Двухканальный шаговый оптимизатор

 

Изобретение относится к адаптивным системам и предназначено для автоматического определения и поддержания оптимального режима работы объектов, обладающих большой инерционностью и транспортным запаздыванием , работающих при интенсивных возмущаницих воздействиях и имеющих статистические характеристики в виде монотонно изменяющейся кривой или со слабо выраженным экстремумом. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности поддержания оптимального значения выходного параметра объект тов. Двухканальный шаговый оптимизатор содержит датчик 1 оптимизируемого параметра, блок 2 определения величины и знака приращения оптимизируемого параметра, блок 3 формирования управлякяцего импульса, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, блок 6 переключения каналов управления, блок 7 переключения на основной канал, блок 8 управления исполнительными механизмами , командный блок 9 и блок 10 питания . 9 ил. с (6 (Л со 4 СО со СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО!.1ИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1343391 (511 4 С 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы! ЛК М 1Л,. мял3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3882736/24-24 (22) 10.04.85 (46) 07.10.87. Бюл. У 37 (72) Б.Г.Горный, К.Ф.Метелицын, В.А.Мещеряков и Б.А.Рябцев (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 268533, кл. G 05 В 13/02, 1969.

Авторское свидетельство СССР

В 326550, кл . G 05 В 13/02, 1970. (54) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ШАГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР (57) Изобретение относится к адаптивным системам и предназначено для автоматического определения и поддержания оптимального режима работы объектов, обладающих большой инерционностью и транспортным запаздыванием, работающих при интенсивных возмущающих воздействиях и имеющих статистические характеристики в виде монотонно изменяющейся кривой или со слабо выраженным экстремумом.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей и повышение точности поддержания оптимального значения выходного параметра объек-. тов. Двухканальный шаговый оптимизатор содержит датчик 1 оптимизируемого параметра, блок 2 определения величины и знака приращения оптимизируемого параметра, блок 3 формирования управляющего импульса, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, блок 6 переключения каналов управления, блок 7 переключения на основной канал, блок

8 управления исполнительными механизмами, командный блок 9 и блок 10 питания. 9 ил.

134339

Изобретение относится к лд;>птпвным системам и прсднаэнлчепо для лвтаматическага определения и поддерживания

Оптимлльнагo режима рлботы с>6 >ектoB .) обладающих большой >1нерцпоннастью и транспортным запаздыванием, работающих при интенсивных возмущающих ваздействиях, H основном па с>днаму из каналов управления, и имеющ>1х статистические хлрлктеристики в виде монотОннО изменяющейся КрНВо>1 или со cëÿ ба выраженным экстремумам.

Цель изс>бретения — расширение функцианальньгх возможностей и повышение точности поддержания аптимлльного значения выходного параметра объектов.

Нл фиг. 1 нредстлвлепл блок †схе двухкапллг ного шлгавага оптимизатора; 2О на фиг. 2 — принципиальные электрические схемы датчика оптимизируемого параметра, блока определения величины и знака приращения аптим>1зируемага параметра и блока фармг1равлния управ- 25 >яющего импульса; на фиг. 3 — принципиальные электрические схемы первого и второго блоков сравнения, блока переключения каналов управления, блока переключения нл основной 30 канал и блока управления ис паг нптел ьными механизмами; на фиг. 4 — принци>>пал ьная электрическая схема > o млнднага блока; на фиг. 5 — циклаграмма работы блока управления испол- 3

35 н;>тельными механизмами в автоматическом рссжпме; нл фиг. 6 и 7 — соответственноно циклаграмма работы устройства и грлфик, характеризующий процесс поиска оптимального значения выхаднаго параметра объекта в случае отсутствия экстремума в статической характеристике объекта; »а фиг. 8 и 9— соответственна циклагрлмма работы устройства и График характеризующие1 45 процесс поиска оптимального значения выходного параметра абьекта в случае

НаЛИЧИЯ ЭКСтРЕМУМа В Ста>ис>ЕСКай характеристике абьекта.

