Устройство для моделирования оптимальной системы управления Советский патент 1982 года по МПК G06G7/66 

гулирования, единичный, и нулевой выходы триггера подключены соответственно к первому и второму управляющим входам первого коммутатора, первый и второй коммутируекьзе входы которого соединены с выходом блока задания эталонного напряжения и с выходом блока задания величины входного перерегулирования соответственно, лыход первого комг утатора подключен к третьему входу компаратора. Кроме этого, устройство содержит управляемый стабилизатор TOKa вход которого подключен к выходу компаратора, выход стабилизатора тока соединен с информационным входом RC-сетки, а блок задержки содержит усилитель, первый и второй компараторы, триггер, элемент И, счетчик генератор линейно изменяющ згося напр жения, цифро-аналоговый преобразователь, причем выход усилителя соедине с первым входом первого ко1 таратора . выход которого соединен с первым вхо дом триггера, выход которого подключен к первому входу элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика, выход которого через цифро-аналоговый преобразователь подключен к первому входу второго кo шapaтopa, второй вход которого соединен с выходом ret ppaTopa линейно изменяющегося напряжения, вход усилителя , вход генератора линейно изменяющегося напряжения вместе с вторым.входом элемента И, эторой вхо счетчика вместе с вторым входом триг гера и второй вход первого компарато ра соединены соответственно с первым вторым, третьим и четвертым входами блока задеркки, выход второго, компаратора является выходом блока задерж ки 2. Недостатком этого устройства является узкий класс решаемых- задач, так как на нем можно решать лишь такие задачи оптимального управления, где управляющее воздействие представ ляет собой граничные условия второго рода. Цель изобретения - расширение класса решаекаых задач. Поставленная цель достигается тем что в устройство, содержащее блок за дания граничных условий и блок граничных резисторов, выходы которого подключены к соответствующим входам RC-сетки, группа выходов которой соединена с соответствующими входами блока ограничителей, выходы кото рого подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к выходу RC-сетк и к управляющему входу блока ограни чителей, один выход из группы выходов RC-сетки соединен с первым вход блок-а задержки, выход которого подключен к нулевому входу триггера, единичный вход которого соединен с вторым входом блока задержки, с управляющим входом RC-сетки и с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого подключен к третьеГ - входу блока задержки, четвертый вход которого соединен с выходом блока задания величины выходного перерегулирования, единичный и нулевой выходы триггера подключены соответственно к первому и второму управляющим входам первого коммутатора, первый и второй коммутируемые входал которого соединены с выходом блока задания эталонного напряжения и с выходом блока задания величины входного перерюгулирования соответственно, выход первого коммутатора подключен к третьему входу компаратора, введен второй коммутатор, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, выходы блока задания г раничных условий подключены соотйетственно к коммутируемым входам второго коммутатора, выходьт которого соединены с соотве.тствующими входами блока граничных резисторов. На чертеже изображена функциональная схема устройства, автоматически осуществляющего поиск оптимального управления объектом с распределенными параметрами. Устройство для моделирования оптимальной система управления содержит RC-сетку 1 вместе с узлами задания неуправляемых зграничных и начальных условий, блок 2 граничных резисто ров, компаратор 3, первый (двухканальный) коммутатор 4, блок 5 задания эталонного напряжения, блок б задания величины входного перерегулирования, триггер 7, блок 8 ограничителей, элемент ИЛИ 9, генератор 10 импульсов, блок И задания (управляемлх) граничных условий, второй (многоканальный) кo tмyтaтop 12, блок 13 задания величины выходного перерегу- , лирования, блок 14 задержки. Блок 14 содержит первый компаратор 15, триггер 16 элемент И 17, счетчик 18 импульсов, цифро-аналоговый преобразователь 19, второй компаратор 20, генератор 21 линейно изменяющегося напряжения. RC-сетка 1 является основным блоком устройства. Она включает в себя блоки задания граничных и начальных условий и состоит из узловых резисторов и емкостей. Предназначена RC-сетка 1 для интегрирования уравнений, описывающих динамику теплового поля в исследуемой области. В результате интегрирования исходных уравнений на RC-сетке образуются текутцие значения некоторых компонен вектора состояний управляемого объекта. Например, на RC-сетке определяется нестационарное тепловое состояние элементов конструкции в .