Экстремальный регулятор для резонансного объекта Советский патент 1982 года по МПК C05B13/02 

Изобретение относится к Сс1монастраиваюшлмся системам, используемым при автоматическом управлении экстремальными, в частности резонансными, объектами (вибрационными машинами различного назначения, RS -контурами и т.д.) и может быть применено в строительной горно-обогатительной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен экстремальный регулятор, используемый для выявления и поддержания экстремума в объектах, обладающих экстремальной статической характеристикой, дрейфующей при изменении внутренних и внешних возмущений, поступающих на объект Г1.

Известный регулятор содержит датчик управляющего воздействия, датчик управляемой величины, два пороговых элемента, два дифференциатора, триггер с раздельньми входами, два выпрямителя, интегратор, исполнительный механизм и использует особенность резонансных объектов однозначную зависимость между амплитудными характеристиками объекта, имеющими Экстремум (резонансный режим) , и его фазовыми характеристиками, изменяющимися монотонно. Регулятор путем использования фазовых характеристик объекта выявляет и поддерживает экстремум в таких резонансных объектах, в которых при резонансе угол фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной (например, между возмущающей силой и амплитудой колебаний в вибрационной машине, между напряже10нием на входе RUC -контура и напряжением на конденсаторе этого контура) равен S/2, Объекты с указанным свойством характеризуются высокой добротностью и распространены в

15 технике, однако, не охватывают всего разнообразия резонансных объектов.

Известный регулятор не может быть применен к резонансным объектам с низкой добротностью, в которых

20 УГОЛ фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной при резонансе не равен Х/2, следовательно, в которых использование характерных особенностей этого

25 угла и фазовых характеристик в целом не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является экстремальный регулятор, содержащий 30 датчик управляемой величины с лвумя

выходами, последовательно соединенные первые диод, резистор и конденсатор, охваченный первым разрядным ключом, два пороговых элемента, два триггера с раздельными входами, элемент сравнения, выход которого через интегратор и исполнительный механизм соединен со входом объекта, три формирователя импульсов заданной дли1тельности, три элемента И, анод первого диода соединен с первым выводом первого выхода датчика управляемой величины, катод первого диода и первый вывод первого резистора заземлены. Второй вывод резистора и первый вывод первого конденсатора соединены со входом первого порогового элемента, а второй вывод первого конденсатора - со вторым выводом первого выхода датчика управляемой величины, первый вывод второго выхода которого соединен со входом второго порогового элемента, выход которого jiepea третий Формирователь импульсов заданной длительности соединен со вторыми входс1ми первого, второго и третьего элементов И, а через второй формирователь импульсов заданной длительности со вторкм входом второго триггера с раздельными входами, первый вход которого через первый формирователь импульсов заданной длительности соединен с выходом первого порогового элемента, а выход - с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, Выходы первого, и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого триггера с раздельными входами, первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым входом элемента сравнения, а второй выход - с третьим входом первого элемента И и первым входом элемента сравнения. Выход третьего элемента И соединен со входом первого разрядного ключа 2.

Известный регулятор осуцествляет непрерывный поиск и поддержание экстремума в объектах с низкой доботностью, в которых угол фазового сдвига между управляющим воздейстием и управляемой величиной при ре-, онансе не равен Л/2.

..

Принципиальной особенностью указанных объектов является то, что их экстремальная характеристика формиуется из амплитуд колебаний управяемой величины при различных частотах. Поэтому во времени управляеая величина имеет множество локальых экстремумов и, следовательно, оиск и поддержание экстремального (резонансного) режима соответствует оиску иподдержанию глобального кстремума из множества локальных

экстремумов. Известный экстремальный регулятор функционирует таким образом, что в нем принципиально имеют место потери на рыскание в окрестности глобального экстремума, поскольку работа регулятора в установившемся режиме характеризуется непрекращающимися автоколебаниями, при которых амплитуда управляемой величины непрерывно колеблется относительно её максимального значения.

Потери на рыскание являются фактором, который ухудшает точность поиска и поддержания глобального экстремума. Это ограничивает област применения экстремального регулятора.

