Способ автоматического контроля цифровых систем автоматического управления

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля цифровых систем и их элементов. Цель изобретения - повышение точности контроля. Цель достигается за счет использования в качестве контролируемого параметра критического периода временной дискретизации цифровой системы автоматического управления. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 05 В 23/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4615942/24 (22) 30.11,88 (46) 07.06.91. Бюл. М 21 (71) Ленинградский политехнический институт им. M. И. Калинина (72} А. Г. Григорьев и С. Л. Чечурин (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1187152, кл. G05 С 23/00,,1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1191888, кл, G 05 В 23/00, 1985.

Изобретение относится к способам испытаний и контроля цифровых систем управления и их элементов.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

В основу предлагаемого способа автоконтроля взят оригинальный физический принцип возбуждения колебаний в цифровых системах автоматического управления (САУ), Как правило, входные и выходные координаты объекта управления цифровой системы имеют непрерывную форму, поэтому в цифровых САУ осуществляется временная дискретизация — квантование непрерывных сигналов по времени в устройстве сопряжения объекта с цифровой системой управления (аналого-цифровом преобразователе), т,е. переход от аналоговой к цифровой форме выходного сигнала, и обратный переход на входе — в цифроаналоговом преобразователе. Современные цифровые системы допускают широкий диапазон регулируемого изменения частоты данного квантования.

ЯЛ 1654782 А1 (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля цифровых систем и их элементов. Цель изобретения — повышение точности контроля. Цель достигается за счет использования в качестве контролируемого параметра критического периода временной дискретизации цифровой системы автоматического управления. 1 ил.

Учитывая, что увеличение периода квантования Т в системе неизбежно приводит к общей потере устойчивости, и то, что критическое значение периода квантования Т*, при котором это происходит, жестко связано со значениями всех параметров системы, предлагается использовать это свойство цифровых САУ для контроля, а величину

Т* — в качестве контролируемого параметра. Нарастание амплитуды колебаний в цифровом САУ при Т=Т* относится к явлению параметрического резонанса. Изменяющимся параметром является коэффициент усиления импульсного элемента в устройстве фиксации уровня управляющего сигнала, . равный нулю в разоь; нутом состоянии и единице в замкнутом. Период колебаний этого параметра равен периоду квантования. Независимость факта наблюдения параметрического резонанса в цифровых САУ от вида объекта управления (как по его природе — механической, электрической и др, так и по виду его описания — передаточная

1654782 функция, структурная схема, зависимость вход-выход и пр.) и использование дпя функций контроля блоков, непосредственно входящих в цифровую систему, позволяют в значительной степени унифицировать процедуру контроля. Повышение точности достигается за счет независимости контролируемой величины Т* от точности задания входного сигнала системы в режи. ме контроля, Вычисление контрольной характеристики Т* осуществляется практически со сколь угодно малой погрешностью, которая определяется только величиной изменения периода квантования Л в системе за один шаг контроля. Величина

Л определяет доверительный интервал фиксации значения контролируемого параметра, так как последнее определяется по формуле

Т*= Tð+ кхЛ, где Тр — рабочее значение периода квантования в контролируемой системе;

k — количество шагов контроля, потребовавшихся для возбуждения в системе параметрического резонанса.

Регистрация возникших параметрических колебаний по величине управляющего сигнала на входе объекта управления путем сравнения с расчетным уровнем 0п позволяет поддерживать любую наперед заданную точность вычисления Т" за счет определения 0п и времени Т1 каждого шага контроля в зависимости от величины Л и с учетом основных (неменяющихся) свойств контролируемой системы. Дпя формирования решения об исправности системы фиксированная величина контролируемого параметра сравнивается с эталонным значением, определенным для заведомо исправной системы. Таким образом, при построении процедуры (алгоритма) контроля по предлагаемому способу можно выделить три основных этапа — расчет необходимых констант, определение эталонного значения контролируемого параметра Т*э в заведомо исправной системе и этап непосредственно контроля.