процессе выхода в режим термостата. Блок 8 состоит из отдельных независи их ограничителей, представляющих собой нелинейности типа зоны нечувствительности. Их выходное напряжение равно нулю, пока входное меньше порога срабатывания . чувствительности каждого из ограничителей блока 8 равен напряжению, соответствующему допустимому уровню темлературного градиента для заданных точек. Генератор 10 импульсов формирует периодически повторяющуюся, временную программу роаения в виде импуль сов подготовки 2 и импульсов решения Х , Импульс Т производит включение разрядников узловых точек RC-сетки 1. Импульсами с выхода генератора 10 формирующий триггер 7 и блок 14 задержки устанавливаются в исходное состояние. С помощью блока 11 можно задават в RC-сетку 1 граничные условия первого, второго, третьего и четвертого рода. Поэтому в зависимости от т па граничных условий с его выхода п ступает ток или напряжение. При это граничные резисторы блока 2 в зависимости от типа граничных условий моделируют или коэффициент теплообВтмена о() при граничных усло м 27 град. ВИЯХ третьего рода, или контактное тепловое сопротивление град/В при граничных условиях четвертого р да. Рассмотрим работу устройства, гд в качестве объекта управления возьмем, например, термостатирующее устройство,, у которого управление нагр вом может быть осуществлено по какому-либо одному из граничных условий первого, второго, третьего или четвертого рода. Генератор 10, вырабатывая импуль времени решения хг производит в RC-сетке 1 подключение блоков з.ада- ния граничных и начальных условий, которые задают в ее узлы начальные и.граничные условия, известные из исходных данных задачи-. Кроме того, импульс с выхода генератора 10 поступает в блок 14 и своим передним фронтом переводит триггер 7 в исходное состояние. После этого ком мутатор 4 под действием управления с триггера 7 подключает выход блока б задания величины входного пере регулирования к входу компаратора 3 а выход блока 5 задания этсшонного напряжения при этом отключает. На остальных входах компаратора 3 напряжение в начальный момент равно . нулю. Компаратор 3, в свою очередь, управляет работой второго коммутатора 12. Таким образом, коммутатор 12 подключает блок 11 задания граничных условий к RC-сетке 1 на полную мощность, определяя тем начсшо форсированного выхода объекта в режим. В начальный момент на вход компаратора 3 с блока 6 задания величины входного перерегулирования подается скачок н шряжения заданной амплитуды Utj, , которое соответствует максимально допустимому напряжению на входе объекта Ugj/ д„ . На первый и второй входы компаратоipa 3 поступают сигналы отрицательной обратной связи с выхода и входа НС-сетки 1. При этом коктаратор 3 перебрасывается в другое состояние как только напряжение на одном из входов объекта достигает своего .предельного значения, равного ампли|туде сформированного скачка напряжения, т.е. когда Т1вх ибХАот1 с,о)( а также компаратор 3 срабатывает, если сработает.хотя бы один из ограничителей блока 8. Последний срабатывает в тот момент, когда градиент любой выходной точки объекта относительно входной превысит допустимую величину. Таким образом, до того момента, пока входные и выходные координаты объекта не достигают своих предельных значений, объект движется к конечному состоянию с максимальной скоростью при предельном значении управляющего воздействия. Как только хотя бы одна из.координат объекта достигает своего предельного значения, управляющее воздействие на выходе компаратора 3 меняет свой знак на. обратный. Объект начинает двигаться с максимальнс-.й скоростью в обратную сторону, и снова при переходе границы области допустимых значений его координат управляющее воздействие меняет свой знак. Таким образом организуют движение объекта по границе области дoпycти «x значений его входных и выходных координат до окончания переходного процесса. В процссе решения этой задачи регулятор и моделируемый объект управления представляют собой замкнутую систему, удерживающую входные и выходные координаты объекта на допусти1 И Х значениях. Причем ра.бота организована таким образом, что пока входные и выходные координаты объекта не превышают своих предельных .значений, все каналы коммутатора 12 открыты и на RC-сетку 1 подаются максимальные значения граничных условий первого, второго, третьего или четвертого рода в виде тока или напряжения. Как только величина хотя бы одной из входных или выходных координат объекта превысит свое предельное значение, компаратор 3 скачком переходит в другое состояние, запрещая прохождение тока (или напряжения) на вход КС-сетки 1.