Целью изобретения является повышение точности поиска и поддержания глобального экстремума.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенный экстремальный регулятор введены последовательно соединенные второй диод, второй резистор и второй конденсатор, параллельно которому включен второй ключ, два нуль-органа, четвертый, пять1й и шестой элементы И, элемент запрета, четвертый формирователь импульсов, два элемента ИЛИ, второй и третий ключи, третий, четвертый и пятый триггеры. АНОД первого диода соединен с первым входом первого нуль-органа, второй вход которого заземлен. Первый вывод второго выхода датчика управляемой величины соединен с анодом второго диода, катод которого и первый вывод второго резистора соединены с первым входом второго нуль-органа,второй вход которого соединен со вторым выводом первого конденсатора. Второй вывод второго конденсатора соединен со вторым выводом второго выхода датчика управляемой величины и заземлен. Выход первого нуль-органа соединен с первыми входами элемента запрета и пятого триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента запрета, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов. Выход пятого триггера соединен со вторым входом пятого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов заданной длительности а выход - со вторым входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого поргового элемента, а второй вход - с первым входом пятого элемента И, со входом третьего ключа и с первым выходом четвертого триггера, второй выход которого соединен с первым

входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента.И и через четвертый формирователь импульсов со входом второго ключа. Выход второго элемента ИЛИ соединен с третьим входом третьего элемента И, Выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом третьего триггера, первый вход которогосоединен с выходом третьего элемента И. Первый выход третьего триггера соединен со вторым входом шестого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход с первым входом четвертого триггера, второй вход которого соединен со вторым выходом третьего триггера. .Выход второго нуль-органа соединен с третьим входом шестого элемента И Первый выход третьего ключа соединен со входом интегратора, а второй выход заземлен.

На фиг.1 изображена функциональная схема экстремального регулятора; на фиг.2 - 5 - эпюры напряжений поясняющие его работу.

Экстремальный регулятор содержит резонансный объект 1, исполнительный механизм 2, датчик 3 управляемо величины, интегратор 4, первый диод 5, первый резистор 6, первый конденсатор 7, первый 8 и второй 9 пороговые элементы, первый 10, второй 11 и третий 12 формирователи, второй триггер 13, первый 14, второй 15 и третий 16 элементы И, первый триггер 17, элемент 18 сравнения, первый ключ 19, второй диод 20, второй резистор 21, второй конденсатор 22, второй ключ 23, второй нульорган 24, шестой элемент И 25, третий 26 и четвертый 27 триггеры,второй элемент ИЛИ 28, ключ 29, первый нуль-орган 30, элемент aainpeTa 31, пятый триггер 32 о раздельными входами, пятый элемент И 33, четвертый формирователь 34 импульсов, первый элемент ИЛИ 35 и четвертый элемент И 36.

На фиг.2 - 5 обозначен U : напряжение на первом и втором выходах датчика 3, и - напряжение на конденсаторе 7, Uj - напряжение на резисторе 6, U4 напряжение на выходе порогового элемента 8, U5 напряжение на выходе порогового элемента 9, УЬ напряжение на выходе формирователя 10 импульсов, U-, - напряжение на выходе формирователя 11 импульсов, Ug - напряжение на выходе формирователя 12 импульсов, Ug - напряжение на выходе триггера 13, и-,о напряжение на первом выходе триггера 17, и - напряжение на втором выходе триггера 17, - напряжение на выходе элемента

18 сравнения, напряжение на выкоде интегратора 4, напряжение на выходе элемента И 14 напряжение на выходе элемента И 15, и - напряжение на выходе элемента

И 16, U;,T - напряжение на конденсаторе 22, - напряжение на резисторе .21, U;)9 напряжение на выходе нульоргана 24, Ojfl - напряжение на первом выходе триггера 26, иj - напряжение на втором выходе триггера 26, Ujo - напряжение на выходе элемента И 25,U2j - напряжение на первом выходе триггера 27, 034 напряжение на втором выходе триггера 27,Uj,g напряжение на первом входе нуль-органа 30,U2{, - напряжение на выходе нуль-органа 30, - напряжение на выходе элемента запрета 31,U2e напряжение на выходе триггера 32,

29 напряжение на выходе элемента И 33,и30 - напряжение на выходе элемента И 36.

Экстремальный регулятор для резонансного объекта работает следующим образом.

