся тем, что, с цеью повыщения точности и расишрения области применения системы, она содержит рё версивный четчик, инвертор, первый и второй элементы И, ервый и второй интеграторы и генератор импульов, выход Kofoporo через последовательно соеиненные первый элемент И и первый интегратор оединен со вторым входом модели функциоального преобразователя, а через последоваельно соединенные второй элемент И и второй интегратор - со входом устройства управления, выход усилителя соединен со вторым входом первого элемента И и через инвертор со вторым входом второго элемента И, второй вход первого интегратора и первый вход второго интегратора соединены с первым вход реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с первым входом первого интегратора и вторым входом интегратора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 486302 кл. q 05 В 17/02, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР №130553. кл. G 05 В 17/02, 1954, (прототип).