По истечении определенного времени с начала переходного процесса задержанный импульс -f с выхода блока 14 задержки своим передним фронтом перебрасывает в нулевое состояние триггер ,7, который, в свою очередь, производит переключение каналов коммутатора 4. При этом выход блока б задания величины входного перерегулирования, отключается от входа компаратора 3,- а выход .блока 5 задания эталонного напряжения подключается. Таким образом, момент срабатывания триггера 7 и подача напряжения с выхода блока 5 на вход ко.мпаратора 3 свидетельствуют об окончании форсированного разгона управляемого объекта в режим и начало режима стабилизации его на конечном уровне. Начиная с этого момента компаратор 3 отрабатывает ошибку рассогласования, кo шeнcиpyя запасенную энергию объекту регулирования. После объекта регулирования с распределенными параметрами (например, температурное поле камеры термостата) начинает выравнивЕ1Ться по всему объему. При достижении равенства потенциалов во всех точках поля заданному переходный процесс заканчивается.

Поиск оптимального управления объектами с распределенны /и параметрами на предлагаемом устройстве заключается в пошаговом (от решения к решению изменении времени задержки импульса С с помощью блока 14 задержки.Вследствие того, что RC-сеточная гибридная вычислительная система (ГВС) является моделью с периодизацией решения, на ней легко реализовать такой итерационный метод решения указанных задач.

После этого,решение задачи оптимального управления объектом с распределенными параметрами получают с выхода компаратора 3 в виде конечного числа интервалов управления, в Кс1ждом из которых этот сигнсш принимает свое предельное значение, т.е управление является релейным.

Таким образом, введение второго многоканального коммутатора. 12 позволяет решать такие задачи оптимального по быстродействию управления объектами с распределенными параметрами, где управление может осуществляться по любому из граничных условий первого, второго, третьего или четвертого рода, что значительно расширяет класс решс1емых задач на таком устройстве.

Формула изобретения

Устройство -для моделирования оптимальной системы управления, содержащее блок задания граничных условий и блок граничных резисторов, ВЫХОДЫ которого подключены к соответствующим входам RC-сетки, группа выходов которой соединена с соответствующими входами блока ограничителей , выходы которого подключены к входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом компаратора , второй вход которого подключен к выходу RC-сетки и к управляющему входу блока ограничителей, один выход из группы выходов RC-сетки соединен с первым входом блока задержки, выход которого подключен к нулевому входу триггера, единичный вход которого соединен с вторым. входом блока задержки, с управляющи входом RC сетки и с первым выходом генератора импульсов, второй выход которого подключен к третьему входу блока задержки, четвертый вход которого соединен с выходом блока задания величины выходного перерегулирования, единичный и нулевой выходы триггера подключены соответственно к первому и второму управляющим входам первого коммутатора, первый и второй коммутируемые входы которого соединены с выходом блока задания эталонного напряжения и с выходом блока задания величины входного перерегулирования соответственно, выход первого коммутатора подключен к третьему входу компаратора, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введен второ коглмутатор, управляющий вход которого соединен с выходом компаратора, выходы блока задания граничных условий подключены соответственно к коммутируемым входагл второго коммутатора, выходы которого соединены с соответствующими входами блока граничных резисторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 374631, кл. G 06 G 7/66, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке В 2913818/18-24,

кл. G 06 G 7/66, 29.10.80 (прототип