, На вход резонансного объекта 1 от исполнительного механизма 2 поступает управляющее воздействие, приводящее к колебаниям управляемой

величины объекта. Эти колебания воспринимаются датчиком 3 управляемой величины, на первом и втором выходах которого формируется напряжение| Щ. Для поиска такого значения частоты управляющего воздействия, при

котором амплитуда колебаний управляемой величины имеет экстремум, частота изменяется по линейнсму закону со скоростью, существенно меньшей, скорости изменения управляемой величины. Линейный закон изменения частота обеспечивается интегратором 4, включенным перед исполнительным механизмом 2,

Экстремальный регулятор осуществляет поиск глобального экстремума управляемой величины после включения регулятора и поддержание найденного глобального экстремума без потерь

на рыскание, а также поиск и поддержание глобального экстремума при наличии , вызывающих дрейф экстремальной характеристики объекта, причем поддержание глобального экстремума без потерь на рыскание является характерной особенностью предлагаемого экстремального регулятора.

Алгоритм поиска глобального экстремума основан на использовании специфических процессов, возникающих в цепи, содержащей последовательно соединенные диод, резистор и конденсатор и подключённой к источнику переменного напряжения. Процессы, происходящие в такой цепи, рассмотрим на примере цепи (состоящей из первых диода 5, резис тора б и конденсатора 7), подключен ной к первому выходу датчика 3, на котором формируется напряжение и . При этом процессы, происходящие в указанной цепи из-за экстремальной зависимости между амплитудой колеба ний управляемой величины и частотой колебаний будут зависеть от того, в какой области указанной экстремал ной зависимости - дорезонансной или зарезонансной - происходит возраста ние или убывание частоты. Пусть, например, в дорезонансной области происходит увеличение частоты (см.фиг.2). При этом амплитуда каждого,последующего интервала поло жительности напряжения и превосход амплитуду предыдущего интервала.Это приводит к подзаряду конденсатора 7 на каждом интервале положительности (фиг.2,а, кривая и), т.е. протеканию импульсов тока через последовательно соединенные диод 5, резистор б, конденсатор 7 и появлению импуль сов напряжения на резисторе (фиг. 2,cf, кривая Uj)., При уменьшении частоты в дорезонансной области (фиг. 2,5) амплитуда каждого последующего интервала положительности меньше амплитуды предыдущего интервала, подзаряд конденсатора 7 не происходит и импульсы Uj на всех последующих интервалах отсутствуют. Если увеличение частоты происходит в зарезонансной области, то амплитуда каждого последующего интерва ла положительности меньше амплитуды предыдущего интервала и импульсы Uj на всех последующих интервалах отсутствуют. При уменьшении частоты в зарезонансной области амплитуда каждого последующего интервала положительности больше амплитуды предыдущего и импульсы Оз появляются на каждом интервале положительности. Таким образом, движение к экстремуму характеризуется увеличением амплитуды колебаний управляемой величины и появлением импульсов напряжения, Uj , пропорциональных току подзаряда конденсатора 7, на каждом интервале положительности. Движение же от экстремума характеризуется уменьшением амплитуды колебаний управляемой величины и отсутствием импульсов напряжения Uj . Алгоритм поиска и поддержания экстремума с учетом вышеизложенного сводится к переключению исполнительного механизма в направление, которое обеспечивает наличие импульсов напряжения и на каждом интервале положительности управляемой величины А) Поиск глобального экстремума управляемой величины после включения регулятора и поддержание найденного глобального экстремума без потерь на рыскание. Для реализации алгоритма поиска и поддержания экстремума импульсы напряжения Jj выхода резистора б поступают на вход порогового элемента 8, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов напряжения U4 (см.фиг.3), длительность которых равна длительности импульсов напряжения Uj , а напряжение U со второго выхода датчика 3 пороговым элементом 9 преобразуется, в последовательность прямоугольных импул1 сов напряжения Ug , длительность которых равна длительности интервалов положительности напряжения U . На выходе формирователя 10 импульсов, на вход которого поступают импульсы и. с выхода порогового элемента 8,. возникает последовательность импульсов напряжения и фиксированной длительности, причем передние фронты импульсов и совпадают- с задними фронтами импульсов и . На выходах формирователя 11 формирователя 12 импульсов формируются последовательности импульсов напряжения U-j и импульсов напряжения. Ug, причем передний фронт импульсов напряжения U-, совпадает с передним фронтом импульсов напряжения Uj ,т.е. началом интервала положительности напряжения U , а передний фронт импульсов напряжения U совпадает с задним фронтом импульсов напряжения Uj, т.е. с концом интервала положительности напряжения U-, . Допустим, экстремальный регулятор включен в работу при некотором, не соответствующем экстремуму значении управляемой величины. Интегратор 4 начинает изменять частоту управляющего воздействия. Пусть далее изменение частоты управляющего.воздействия приводит к увеличению амплитуды управляемой величины, причем для определенности примем, что изменение частоты происходит в дорезонансной области (см.фиг,3). При этом с выхода формирователя 10 импульсов на первый вход триггера 13 поступает последовательность импульсов напряжения Ue, а с выхода формирователя 11 на второй вход триггера 13 поступает последовательность импульсов напряжения UT , причем импульсы напряжения U(, устанавливают на выходе триггера 13 логический , а импульсы напряжения и логическую 1. Поскольку в дорезонансной облас ти каждый импульс последовательности возникает позже каждого импу.пьса