Устройство содержит (фиг, 1)

50 датчик 1 оптимизируемого параметра, блок 2 определения вегичины и знака приращения оптимизируемого параметра, блок 3 формирования управляющего им— пульса, первый 4 и второй 5 блоки сравнения, блок 6 переклк>чения каналов управления, блок 7 переключения на основной канал, блок 8 управления исполнительными механизмами, камлнд1

2 ный 6 >ок 9 и блок 10 питания. Датчик

1 и блоки 2 и 3 содержат (фиг. 2) резистор 11, потенциометр 12, резисторы 13 и 14, реле 15, полевой транзистор 16, конденсатор 17, операционньп усилитель 18, потенциометры 19, диоды 20, резисторы 21, операционные усилители 22, диод 23, резистор 24, конденсатор 25, резистор 26, потенциометр 27, резисторы 28 и 29, конденсатор 30, потенциометр 31. Блоки

4-8 содержат (фиг. 3) резисторы 32, потенциаметры 33, резисторы 34, операционные усилители 35, конденсаторы

36 и 37, триггеры 38 и 39, резистор

40, триггеры 41, конденсатор 42, резистор 43, элементы И-НЕ 44 и 45, реле 46. Командный блок 9 содержит (фиг. 4) резисторы 47, потенциометр

48, конденсаторы 49, однавибраторы

50, транзистор 51, конденсатор 52, одновибраторы 53, кнопки 54 и резисторы 55

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени при включении устройства на выходе триггера 41.1 (фиг. 3) и соответственно на втором выходе второго блока

5 сравнения устанавливается логичес— кая "1", задающая по четвертому входу блока 8 управления исполнительными механизмами режим движения в сторону увеличения шага. Одновременно логическая "1" устанавливается на выходе () „ триггера 39.2 (фиг. 3) и соответственна на первом выходе блока 6 переключения каналов управления и, поступая на второй вход блока 8, задает в нем поиск па основному каналу.

При запуске устройства после нажатия кнопки (фиг. 4) командного блока 9 адновибратар 53.2 формирует на втором выходе этого блока импульс

Ч (фиг, 5 и 6), который, поступая на второй вход блока 3 формирования управляющего импульса, запускает усилитель 22.2 (фиг. 2).

Блок 3 формирует управляющий импульс минимальной длительности Т„„„„, величина которого определяетс.я по статическим характеристикам объекта из условия сходимости процесса ее оптимизации и устанавливается потенциометром 27 (фиг. 2), так как в первоначальный момент времени изменения выходного параметра Y нет, и на! 13 выходе блока 2 определения величины и знака приращения выходного параметра объекта напряжение равно нулю.

Так как по включении оптимизатора автоматически задается направление шага в сторону больше" и поиск »p»-оритета по основному каналу, то ло11 11 гич е с ка я 1 оц но вр еме н но б уд е т прис утс т во в ат ь н а двух входах тр е х в х од ов о го элемента И- H E 4 4 . 3 блока 8 (фи г . 3 ) . Управляющий импульс Т „ „,, поступив н а первый вх од блока 8, включит реле 46. 1, которое своими контактами скоммутирует цепи управления исполнительным механизмом первого канала в сторону больше", и входной параметр первого канала объекта изменится от Х, до Х (фиг. 7).

Отрицательный фронт управляющего импульса Т„ „, поступив на первый вход командного блока 9, запускает одновибратор 50. 1 (фиг. 4), на выходе которого формируется импульс V, (фиг. 5 и 6), который включает в блоке 2 реле 15 ячейки памяти, реализованной на элементах 16-18 (фиг. 2), и происходит запоминание начальной величины напряжения !)! на выходе датчика 1, пропорционального величине

Y выходного параметра объекта (фиг. 7) .

Отрицательный фронт импульса V„, запускает в блоке 9 одновибратор 50.2 (фиг. 4), который фор1гнрует интервал времени Т, определяемый динамическими характеристиками объекта, и устанавливается потенциометром 47.1 (фиг. 4-6) . За этот интервал времени выходной параметр объекта Y изменится от у, цо у,, а соответствующее ему выходное напряжение с.выхода датчика 1 — от U, до U (фиг. 7). Hartряжение на выходе блока 2 изменится от О до U — U =aU, . Так как оно положительно и больше первого порога чувствительности Sl (фиг. 7), то на выходе усилителей 35.1-35.3 (фиг. 3) будет присутствовать логическая 1 .

