Устройство для экстремального регулирования Советский патент 1981 года по МПК G05B13/00 

1

Изобретение относится к автомати-i ческому управлению и может быть использовано для автоматического регулирования объектами в условиях помех.

Известна система автоматического регулирования индетерминированными объектами, в которой предусмотрено наличие как положительной, так и отрицательной обратных связей, что позволяет осуществить регулирование выходного сигнала объекта в условиях помех,вызывающих отклонение выходно-, го сигнала от оптимального 1.

Однако при воздействии на объект помехи, вызывающей дрейф статической характеристики, данная система не устраняет, а лишь усредняет его.Э.то обусловлено тем, что при частоте дрейфа больше частоты опроса, система, суммируя положительную и отрицательную составляющие дрейфующего выходного сигнала объекта, формирует приращение входного сигнала объекта пропорционально усредненному рассогласованию между значениями выходного сигнала объекта и его оптимальным уровнем за период опроса. При совпадении частоты- дрейфа выходного сигмала объекта с частотой опроса система теряет устойчивость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для экстремального регулирования,содержащее генератор импульсов и последовательно соединенные запоминающий регистр, оптимизатор и исполнительный механизм, выход которого соединен со входом объекта регулирования, подк.люченного выходом через последовательно соединенные датчик обратной сйязи и элемент И ко второму входу оптимизатора, первый и второй выходы генератора импу.пьсов соедилены соответственно со вторым входом датчика обратной связи и третьим входом оптимизатора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входгиии запоминающего регистра Г2 .

Недостатками известного устройства 25 являются невысокая скорость отыскания зкстремума и, как резу.пьтат, его малое быстродействие. Недостатки обусловлены тем, что система ожидает прекращения дрейфа статической характеристики, а не гасит его, что не эффектнвно при наличии длительного дрейфа статической характеристики.

Цель изобретения повышение скорости отыскания экстремума в условиях помех, вызывающих дрейф статической характеристики и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем,чт устройство для згкстремального регулирования содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер и формирователь сигнала регулирования, первый вход которого соединен со входом генератора импульсов, второй вход - со вторым входом датчика обратной связи, третий вход - с перBW4 выходом оптимизатора, четвертый вход - с вторым входом блока сравнения и выходом запоминающего регистра, пятый вход - с выходом датчика обратной связи и вторьм входом блока сравнения, а выход - со вторым входом исполнительного механизма,второй вход триггера соединен со вторым входом запоминающего регистра, а второй выход - со вторым В2СОДОМ элемента И.

Кроме того, формирователь сигнала регулирования содержит формирователь коэффициента регулирования,первый, второй, третий и четвертый блоки умножения,первый и второй сумматоры, вычислитель и блок памяти,первый вход которого соединен с выходом вычислителя и с выходом формирователя сигнала регулирования, второй и третий входы соответственно - со втоptw и третьим входом формирователя сигнала регулирования, а выход с первым входом вычислителя, первый вход формирователя сигнала рассогласования соединен с первыми входами блоков умножения,четвертый вход со вторыми входами второго и четвертого блоков умножения, третьими входами подключенными к первому выходу формирователя коэффициента регулирования, второй выход которого соединен со BTOpiflviH входами первого и третьего блоков умножения, а вход с третьими входами первого.и третьего блоков умножения и с пятым входом формирователя сигнала регулирования, шыходы первого и второго блоков умножения соединены через первый сумматор с первым входом вычислителя, а выходы третьего и четвертого блоков умножения через второй сумматор подключены ко второму входу вычислителя.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства экстремального регулирования) на фиг. 2 - то же. Формирователя регулирующих сигналов , на фиг. 3 зависимость параметров копания якскаватора ЭКГ-8И от толщины стружки для глинистых грунтов.