последовательности U-, , в конце каж дого интервала положительности на выходе второго триггера 13 будет О (фиг.З, кривая Ug в дореэонанной области).

Так как выход триггера 13 подключен к первым входам элементов И 14, и 16, а на вторые входы всех элементов И напряжение UB поступает только в-конце каждого интервала положительности напряжения U , то:независимо от наличия напряжения на третьих входах элемента И 14, .элемента И 15 и элемента И 16, на выходах всех элементов И в конце интервала положительности напряжения и будет . Триггер 17 сохранит на первом выходе (фиг.З, кривая ) , О на втором выходе (фиг. 3, кривая и), которые, поступая на элемент сравнения 18, формируют на его выходе положительное напряжение (фиг.З, кривая ) обеспечивающее возрастание напряжен на выходе интегратора 4 (фиг.З, кривая ) возрастание частоты управляющего воздействия (наличие на первом выходе триггера 17

О

на его втором выходе обуси

ловлено сформулированным выше предположением, что после включения регулятора изменение частоты управляющего воздействия происходит в дорезонансной области и приводит к увеличению амплитуды колебаний управляемой величины, т.е. происходит возрастание частоты управляющего воздействия).

При некотором значении частоты .управляющего воздействия управляема величина достигает глобального экстремума и дальнейшее возрастание частоты управляющего воздействия приводит уже к уменьшению амплитуды колебаний управляемой величины (фиг.З, зарезонансная область), в рассматриваемом случае на интервале положительности напряжения (J импульс напряжения Uj и, следовательно, импульс последовательности U(j отсутствуют. Таким образом, на выходе триггера 13 на интервале положительности управляемой величины не устанавливается О, и к концу интервала на его выходе остается , установленная импульсом U-, в начале интервала положительности напряжения U (фиг.З, кривая Ug ).

Таким образом, в конце интервала положительности, определяемом импульсом последовательности UB , на первых и вторых входах элементов И 14,15 и 16 будут , поступающие соответственно с выхода триггер 13 и формирователя 12 импульсов. Так как в конце интервала положительности напряжения U-, на третий

вход элемента И 14 поступает О со второго выхода триггера 17, а на третий элемента И 15 - с его первого выхода, то на выходе элемента И 14 останется О (фиг.З 5 кривая и ) , а на выходе элемента И 15 появится Ч (фиг.З, криваяy j (Одновременно (фиг. 3, кри-вая и ) появится и на выходе . элементаИ 16 в предположении, что 10 на его третий вход поступает Ч. Логическая ч с выхода элемента И 15, поступая на второй вход триггера 17, переключает его, и на втором выходе этого триггера появляется 15 Ч (фиг.З, кривая U,,) ,а на первом выходе - О (фиг. 3, кривая и ), которые, поступая на входы элемента 18 сравнения, изменяют знак напряжения на его выходе. При изменении 20 знака напряжения U г поступающего на интегратор 4, напряжение на его выходе начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению частоты управляющего воздействия и увеличению 25 амплитуды управляемой величины.

Одновременно с переключением триггера 17 импульс с выхода элемента И 16 поступает на вход ключа 19, который обеспечивает разряд конденсатора 7, подготавливая его к новому

30 циклу работы.

На следующем после разряда конденсатора 7 интервале положительности управляемой величины происходит заряд конденсатора 7, появляется импульс напряжения Uj и импульс последовательности и .Согласно вышеизложенному, это не приводит к переключению триггера 17, и при отсутствии в регуляторе других элементов частота управляющего воздействия продолжала бы уменьшаться, что привело бы к прохождению глобального экстремума и затем к уменьшению амплитуды управляемой величины, 45 т.е. к переходу в дорезонансную область , последующему переключению триггера 17 и .возрастанию частоты управляющего воздействия. Следовательно, возник бы автоколебательный 5Q режим (рыскание) в окрестности глобального экстремума.