Величины Л, Т1 и Оп определяются по таким паспортным данным контролируемой цифровой САУ, как о- максимальное перерегулирование в системе, т — время регулирования, со- собственная частота системы, или другим заданным параметрам интегрального характера, Известно, что в системах 1-3 порядка и в большинстве цифровых

САУ более высокого порядка (в силу того, что процедуры их синтеза сводятся, как правило, к построению упрощенных аналогов более низкого порядка, отвечающих заданным показателям качества) при непрерывном (теоретически) или достаточно мелкодискретном (на практике) изменении периода квантования на границе устойчивости реа5 лизуются только периодические движения, соответствующие первому и второму параметрическим резонансам, Кроме того, анализ цифровых САУ на базе теории параметрического резонанса показывает, 10 что зоны неустойчивости, соответствующие четным резонансам, полностью поглощаются зонами неустойчивости нечетных резонансов, и соответствующие им

Т-периодические движения не являются ре15 ализуемыми.

Таким образом, технически реализуемым режимом при выходе цифровой САУ на границу устойчивости является 2Т-периодическое движение, соответствующее основ20 ному (первому) параметрическому резонансу. В то же время внесение неограниченного запаздывания в систему при фиксации уровня управляющих сигналов гарантирует наличие этого режима для пю25 бой цифровой системы. Связь между величинами Т*, со и т описывается s этом случае соотношениями

Т* = л/в, r =4л/ж (1)

Определяя Л как максимально допусти30 мый уход контролируемого параметра Т* от эталонного значения Тз и связывая его с . допустимым уходом одного из паспортныхГ параметров качества, например ю, получим

35 4() *

1 (2)

Величина Т1 опрсдепяет время полного затухания переходного процесса в системе, вызванного входным воздействием U, и составляет

40 Т1=3т, (3)

С учетом паспортных ограничений на амплитуду входного сигнала оптимальное значение последней рассчитывается как а (/в) = 2 (а1 + а2)

1 (4) где а — максимально допустимая величина сигнала на входе САУ, а2 — порог нечувствительности на входе.

Учитывая инерционные свойства конт50 ропируемой системы, длительность входного воздействия определяется как т(0 )=0,5Т1. (5)

Расчетная или экспериментально снятая зависимость сг(т) служит для определения

55 Un= О(Трасч * ® (6)

Соотношения (2), (3) и (6) определяют значения исходных констант Л, Т1 и Оп для алгоритма контроля, а (4) и (5) — параметры входного воздействия.

1654782 возбуждения системы

15

30

40

Подавая сигнал UB на вход заведомо исправной системы на каждом шаге изменения Т от значения Тр на величину h, амплитуду сигнала на выходе цифроаналогового преобразователя сравнивают с допустимым уровнем 0п в течение промежутка времени Т1 ° и в случае превышения фиксируют значения T *:T3"=Tð+ и х h, где и— количество шагов, потребовавшихся для

В режиме непосредственно контроля действия по возбуждению цифровой САУ повторяются аналогично предыдущему этапу. Определенное значение Т* =T +k x Л, где k — количество шагов, необходимое для возбуждения системы, сравнивается с Тэ .

Система считается неисправной, если

1 Т,* — Т I > Л (или I n — k I > 1), так как в этом случае уход паспортного параметра качества превышает допустимое значение.

На чертеже представлен пример схемы реализации устройства для осуществления способа.

На схеме обозначены генератор 1 импульсов, формирователь 2 входного сигнала, цифровой блок 3 контролируемой САУ, цифроаналоговый преобразователь 4, объект 5 управления, аналого-цифровой преобразователь 6, счетчик 7 приращений, ключ

8, блок 9 сравнения, источник 10 напряжения, многоразрядный элемент ИЛИ 11, блок

12 вычитания (в двоичном коде), эталонный счетчик 13 и переключатель 14 режимов.

Устройство работает следующим образом.