Устройство экстремального регулирования (фиг. 1) содержит объект 1

регулирования с экстремальной характеристикой, датчик 2 обратной связи преобразующий вьоходной сигнал объекта из аналоговой формы в цифровую, экстремальный оптимизатор 3, отрабатывающий поиск экстремума и вьаделяющий сигнал наличия дрейфа, генератор 4 импульсов, запоминающий регистр 5, элемент И 6, триггер /, переключающий контуры регулирования, формирователь 8 сигнала регулирования,

блок 9 сравнения, формирующий сигнал равенства текущего и фиксированного значений выходного сигнала объекта, исполнительный механизм 10, пятый 11, четвертый 12,второй 13, первый 14 и

третий 15 входы формирователя сигнала регулирования, выходом которого является клемма 16.

формирователь 8 сигналов регулирования (фиг. 2) содержит формирователь 17 коэффициентов регулирования,первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 блоки умножения, первый и второй сутлматоры 22 и 23, вычислитель 24 и блок 25 памяти.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал объекта 1 регулирования через датчик 2 обратной связи и элемент И 6 поступает на экстремальный оптимизатор 3. Датчик 2 и экстремальный оптимизатор 3 работают от генератора 4 (опорных) импульсов,

который выдает две частоты, сдвинутые одна относительно другой на полпериода. На экстремальный оптимизатор 3 также поступает значение выходного сигнала объекта, измеренное за предыдущий цикл опроса и зафиксированное

в запоминающем регистре 5. Сформированный в экстремальном оптимизаторе 3 сигнал регулирования через исполнительный механизм 10 поступает на вход объекта 1 регулирования, осуществляя поиск экстремума.

При появлении помехи, вызывающей дрейф выходного сигнала объекта 1 регулирования, экстремальный оптимизатор 3 выдает нулевой сигнал на регистр 5, который фиксирует значение вьоходного сигнала в момент времени, предшествующий появлению дрейфа выходного сигнапа обьекта 1 регулирования, и на триггер 7, который закрывает элемент И 6, подготавливает к работе формирователь 8 сигналов регулирования и переключает генератор 4 в новый режим работы. Генератор 4 выдает повышенную частоту опроса на датчик 2, а на экстремальный оптимизатор 3 подача частоты прекращается. Таким образом, при появлении дреЯ фа выходного сигнала объекта контур поиска экстремума отключается и включается контур регулирования дряйфа.

Формирователь регулирующих лов работает по алгоритму

г X

tt-vi и ЬЧ +п и

где х,х . - значения входных сигнаП П + 1

. лов объекта для

п и ( п+1 )-го шага регулирования)

у - значение выходного сигнала для п-го шага регулирования (текущее : значение))

у - фиксированное значение выходного сигнала, измеренное в момент,предшествующий появлению дрейфа статической характеристики,

а,Ь - коэффициенты регулирования, зависящие от динамических свойств объекта.

Коэффициенты регулирования а и Ь, сформированные в формирователе 17 (фиг. 2), подаются на блоки 18-21 умножения, причем а - на блоки 18 и

20умножения, а Ъ - на блоки 19 и

21умножения. При прохождении точки экстремума подача коэффициентов происходит в обратном порядке. Кроме того, на блоки 19 и 21 умножения по входу 12 подается фиксированное значение выходного сигнала. Сигналом

по входу 14 блоки 18-21 умножения подготавливаются к работе, в этот же момент по входу 11 на блоки 18 и 20 умножения поступает текущее значение выходного сигнала объекта. Блок 18 умножения формирует произведение .первого коэффициента регулирования а на текущее значение выходного сигнала Y у, , блок 19 - произведение второго коэффициента регулирования b на фиксированное значение выходного сигнала VK I блок 20 умножения - произведение второго коэффициента регулирования 1з на текущее значение выходного сигнала , а блок 21 умножения произведение первого коэффициента регулирования а на фиксированное значение выходного сигнала Чк .Эти произведения попарно суммируются в сумматорах 22 и 23 согласно алгоритму, в вычислителе 24 осуществляется деление одной суммы на другую и перемножение частного от деления на фиксированное значение входного сигнала Xj,, поступившего по входу 15 и зафиксированного в блоке 25 памяти. Регулирующий сигнал Ху,, сформированный в вычислителе 24, поступает на выход 16 и на блок 25 памяти, обновляя содержащуюся в нем информацию. Для синхронизации режима работы блока 25 памяти на него подается частота по входу 13.