Для поддержания глобального экстремума без потерь на рыскание необгходимо выявить и запомнить глобальгс ный экстремум управляемой величины, .сравнить локальный и запомненный глобальный экстремумы на Кс1ждом интервале положительности управляемой величины и прекратить изменение частоты управляющего воздействия при равенстве этих экстремумов.

Для выявления и запоминания глобального экстремума управляемой ве личины напряжение iJ со второго выхода датчика 3 поступает на последовательно соединенные диод 20, резистор 21 и конденсатор 22, охваченный ключом 23. В описанной выше работе регулятора в дореэонансной области напряжение , на конденсаторе 22 изменяется аналогично напря жению и на конденсаторе 7, а напряжение (фиг.З) на резисторе 21 изменяется аналогично напряжению и на резисторе 6. . При этом знаки

/напряжений Uj и , , а также Uj и противоположны, поскольку в цепи, состоящей из первых диода 5, резистора 6 и конденсатора 7, заземлен первый вывод резистора 6, а в цепи, состоящей из вторых диода 20, резистора 21 и конденсатора 22, заземлен второй вывод конденсатора 22. Сумма напряжений Ug и Uj , а также сумма напряжений , и поступают соответственно на первый и второй входы второго нуль-органа 24 на выходе которого при равенстве этих сумм по абсолютной величине появляется напряжение (фиг.З) прямоугольной формы, длительность которого равна интервалу равенства сумм напряжений Uj и Uj , Ц-, и , Напряжение Цд поступает на третий вход элемента И 25, на первый вход которого поступает напряжение и с выхода формирователя 10 импульсов заданной длительности, а на второй вход - напряжение Ujg с первого выхода триггера 26. Поскольку триггер 26 управляется импульсными входными напряжениями, при включении регулятора напряжение U2o на первом выходе триггера 26 неопределенно и

может принимать значения либо О либо i .

Пусть напряжение Uj при включени регулятора принимает значение О Тогда напряжение U на втором выходе триггера 26, поступающее на второй вход триггера 27, принимает значение , а напряжение на выходе элемента И 25, поступающе на первый вход триггера 27 - значение О . При такой комбинации нйпряжений , и Orjj напряжение Ugj на первом выходе триггера 27 принимает значение О, а напряжение U2 на его втором выходе, поступающее чере элемент ИЛИ 28 на третий вход элемета И 1б, принимает значение Ч. В соответствии с вышеизложенным в процессе поиска глобального экстремума управляемой величины при переходе в зарезонансную область (фиг.З на выходе элемента И 16 формируется импульс, напряжения U, , включающий ключ 1У, который обеспечивает разряд конденсатора 7, подготавливая его к новому циклу работы. Так как суммы напряжений Uj и УЗ / и 18 становятся не равными друг другу

по абсолютной величине, напряжение на выходе нуль-органа 24 становится равньм нулю и, следовательно, напряжение 22 на выходе элемента И 25 остается равным нулю. Напряжение U, поступает также на первый вход триггера 26, переключая его. В результате этого напряжение и на первом выходе триггера 26 принимает значение , а напряжение и,2 на его втором выходе - значение О.

На следующем после разряда конденсатора 7 интервале положительности управляемой величины он вновь зарядится до амплитудного значения напряжения и , соответствующего глобальному экстремуму, характеризуемому после 17рекращения заряда конденсатора 7 наличием импульсов (Jj и 0 . При напряжение и.,д на выходе нуль-органа 24 принимает значение Ч, так как равны суммы напряжений U2 и Uj , U и на его входах. Напряжение и поступает на третий вход элемента И 25, на второй вход которого поступает напряжение

с выхода триггера 26. При

20

поступлении импульса U(, на первый вход элемента И 25 на его выходе формируется прямоугольный импульс напряжения (Фиг.З), длительность которого равна длительности импульса U(, . Напряжение U, поступает на первый ,вход триггера 27, переключая его, причем сигнал i появляется на первом (напряжение , фиг.З), а сигнал О (напряжение г Фиг.З на втором выходах триггера 27.

Таким образом, равенство сумм напряжений V vi 0 , U. и и,д , т.е

Л| I

О

1

на первом и

появление

на втором выходах триггера 27, соответствует достижению управляемой величиной и глобального экстремума При этом сигнал Ч (напряжение Ujj, фиг.З) с первого выхода триггера 27 поступает на управляющий вход ключа 29, включая его. Ключ 29 шунтирует вход интегратора 4, и напряжение Цз на его выходе перестает изменяться. Неизменяющемуся напряжению соответствует постоянная частота колебаний резонансного объекта 1, определяющая глобальный экстремум управляемой величины.