Отрицательный фронт импульса Т с1 запускает в блоке 9 одновибратор 53.1, на выхоце которого формируется импульс Ч,„р строба компараторов, который, поступая с третьего выхода блока 9 на вторые входы блоков 4и 7, производит перезап Ict триггеров 38. 1, 38.2 и 39.1 (фиг. 3). Так как сигнал на входах D этих триггеров не изменился, то в блоке 6 переключения

s !39!

4 триггера -< 1. 1 нс произ !1111еT и II,III

> равление,!1виже11пя в C TI7ðîttó "f а ь111е сохранится (фиг. !! . !!оложнтел! ный !!1р л нт нм11! I bc a v (1?11Г . 5 и 6 ) 1 1 пускает в блоке 9 оцновибратор 53, ".

1 ла выходе котор»го формируется им—

11у.l c (. ИмпуlII.c V, поступая с

II Tîpît I: выхода блока 9 на второй вход блока 3, производит в нем запуск ус11лителя 22 . 2 (фи г . 2), фор1отр ую11!е г о импульс Т „, длительность которогэ

1IРОПОРЦИОНа71ЬНЛ НаПР9 !+IIII Н 1 IIIIХ!!Д» ус11ли геля 2? . 1 блока 2, т. е. Т ,! м !

5 ! 7 °

Ео тффиц1с нт пропорцион;IJ1111 tl Tè Е определяегся из с TaTIIческнх характ .— р»с гик объект а, исходя из условия схопнмости процесса оптимизации, и

?p устанавливается потенциометром 31 б 1ока 3 (фиг . 2) . . в1гжение в сторону больше" в каждом цикле будет происходить до тех пар, пока в одном из циклов л!1;, ?5 будучи полож11тельно, не станет меньше первого порога чувствительности (в данном случае на фиг. 6 и 7 U,U, ) . Тогда в этом цикле в момент формирования импульса строба то ",, (фиг. 5 и 6) в блоке 4 на выходе операционного усилиТеля 35.1 (фиг. 3) будет присутсlвовать логиlI !1 ч ес к а я 1, с оо т в етс т в е н н о н а вх оц е

R триггера 3 8 . 1 (фи г . 3 ) также будет присутствовать логическая " 1 " . При отрицательном фронте импульса V, н а входе с триггера 3 8 . 1 блока 4 с иги ал на инверсном вых од е Q „, (фи г . 6 ) изменится с " 1 " на " О " ка к и, соо т40 в е т с т в е н но, н а ус та н ьвоч ном входе R триггера 4 1 . 1 блока 5, а сигнал на инверсном выходе Q „ триггера 4 1 . 1 изменится с " О" на " 1 ", т . е . прои з ойде т переключение направления шага в

4 5 сторону меньше . Теперь выходной ц и аме т р Y будет в каждом цикле п ер емеща т ься вверх по статической хара кт ери с ти к е первого канала о бъе к та (фи г . 7 ) и d U, б уд е т отрицательно (фи г . 6 ) до т ех и о р, пока не станет б ол ьше !7, — второго порога чу в с т вит ел ьнос ти . Усилитель 3 5 . 2 (фи г . 3 ) блока 5 изменит свое состояние с " 1 "

11 II а О . После и р ох ожд е н и я импульса

5 5 V z > p с и г HBJI H a вых од е Q тр и г г е р а

3 8 . 2 и н а первом выходе блока 5 и эме ни тс я также с " 1 " н а " О ", триггер

4 1 . 1 в блоке 5 изменит свое состояние на и р оти в оп ол ож н о с, в данном случае в

1343391 сторону больше" (на прямом его выходе " 1", на инверсном — "0") .

Одновременно на входе Q триггера

41.2 (фиг. 3) блока 6 переключения каналов управления сигнал изменится с

" 1" на "0", и после отработки управляющего импульса Т„ „ выходной параметр Y. вернется в область оптимальных значений по первому каналу, от- 1р рицательный фронт Т„„„ изменит состояние триггера 4 1.2 (фиг. 3) блока 6 переключения каналов управления, т.е, на прямом выходе Q триггера 41.2 сигнал изменится с " 1" на "0". Так )5 как шаг был в сторону "больше", сигнал на выходе элемента И-НЕ 44,2 блока 6 также изменится с "1" на "0" и триггер 39.2 (фиг. 3) переключит поиск оптимального значения параметра 2р на второй канал (Г < = "0"; О „

"1" на фиг. 6).