До запуска устройства в режиме контроля или определения эталонного значения контролируемого параметра в источнике 10 выставляется расчетное напряжение U, в блок 3 заносится значение Л, а преобразователи 4 и 6 находятся в исходном состоянии Т=ТР. На этапе определения Т переключатель 14 находится во включенном состоянии, и сигнал с его выхода, поступая на управляющий вход счетчика 13, открывает его для записи нового значения, одновременно обнуляя его содержание, Включение остальной части схемы осуществляется запуском генератора 1, Импульсы с генератора 1 с периодом Т1 поступают на входы счетчика 7 и формирователя 2, на выходе которого формируется сигнал Ue поступающий на вход блока 3. На выходе счетчика 7 формируется сигнал, несущий информацию о количестве импульсов, пришедших с генератора 1 с момента включения. Он подается в блок 3 на вход управления величиной периода квантования, в результате чего значение Т формируется в соответствии с законом T=T>+I х А где — текущее значение на выходе счетчика

7, Одновременно сигнал со счетчика 7 поступает на вход ключа 8. С выхода блока 3 управляющий сигнал через преобразователь 4 поступает на вход объекта 5 и первый вход блока 9. Сигнал с выхода объекта 5 преобразуется в цифровой сигнал и с вычисленным периодом квантования Т обрабатывается в блоке 3, поступая на его вход и замыкая таким образом обратную связь в

САУ. На второй вход блока 9 поступает сигнал U> с выхода источника 10 для сравнения

его с сигналом иэ преобразователя 4. В том случае, если выходное напряжение с преобразователя 4 превышает по абсолютному значению уровень, заданный источником

10, что соответствует возникновению в схеме незатухающих колебаний, на выходе блока 9 формируется управляющий сигнал на замыкание ключа 8, В этом случае сигнал с выхода счетчика 7 поступает на первый вход блока 12, второй вход которого обнулен, как и содержание счетчика 13, к выходу которого он подключен. Таким образом, значение и из счетчика 7 с выхода блока 12 записывается в счетчик 13. Для приведения контролируемой системы (САУ) в исходное невозмущенное состояние замкнутый контур САУ размыкается сигналом с выхода блока 9 за счет отключения преобразователя б. Этим >ке сигналом отключается генератор 1 и обнуляется счетчик 7.

На этапе непосредственно контроля переключатель 14 выключен. При этом счетчик

13 работает в режиме выдачи содержания, и цифровой сигнал, соответствующий значению и, поступает на второй вход блока 12.

Остальная часть схемы устройства работает так же, как на этапе определения эталонного значения Т *, т.е. по превышению сигналов с выхода преобразователя 4 расчетного уровня 0л с выхода источника 10 осуществляется передача цифрового сигнала, несущего значение к, на первый вход блока 12.

Двоичный код разности, сформированный на выходе блока 12, эа исключением сигналов нулевого и знакового разрядов, поступае на многоразрядный вход элемента ИЛИ 11.

При наличии на входах элемента ИЛИ 11 хотя бы одного сигнала единичного уровня формируется единичнъ и сигнал — сообщение о неисправности системы, В противном случае сигнал на выходе элемента ИЛИ 11— нулевой, и система считается исправной.

Формула изобретения

Способ автоматического контроля цифровых систем автоматического управпения, 1654782

Составитель В. Матюнин

Редактор О. Юрковецкая Техред М,Моргентал Корректор М, Шароши

Заказ 1950 Тираж .482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 заключающийся в том, что в системе автоматического управления воздействием внешнего входного сигнала возбуждают незатухающие колебания, определяют значения контролируемого параметра, определяют абсолютную величину разности контролируемого и эталонного значений контролируемого параметра, сопоставляют разность с установленным допуском и при превышении разности допуска определяют неисправность цифровой системы автоматического управления, отличающийся тем. что. с целью повышения точности контроля, рассчитывают период повторения внешнего входного сигнала, эталонное и допустимое отклонения контролируемого параметра, максимальное время регулирования и перерегулирования сигнала ошибки и допустимый уровень сигнала ошибки, подают внешний входной сигнал с заданным

5 периодом повторения и на каждом шагеувеличивают период временной дискретизации на допустимое отклонение контролируемого параметра, фиксируют номер шага от начала процедуры, сравнивают сигнал ошибки

10 с его допустимым уровнем и в случае превышения допустимого уровня фиксируют значения контролируемого параметра, равного сумме заданного значения периода временной дискретизации и произведения допусти15 мого отклонения контролируемого параметра на число зафиксированных шагов.