Регулятор поддерживает глобальный экстремум до тех пор, из-з действующих на резонансный объект 1 возмущений, например из-за дрейфа амплитудно-частотной характеристики резонансного объекта 1 амплитуда колебаний не изменится.

Б) Поиск глобального экстремума при наличии возмущений.

Алгоритм поиска глобального экстремума при наличии возмушений состоит в выявлении влияния возникшего возмущения, из-за которого запомненное ранее значение эк ремума перестает быть глобальным, и включе ние регулятора на поиск нового значения глобального экстремума по алг ритму, изложенному в п.А. Выявление влияния возмущения осуществляется косвенно путем анализа изменения плитуды колебаний управляемой величины на каждом интервале ее положительности при неиз меняющейся частоте управляющего воздействия (неизменяющаяся частота управляющего воздействия, согласно вышеизложенному, соответствует поддержанию глобального экстремума). Анализ изменения амплитуды .колебаний управляемой величины на каждо интервале ее положительности осуществлялся и ранее при поиске глобального экстремума после включения регулятора и поддержания найденного глобального.экстремума без потер на рыскание. Однако при поиЬке глЪбального экстремума после включения регулятора в результате анализа изменения амплитуды колебаний управ ляемой величины выявлялся факт возрастания амплитуды, но однозначно не выявлялся факт постоянства ампли туды или ее убывания, поскольку та и другая ситуации характеризуются отсутствием подзаряда конденсатора 7. При поддержании найденного глобального экстремума без потерь на рыскание были равны глобальный и локальный экстремумы управляемой величины, т.е. амплитуда.колебаний постоянна, а амплитуда колебаний уп равляемой величины увеличена по сравнению с запомненным глобальным экстремумом, но амплитуда не уменьшалась . Для поиска же глобального экстре мума при наличии возмушений необходимо однозначно выявить факт уменьшения амплитуды колебаний управляемой величины по сравнению с запомненным глобальным эксремумом, поскольку -факты постоянства амплитуды и ее увеличения однозначно выявляли и ранее (см.п.А). Для выявления уменьшения амплиту ды колебаний управляемой величины по сравнению с запомненным глобальным экстремумом используется характерная особенность цепи из последовательно соединенных первого диода 5, первого резистора 6 и первого ко денсатора 7, состоящая в том, что на диоде 5 выделяется разность напряжения Ui и суммы напряжений Uj и из (фиг,4, кривая и .( 5 при нят идеальным, т.е. при протекан.ии зарядного тока конденсатора 7 паде ние напряжения на диоде 5 равно нулю) . Напряжение Uzs имеет нулевые частки на интервалах положительности правля.емой величины, если амплитуа колебаний управляемой величины на каждом последующем интервале ее оложительности превышает амплитуду колебаний на предыдущем интервале, т.е. при протекании через конденсатор 7 импульсов зарядного тока, и не имеет нулевых участков на интервалах положительности управляемой величины, если амплитуда колебаний управляемой величины на каждом последующем интервале ее положительности меньше амплитуды колебаний на предыдущем интервале. Таким образом, отсутствие нулевых участков в напряжении U25 на интервале положительности управляемой величины однозначно определяет факт уменьшения ее амплитуды. Пусть, амплитуда колебаний управляемой величины уменьшилась относительно запомненного ранее ее глобального экстремума, причем новому экстремальному значению амплитуды колебаний управляемой величины соответствует мен$,шая частота. Напряжение Ujs , поступающее на первый вход нуль-органа 30, второй вход которого заземлен, формирует на его выходе напряжение U( (фиг. 4), принимающее значение О, если напряжение не равно нулю, и 1 , если напряжение рав.но нулю. Таким образом, при уменьшении амплитуды колебаний управляемой величины и относительно запомненного на конденсаторе 7 уровня напряжений и на выходе нуль-органа 30 формируется О на всем периоде колебаний управляемой величины. Напряжение и поступает на первые входы элемента запрета 31 и триггера 32. Так как первый вход элемента запрета 31 является инверсным, то при появлении на его втором входе импульса U- на его выходе формируется напряжение Ujj (фиг.4) в виде икшульса прямоугольной формы, дли-. тельность которого равна длительности импульса U-J .Напряжение и,2т поступает на второй вход триггера 32 и переключает его, поскольку напряжение первом входе триггера 32 равно нулю. На выходе триггера 32 .появляется сигнал Ч (фиг,4, напряжение ), поступающий на второй вход элемента И 33, на лерйом входе которого уже имеется сигнал (фиг.4, напряжение ). При появлении импульса UB на третьем входе элемента И 33 на его выходе Появляется отличное от нуля напряжение и,9(фиг.4), которое че.рез формирователь 34 импульсов включает разрядный ключ 23. Ключ 23шунтирует конденсатор 22, подготавливая ее к новому циклу работы. Одновременно напряжение Ujg поступает через элемент ИЛИ 28 на третий вход элемента И 16 и при наличии отличны от нуля напряжений UQ и Ug на его первом и втором входах на выходе элемента И 16 появляется импульс напряжения и, включающий ключ 19. Ключ 19 шунтирует конденсатор 7, подготавливая его к новому.циклу работы (т.е. разряды конденсаторов 7 и 22 происходят одновременно). Кроме того, напряжение dgg через элемент ИЛИ 35 поступает на второй вход триггера 26, переключая его, что, как следует из изложенного в п.А приводит к переключению триггера 27 и появлению на его втором выходе (напряжение U24 фиг. 4) и О на первом выходе (напряжение U23 фиг.4)

