Экстремальный регулятор Советский патент 1980 года по МПК G05B13/02 

(54) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР

I

Изобретение относится к автоматике, в частнести, к адаптивным систем.ам, и предназначено для автоматического определения и поддержания оптимального режима работы объектов с меняющимися и/или неизвестными характеристиками, ъ том числе обладающими большой инер)даонностью и/или транспортным запаздыванием и имеющими ограничения на величину хотя бы одного оптимизируемого параметра объекта регулирования и может быть использовано ля ,Q автоматической оптимизации, например, режимов химических и технологических процессов.

Известен двухканальный экстремалььплй регулятор, содержащий датчики предельных значений технических параметров режима работы агрегата ) j с выходными реле, концевые выключатели, два исполнительных устройства с усилителями и логическими схемами И в схеме управления реверсом, запоминающее устройство с триггером, Последовательно .соединенные логические ячейки, 20 триггер со счетным входом, источник смещения и реле ограничений 11 .

Однако этот экстремальный регулятор обладает ограниченными функциональными возмож1ностями в связи с тем, что число оптимизируемых параметров не может быть больше двух.

Наиболее близким по технической суишости и достигаемому эффекту к предлагаемому является многоканальный статистический оптимиза- тор, содержащий триггер знака, квантователь уровня, связанный с блоком анализа последовательности импульсов, триггер задания шага и скорости поиска и исполнительные механизмы 2 J.

Однако этот регулятор имеет непрерывные поисковые колебания в зоне экстремума и обладает ограниченными функциональными возможностями в связи с тем, что не может работать при наличии ограничений на величину хотя бы одного оптимизируемого параметра.