Рассмотрим работу устройства в случае, если статические характеристики объекта имеют экстремум (фиг ° 9).26

Пусть при включении устройства выходной параметр объекта находится на правой стороне ветви статической характеристики. Первый шаг будет сделан в сторону "больше", входной <О параметр первого канала изменится от Х, до Х, а выходной параметр изменится за время Т от У, до Yz .

В этом случае hVI будет отрицательно и больше 8, что приведет к реверсу

Il lI направления шага в сторону меньше (фиг. 8) . Переключение каналов в этом случае не произойдет, так как при движении в сторону меньше" в блоке 6 на первом входе элемента

И-НЕ 44. 1 будет логической "0", и сигнал на его выходе не изменится при изменении сигнала на прямом выходе триггера 41,2 (фиг ° 3) блока 6 переключе ния каналов управления . Устрой- < 5 ство теперь в каждом цикле будет обеспечивать движение в сторону

"меньше", так как при переходе через экстремум, где /ьБ,/ i О, первый блок 4 сравнения только подтвердит направление поиска в сторону меньше (фиг. 8 и 9). При переходе Y на левую ветвь статической характеристики (фиг. 9) dV; станет отрицательным и, после того, как V станет больше 3, усилитель 35 ° 2 второго блока 5 сравнения изменит свое состояние с "1" на "0" (фиг. 8), что приведет к реверсу направления поиска, а в данном случае в сторону "больше" (фиг. 8), т.е. выходной параметр У; вернется в область оптимальных величин, после чего произойдет переключение каналов управления.

Если в каком-либо цикле работы устройства приращение /Ь(<;! превысит величину третьего порога срабатывания о, то сигнал на выходе Q (фиг. 3) триггера 39.1, на выходе блока 7 переключения на основной канал и, соответственно, на установочном входе

S триггера 39.2 блока 6 переключения каналов управления изменится с "1" на 0, сигнал на прямом выходе О„< триггера 39,2 и на первом выходе блока 5 установится равным логической

"1", и поиск оптимального значения выходного параметра будет производится по первому каналу — основному.

Использование предложенного устройства обеспечивает, по сравнению с известными, следующие преимущества: возможность применения оптимизатора для объектов, имеющих статические характеристики как с экстремумом, так и имеющие вид монотонно-изменяющейся кривой; при возникновении возмущений оптимизатор переходит на поиск оптимального значения по основному каналу, и только после его достижения переходит на поиск по второму каналу, чем достигается более точное поддержание оптимального значения выходного параметра объекта при частых возмущениях по основному каналу.

Формула изобретения

Двухканальный шаговый оптимизатор, содержащий блок питания, последовательно соединенные датчик оптимизируемого параметра, блок определения величины и знака приращения входного параметра оптимизатора, второй вход которого соединен с выходом командного блока, блок формирования управляющего импульса, второй вход которого соединен с вторым выходом командного блока, и блок управления исполнительными механизмами, последовательно соединенные первый и второй блоки сравнения, вторые входы которых соединены с третьим выходом командного блока, а третьи входы соответственно с первым и вторым выходами блока определения величины и знака приращения входного параметра оптимизатора, и блок переключения каналов управления, нторой вход которого соединен с входом командного блока и выходом блока формирования управляющег о импульса, а первый и второй выходы — соответственно с вторым и третьим входами блока управления исполнительными механизмами, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с вторым и третьим выходами второго блока сравнения, отличающийся

3391 Я тем что с целью расщирения функци—

7 Э ональных воэможностей и tloRI ппення точности оптимизатора, в неi о вводе t» блок переключения на ос новной канал, первый и второй входы кот opot сс единены соответственно с выходом блм определения величины и знака прираще-, ния входного параметра оптими чат ра и вторым входом второго блока сравнения, а выход — с гретьим входом блока переключения каналов управления.

1 3 3 3 9 1

134 3391! 343 39I ои

1343 391

Составитель В. Башкиров

Техред А.Кравчук Корректор Л. Пилипенко

Редактор В, Данко

Заказ 4821/48 Тираж 863 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4