Логический да триггера 27 выключает ключ 29, и на выходе интегратора 4 напряжение начинает уменьшаться, приводя к изменению частоты и амплитуды колебаний управляемой величины. Изменение частоты колебаний управляемой величины осуществляется до значения, соответствующего новому глобальному экстремуму управляемой величины. При достижении нового глобального экстремума напряжение fJ втором выходе триггера 27 и напряхсение 29 на выходе элемента И 33 принимают значения О , что приводит к запрещению импульсов и(, на выход элемента И 16, а напряжение первом выходе триггера 27 принимает значение 1 , включающей ключ 29.

Таким образом, уменьшение амплитудел колебаний управляемой величины относительно запомненного ранее глобального экстремума приводит к возникновению описанных в п,А процессо поиска и поддержания экстремальным регулятором нового глобального экстремума .

Допустим, теперь произошло увеличение амплитуды колебаний управляемой величины относительно запомненного ее глобального экстремум причем новому значению глобального экстремума соответствует большая частота колебаний (фиг.5).

В этом случае на выходе нуль-оргга 30 формируется напряжение ((, в виде импульсов прямоугольной формы, длительность которых равна длительности нулевых участков напряжения , формируемого на диоде 5, причем импульсы напряжения формируюся .после формирования импульсов соответствующих началам интервгшов положительности управляемой величины

Напряжение , поступает на первый вход триггера 32 и переключает его таким образом, что к концу интервала положительности управляемой величины напряжение и (фиг.5) на его выходе принимает значение О . В соответствии с вышеизложенным, это приводит к нулевым значениям напряжений tlt, и Ujg , т.е. к отсутствию разряда конденсаторов 7 и

0 22.

В Соответствии с изложенным в п.А увеличение амплитуды колебаний управляемой величины приводит к протеканию зарядного тока по резистору

5 6 и, следовательно, к формированию импульсов и . Напряжение (j поступает на первый вход элемента И 36, на второй входкоторого поступает напряжение и с первого выхода

0 триггера 27. Поскольку напряжения и и имеют значения Ч , на выходе элемента И 36 формируется напряжение UJQ (фиг.5) , через элемент ИЛИ 35 переключающее триггер

5 26 и, следовательно, триггер 27, на первом выходе которого формируется О . (напряжение Ujj , фиг.5), а на . втором выходе i (напряжение ,фиг. 5) . Логический О с перQ вого выхода триггера 27 поступает на первый вход элемента И 36, запрещая формирование импульсов напряжения изо н его выходе, а также выключает ключ 29. Напряжение на выходе интегратора 4 начинает изменяться, приводя к изменению частоты и амплитуды колебаний управляемой величины.

Изменение частоты колебаний управляемой величины происходит до тех

0 пор, пока ее амплитуда не достигнет нового глобального экстремума. При достижении нового глобального экстремума, как показано выше, напряжение U24 на втором выходе триггера 27

5 и напряжение Ujs на выходе элемента И 33 прин1;1мают значения О, что приводит к запрещению импульсов /на выходе элемента И 16, а напряжение Ujj на первом выходе триггера 27 принимает значение , включающей ключ 29. Ключ 29 шунтирует вход интегратора 4 и напряжение на его выходе, а, следовательно, частота и амплитуда колебаний управляемой величины перестают изменяться.