Цель изобретения - устранение непрерывных поисковых колебаний и расширение функциональных возможностей регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что, в регулятор дополнительно введены датчики предельных значений параметров, кольцевое пересчет ное устройство, Д-триггер остановки и первый второй и третий элементы ИЛИ, причем третий 37 вход блока анализа последовательности импульсов соединен со вторым входом второго элемен та ИЛИ и выходом первого элемента ИЛИ, четвертый вход - со вторым входом трецего эле мента ИЛИ, установочньпми входами кольцевого пересчетного устройства, установочным входом триггера задания шага и скорости поиска и установочным S-входом триггера остановки, пятый вход с выходом триггера задания шага и скорости поиска, третьим входам квантователя уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов. Первый )вых6д - с первым входом третьего элемента ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства, второй выход - с установочным R-входом триггера остановки, выходы кольцевого пересчетного устройства соединены с соответствующими входами блока анализа последовательности импульсов и первыми входами соответствующих исполнительных механизмов, вторые входы которых соедииены с выходом триггера знака, третьи входы - с выходом триггера остановки, выходы нспотгаительных механизмов через датчики предельных значЦий параметров соединены с соответствующими вхо дами первого элемента ИЛИ, второй выход квантователя уровня соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и D ; и С - входами триг гера остановки, п-й выход кольцевого перёсчет ного устройства соединен с D - и С-входами три гера задания щага и скорости поиска, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым входом квантователя уровня, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом триггера знака. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого универсального многомерного экстремального регулятора. Регулятор содержит триггер I 3Haka, испрлнительньте механизмы 2, квантователь 3 уровня, блок 4 анализа последовательности импульсов, триггер 5 задания шага и скорости поиска, датчики 6 предельных значений параме ров, первый элемент 7 ИЛИ, кольцевое пересчетное устройство 8, D-трщтер 9, остановки установочными R-S входами, а также второй и третий элементы 10 и II ИЛИ. Первый и второй выходы квантователя 3 уровня соединены с соответствующими входами блока 4 анализа последовательности импульсов, третий вход которого соединен со вторым входом второго элемента 10 ИЛИ, четвертый вход - со вторым входом третьего элемента И ИЛИ, установочными входами кольцевого пересчетного устройства 8, установочными R-входом . Ь-триггера 5 задания щага и скорости поиска и S-входом D-триггера 9 остановки, пятый вход - с выходом триггера 5 задания шага и скорости поиска третьим входом квантователя 3 уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов 2, первый выход - с первым входом третьего элемента 11 ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пёресчетного устройства 8, а второй выход - с установочным R входом D-триггера -9 остановки. Выходы кольцевого пересчетного устройства 8 соединены с соответствующими входами блока 4 анализа последовательности импульсов и первыми входами соответствующих исполнительirbix механизмов 2, вторые входы которых соединены с выходом триггера 1 знака, а третьи входы-с выходом триггера 9 остановки. Выходы исполргительных механизмов 2 каналов, в которых есть ограничения на ве:г|ичины оптимизируемых параметров, через датчики 6 предельных значений соединены с соответствующими входами первого элемента 7 ИЛИ. Второй выход квантователя 3 уровня соединен с первым входом второго элемента 10 ИЛИ и D-и С-в.ходами D-триГгера 9 остановки п-й выход кольцевого пересчетного устройства 8 соединен с D - и С входами триггера 5 задания щага и скорости поиска. Выход третьего элемента 11 ИЛИ соединен со вторым входом квантователя 3 уровня. Выход второго элемента 10 ИЛИ соединен со счетным входом триггера 1 знака. Экстремальный регулятор работает следующим образом. В начальный момент времени по импульсу Пуск триггер 5 задания щага и скорости поиска устанавливается в состояние I, триггер 9 остановки - в состояние 1, кольцевое пересчетное устройство 8 - в состояние 1-0... О. Импульс Пуск через элемент 11 ИЛИ воздействует йкже на второй вход квантователя 3 уровня, устанавливая исходный уровень квантования функции показателя качества, поступающей с выхода объекта регулирования на первый (аналоговый) вход квантователя 3 уровня. Логическая 1 с выхода триггера 5 задания щага и скорости поиска воздействуя на третий вход кв,антователя 3 уровня, устанавливают его в состояние Больщой щаг и, воздействуя на Четвертый вход исполнительных механизмов 2, устанавливает их в состояние Больщая скорость. Логическая единица с выхода первого разряда кольцевого пересчетного устройства 8 воздействует на первый вход первого из исполнительных механизмов 2 и последний начинает изменение первого из оптимизируемых параметров, в направлении, определяемом состоянием триггера 1 знака. При этом изменения остальных, оптимизируемых параметров не происходит, Носкольку на их первые входы соответствующих им исполнительных механизмов 2 воздействует логический О с выходом соответствзтощих разрядов кольцевого пересчетного устройства 8, что соответствует запрету включения ;соответствую1цихисполнительных механизмов 2, Оптимизируемый пара. метр Х подчиняется одному из неравенств а xi b илиxi а илиХ| Ь, где а, b - предельно допустимьге значения оптимизируемого параметра Xi: Соответствующий из датчиков 6 предельных значений по достижении оптимизируемым параметром своего предельно допустимого значения формирует короткий импульс Предельное значение (ПЗ), воздействующий через элементы 7 и 10 ИЛИ на счетнь1Й вход триггера 1 знака по которому. TpmrepJ знака изменяет свое состояние на противоположное, что приводит к реверсу соответствующего исполнительного механизма 2. Функция показателя качества с вы хода объекта регулирования вследствие изменения параметра Xj также изменяет1гя и, в за висимости от направления этого изменения, на первом выходе квантователя 3 уровня появляются импульсы приближения зкстремума (ПЭ) при изменении функции показателя качества на шаг квантования (поиска) по направлению к экстремуму, а на втором выходе квантовател 3 уровня появляются имггульсы удаления экс1ре мума (УЭ) - при изменении функции показателя качества на шаг квантования по направлению от экстремума. Импульсы УЭ через элемент 10 ИЛИ посту11ают на счетный вход триггера 1 знака, который по каждому импульсу УЭ, равно как и по импульсу ПЗ, изменяет свое со стояние на противоположное, что приводит к реверсу соответствующего Исполнительного механизма 2. Последовательность появления импул сов ПЭ, УЭ и ПЗ анализируется блоком 4 анализа последовательности импульсов, который формирует на первом выходе импульс Переход при обнаружении любой из последовательностей:, ПЗ-УЭ-ПЭ, ПЭ-ПЗ, УЭ-ПЗ. Последовательность ПЗ-УЭ-ПЭ является критерием того, что в данном канале регулирования с точностью не хуже шага квантования (поиска) найден частный экстремум функции показателя качества, под которым понимается I max m«)( п) .V Vr-V« t где {, - функции показателе ййчества (здесь и в дальнейшем предполагается, что эта функция гладкая и в течение времени, необходимого для нахождения глобального экстремума может счи таться статической); величина найденного частотного экстремума функции показа теля качества; 526 XK-регулируемый параметр. Последовательности ПЭ-ПЗ и УЭ-ПЗ являются критерием, что в данном к&налерегупиро&ания частный экстремум находится вне зоны допустимых значений регулируемся-о параметра и что найдено ближайщее к экстремуму значение функции показателя качества, при которсш регулируемый параметр,еще находится в зоне допустимых значений. Импульс Переход поступает на вход тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства 8, переводит логическую 1 в следующий его разряд, т.е. в состояние 0-1-0...0, и начинается процесс отыскания частного зкстремума по следующему регулируемому параметру. Кроме этого, импульс Переход через элементы 11 ИЛИ поступает на третш вход квантователя 3 зфовня, устанавливая в качестве исходного уровня квантования для отьгскания частного экстремума по регулируемой переметтной XK величину УГПОХ к Отыскивается частный экстремум по следующему регулируемому параметру. Далее процесс повторяется до оконщния цикла регулирования, т.е. до завершения процесса отыскания частного экстремума по последнему регулируемому параметру, когда логическая единица с выхода последнего, п-го разряда кольцевого пересчетного устройства 8, воздействуя на О-и С-входы триггера 5 задания щага и скорости поиска, переводит его в состояиие О, что соответствует состоянию квантователя 3 уровня Малый -иаг и состоянию исполнительных механизмов 2 Малая скорость. Шклы регулирования по всем параметрам с малым шагом поиска (квантования) и малой скороспю изменения параметров повторяются до тех пор, пока в одном цикле регулирования во всех каналах регулирования не будет обнаружена одна из последовательностей импульсов: УЭ-ПЭ-УЭ-ПЭ-ПЗ УЭ-ПЗ или УЭ-ПЗ, каждая из которых является критерием того, что в соответствующих: указанным последовательностям каналах регулирования с тоадоСтью не хуже щага квантования (поиска) обнаружится либо частный экстремум, либо ближайщее к нему значение функции показателя качества, при котором регулируемый параметр еще находится в зоне допустимых значений. Поскольку предполагается, что функция показателя качества гладкая, обнаружение указанных иоследовательностей в одном цикле регулирования во всех каналах регулирования является критерием того, что находится либо глобальный. экстремум функции показателя качества (если он находится в зоне допустимых начений регулируемых параметров), либо ближайшее к глобальному экстремуму значение функции показателя качества, при котором веичины регулируемых параметров еще находятся в зоне допустимых значений. При этом на втором выходе блока 4 анализа последовательйости импульсов формируется короткий импульс, поступающий на установочный R-вход D-триггера 9 остановки и переводяиога его в состояние О, что соответствует остановке всех исдолнительных механизмов. Если теперь статическая экстремальная характеристика смещается таким образом, что функция показателя качества изменяется по направлению от зкстремума На величину, равную или больигщю шагу квантования (поиска), на втором вьгходе квантователя 3 уровня появляется-импульс УЭ, который воздействует на D- и С-входы триггера 9 остановки, который переходит в состояние 1 что приводит к включению исполнительных механизмов. Процесс поиска экстремума повторяется вновь до отыскания новых координат глобального экстремума либо ближайшего к нему значения функции показателя качества, при котором величины регулируемых параметро еще находятся в зоне допустимых значений. Использование предлагаемого экстремального регулятора позволяет автоматически оптимизировать режим работы обьектов, имеющих ограни чения на величины регулируемых параметров, и при этом не возникает непрерывных поисковых колебаний в зоне экстремума, что позволяет исключить энергозатраты на них. Формула изобретения Экстремальный регулятор, содержащий тригге знака, квантователь уровня, связанный с блоком анализа последовательности импульсов, триггер задания шага и скорости поиска и исполнительные механизмы, отличающий ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей регулятора, в него введет. датчики предельных значений параметров, коль. цевое пересчетное устройство, D-Чриггёр останов ки и первый, второй и третий элементы ИЛИ,