Изобретение может быть использовано, например, в системе автоматического управления экскаватором типа мехлопаты для экстремального регулирования процесса копания. Целью регулирования является нахождение и поддержание максимального значения мощности копания N, представляющей со- бой произведение скорости подъема V на его усилие Р (фиг. 3) , независимо от крепости горных пород. Это достигается изменением толщины стружки посредством регулирования механизма

напора рукояти экскаватора. В данном случае особо опасен дрейф характеристики мощности в зоне максимума, который не только не позволит оптимизировать траекторию копания, но и может вызвать нежелательные динами- ь::кие перегрузки рабочего оборудования (подъемных канатов, зубьев ковша), значительно снижающие срок его службы. Оптимизация траектории копания

0 позволяет уменьшить время копания .по предварительным расчетам на 20%. Учитывая то, что время копания составляет примерно 30% от общего вре.мени экскаваторного цикла, можно

5 определить общее уменьшение времени экскаваторного цикла, а следовательно, и повышение производительности экскаватора. Оно составляет около 6%. Кроме того, применение дан ной системы регулирования повышает

работоспособность канатов подъемного механизма на 25%.

Таким образом, в результате применения данного способа и предлагаемой системы экстремального регулирования техническая производительность экскаватора-мехлопаты повышается на 6%, а работоспособность подъемных канатов - на 25%.

Формула изобретения

1. Устройство для экстремального регулирования, содержащее генератор

импульсов и последовательно соединенные запоминающий регистр, оптимизатор и исполнительный механизм,выход которого соединен со входом объекта регулирования, подключенного выходом

через последовательно соединенные датчик обратной связи и элемент И ко второму входу оптимизатора, первый и второй выходы х-внератора импульсов соединены соответственно со вторым входом датчика обратной связи и третьим входом оптимизатора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами запоминающего регистра, отличающееся тем, что, с целью

повышения быстродействия устройства в условиях дрейфа статической экстремальной характеристики, оно содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер и формирователь

сигнала регулирования, первый вход

которого соединен со входом генератора Оттульсов, второй вход - со вторым входом датчика обратной связи, третий вход - с первым выходом оптимизатора, четвертый вход - со вторым входом блока сравнения и выходом запоминающего регистра, пятый вход с выходом датчика обратной связи и вторым входом блока сравнения,а выход - со вторым входом дополнительного механизма, второй вход триггера соединен со вторым входом запоминающего регистра, а второй выход - со вторым элемента и.

2. Устройство поп,1, отличающееся тем, что формирователь сигнала регулирования содержит

формирователь коэффициента регулирования; первыйр второй, третий и четвертый блоки умножения, первый и втоуой суг-Маторы, вычислитель и блок naiviHTH, первый вход которого соедине с выходом вычислителя и с выходом формирователя сигнала регулирования, второй и третий входы соответственно - со вторым и третьим входом формирователя сигнала регулирования, а

выход - с первым входом вы 1ислителя, первый вход формирователя сигнала рассогласования соединен с первыми входами блоков умножения, четвертый вход - со вторыми входами второго и четвертого блоков умножения, третьими входами подключенными к первому выходу формирователя коэффициента регулирования, второй выход которого соединен со вторыми входами первого и третьего блоков умножения, а входс третьими входами первого и третьего блоков умножения и с пятым входом формирователя сигнала регулирования, выходы первого и второго блоков умножения соединены через первый сум5матор с первым входом вычислителя,а выходы третьего и четвертого блоков умножения через второй сумматор подключены ко второму входу вычислителя.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 598021, кл. G 05 В 13/00, 1978.

2.Авторское свидетельство СССР 302694, кл. G 05 В 13/01, 1973

5 (прототип).