таким образом, предлагаемый экстремальный регулятор обеспечивает поиск и поддержание глобального экстремума управляемой величины в объектах с низкой добротностью без потерь на рыскание как при отсутствии возмущений, так и при их наличии.

Благодаря устранению рыскания

5 в окрестности глобального экстремума

появляется возможность применения экстремального регулятора на резонансных объектах с низкой добротностью, в которых по технологическим соображениям колебания амплитуды управляемой величины недопустимы. Это повышает технико-экономическую эффективность, достигаемую применением экстремального регулирования.

Формула изобретения

Экстремальный регулятор для резонансного объекта, содержащий последовательно соединеннные датчик управляемой величины с двумя выходами, первый диод, первый резистор и первый конденсатор, параллельно которому включен первый ключ, два пороговых элемента, два триггера, элемент сравнения, выход которого через интегратор и исполнительный механизм ,соединен с входом резонансного объекта, три формирователя импульсов и три элемента И, причем катод первого диода и первый вывод первого резистора заземлены, второй вывод резистора и первый вывод первого конденсатора соединены с входом первого порогового элемента, а второй вывод первого конденсатора соединен со вторым выводом первого выхода датчика управляемой величины, первый вывод второго выхода которого соединен с входом второго порогового элемента, выход которого через третий формирователь импульсов соединен со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а через второй формирователь импульсов со вторым входом второго триггера, первый вход которого через первый формирователь импульсов соединен с выходом первого порогового элемента, а выход - с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого триггера/ первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и с первым входом элемента сравнения , а второй выход - с третьим входом второго элемента И и со вторым входом элемента сравнения, выход третьего элемента И соединен с входом первого ключа, отличающ.и и с я тем, что, с целью повышения точности работы регулятора, введены последовательно соединенные второй диод, второй резистор и второй конденсатор, параллельно которому включен второй ключ, два нульоргана, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент запрета, четвертый формирователь импульсов, два

лемента ИЛИ,второй и третий ключи, ретий, четвертый и пятый триггеры, ричем анод первого диода соединен первым входом первого нуль-органа, торой вход которого заземлен,первый

вывод второго выхода датчика управяемой величины соединен с анодом второго диода, а катод и первый вывод второго резистора - с первым входом второго нуль-органа, второй

вход которого соединен со вторым выводом первого конденсатора, второй вывод второго конденсатора соединен о вторым выводом второго выхода датчика управляемой величины и заземлен, выход первого нуль-органа соединен с первыми входами элемента запрета и пятого триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента запрета, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов, выход пятого триггера соединен со вторым входом пятого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего

формирователя импульсов, а выход - с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, а второй вход - с первым входом пятого элемента И, с входом третьего ключа и с первым выходом четвертого триггера, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ,

второй вход которого.соединен с выходом пятого элемента И и через четвертый формирователь импульсов с входом второго ключа, а выход второго элемента ИЛИ соединен с третьим

входом третьего элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым ВХОДОМ третьего триггера, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый

выход третьего триггера соединен со вторым входом шестого элемента И, первый .вход .которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с.первым входом четвертого триггера, второй вход которого соединен со вторым выходом третьего триггера, выход второго нуль-органа соединен с третьим входом шестого элемента И, первый выход третьего ключа соединен с входом интегратора, а второй выход заземлен.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 590695, кл. G 05 В 13/02, 1978,

2.Авторское свидетельство СССР W 798705, кл. G 05.В.13/02, 1981 (прототип).

Фаг, г

f ffocfc/f ejfff ff ffgff

ffff e/Mrff//ye e ff ffjf6 ffe0

rff- fffffAT g offff/Tu//fffff ffC/77jffe/fy/fff/f ff ffJ yoffA yi

ffue {2jf0 ffjru//u/ff ff/rc/7f/7f y /7/7f/ e/fuu/fy fff/T/ /T f

Sff/r fffff

3/fcmpe/fy ff

ffffffe fflvtfff fff

f ffjff //fff f 3 /77/ff y VO

фуг.

ffoifcjf e/rffe KffuM fff j/fcm/fc- fty/fff ал ге/муу (t/ofa/r6ff6/y ffffcar f y/ /T/yi/SffMo/ffu ffc-/3 ffffff j

ffffffffe jfffAffe g ffjff //ffZff Af/ff/7f/Vy