744452 причем третий вход блока анализапоследовательности импульсов соедш{ен со вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом первого элемента ИЛИ, четвертый вход - со вторым входом третьего элемента ИЛИ, установотыми входами кольцевого пересчетного устройства, установочными входом триггера задания шага и скорости поиска и установочным S-входом триггера остановки, пятый вход - с выходом триггера задания шага и скорости поиска, третьим вх:одом квантователя уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов, первый выход - с первым входом третьего элемента ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства, второй выход - . с установочным R-входом триггера остановки, выходы кольцевого пересчетного устройства соединены с соответствуюшими входами блока анализа последовательности импульсов и первыми входами соответствуюшйх исполнительных механизмов, вторые входы которых соединены с выходом триггера знака, третьи входы - с вь ходом триггера остановки, выходы исполнительных механизмов через датчики предельных значений параметров соединены с соответствуюшими входами первого элемента ИЛИ, второй выход квантователя уровня соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и D- и С-входами триггера остановки, п-й выход кольцевого пересчетного устройства соединен с D- и С-входами триггера задания шага и скорости поиска, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым входом квантователя уровня, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом триггера знака. Источники информации, принятые во внимание при экспертиз;; 1.Авторское свидетельство СССР № 268533, кл. Q 05 В 13/02, 1969. 2.Авторское свидетельство СССР W 326550, кл. Q 05 В 13/02, 1970 (прототип).

1(