Экстремальный регулятор
Союз Советскик
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
2638763/18-24 (23) П риоритет Госудррстееннык комитет (53) УДК 62-50 (088.8) по лолам нзооретеннй н открытий Опубликовано 30.06.80 бюллетень №24 Дата опубликования описания 30.06 80 / М. А, Москаленко (72) Автор изобретения (7I) Заявитель (54) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР Изобретение относится к автоматике, в част- ности, к адаптивным системам, и предназначено для автоматического определения и поддержания оптимального режима работы объектов с меняющимися и/или неизвестными характеристиками, в том числе обладающими большой инерционностью и/или транспортным запаздыванием и имеющими ограничения на величину хотя бы одного оптимизируемого параметра объекта регулирования и может быть использовано для автоматической оптимизации, например, режимов химических и технологических процессов. Известен двухканальный экстремальный регулятор, содержащий датчики предельных значений технических параметров режима работы агрегата с выходными реле, концевые выключатели, два исполнительных устройства с усилителями и логическими схемами И в схеме управления реверсом, запоминающее устройство с триггером, последовательно соединенные логические ячейки, триггер со счетным входом, источник смещения и реле ограничений (1). Однако этот экстремальный регулятор обладает ограниченными функциональными возможностями в связи с тем, что число оптимизиру-! емых параметров не может быть больше двух, Наиболее близким по технической сущности t и достигаемому эффекту к предлагаемому является многоканальный статистический оптимизатор, содержащий триггер знака, квантователь уровня, связанный с блоком анализа последовательности импульсов, триггер задания шага и скорости поиска и исполнительные механизмы И. Однако этот регулятор имеет непрерывные поисковые колебания в зоне экстремума и обладает ограниченными функциональными возможностями в связи с тем, что не может работать при наличии.ограничейий на величину хотя бы одного оптимизируемого параметра. Цель изобретения — устранение непрерывных поисковых колебаний и расширение функциональных возможностей регулятора. Поставленная цель достигается тем, что, в регулятор дополнительно введены датчики предельных значений параметров, кольцевое пересчет ное устройство. Д-триггер остановки и первый второй и третий элементы ИЛИ, причем третий 744452 3 вход блока анализа последовательности импуль/ сов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом первого элемента ИЛИ, четвертый вход — со вторым входом трец,его элемента ИЛИ, установочными входами кольцевого пересчетного устройства, установочным входом триггера задания шага и скорости поиска и ус тановочным S-входом триггера остановки, пятый вход с выходом триггера зацания шага и скорости поиска, третъим входом квантователя уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов, первый выхбд — с первым входом третьего элемента ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства, второй выход — с установочным 8-входом триггера остановки, выходы кольцевого пересчетного устройства соединены с соответствующими входами блока анализа последовательности импульсов и первыми входами соответствующих исполнительных механизмов, вторые входы которых соединены с выходом триггера знака, третьи входы — с выходом триггера остановки, выходы исполнительных механизмов через датчики йредельных значений I параметров соединены с соотВетствующими входами первого элемента ИЛИ, второй выход квантователя уровня соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и D -и С-входами триггера остановки, и-й выход кольцевого пересчетного устройства соединен с D - и С-входами триггера задания шага и скорости поиска, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым входом квантователя уровня, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом триггера знака. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого универсального многомерного экстремалъног о регулятора. Регулятор содержит триггер 1 знака, исполнительные механизмы 2, квантователь 3 уровня, блок 4 анализа последовательности ймпульсов, триггер 5 задания шага и скорости поиска, датчики 6 предельных значений параметров, первый элемент 7 ИЛИ, кольцевое пересчетное устройство 8, b-триггер 9, остановки с установочными R— - S входами, а также второй и третий элементы 10 и 11 ИЛИ. Первый и второй выходы квантователя 3 уровня соединены с соответству|ощими входами блока 4 анализа последовательности импульсов, третий 50 вход которого соединен со вторым входом второго элемента 10 ИЛИ, четвертый вход со вторым входом третьего элемента 11 ИЛИ, установочными входами кольцевого пересчетного устройства 8, установочными R-входом Ь-триггера 5 задания шага и скорости поиска .и S-входом D-триггера 9 остановки, пятый вход — с выходом триггера 5 задания шага и скорости поиска третьим входом кванто4 )вателя 3 уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов 2, первый выход — с первым входом третьего элемента 11 ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства 8, а второй выход — с установочным R входом О-триггера -9 остановки. Выходы кольцевого пересчетного устройства 8 соединены с соответствующими входами блока 4 анализа последовательности импульсов и первыми входами соответствующих исполнительных механизмов 2, вторые входы которых соединены с выходом триггера 1 знака, а третьи входы — с выходом триггера 9 остановки. Выходы исполнительных механизмов 2 каналов, в которых есть ограничения на величины оптимизируемых параметров, через датчики 6 предельных значений соединены с соответствующими входами первого элемента 7 ИЛИ, Второй выход квантователя 3 уровня соединен с первым входом второго элемента 10 ИЛИ и D-и С-входами 0-триггера 9 остановки и-й выход кольцевого пересчетного устройства 8 соединен с 0- и С входами триттера 5 задания шага и скорости поиска. Выход третьего элемента 11 ИЛИ соединен со вторым входом квантователя 3 уровня. Выход второго элемента 10 ИЛИ соединен со счетным входом триггера 1 знака, Экстремальный регулятор работает следующим образом. В начальный момент времени по импульсу "Пуск" триггер 5 задания шага и скорости поиска устанавливается в состояние "1", триггер 9 остановки — в состояние "1", кольцевое пересчетное устройство 8 — в состояние "1 — О... 0", Импульс "Пуск" через элемент 11 ИЛИ воздействует также Йа второй вход квантователя 3 уровня, устанавливая исходный уговень квантования функции показателя качества, поступающей с выхода объекта регулирования на первый (аналоговый) вход квантователя 3 уровня. Логическая "1" с выхода триггера 5 задания шага и скорости поиска воздействуя на третий вход квантователя 3 уровня, устанавливают его в состояние "Большой шаг" и, воздействуя на четвертый вход исполнительных механизмов 2, устанавливает их в состояние "Большая скорость". Логическая "единица" с выхода первого разряда кольцевого пересчетного устройства 8 воздействует на первый вход первого из исполнительных механизмов 2 и последний начинает изменение первого из оптимизируемых параметров в направлении, определяемом состоянием триггера 1 знака. При этом изменения остальных оптимизируемых параметров не происходит, поскольку на их первые входы соответствующих им исполнительных механизмов 2 воздействует логический "0" с выходом соответствующих разрядов кольцевого пересчетного устройства 8, что соответствует 5 744452 6 запрету включения соответствующих исполни - хк — регулируемый параметр. тельных механизмов 2, Оптимизируемый пара- Последовательности ПЭ вЂ” ПЗ и УЭ вЂ” ПЗ являются . метр Х1 подчиняется одному из неравенств. критерием, что в данном "к»нале регулирования а(х1(b частный экстремум находится вне зоны допуили х )а 5 стимых значении регулируемого параметра и или что найдено ближайшее к экстремуму значение где à, b — предельно допустимые значения функции показателя качества, при котором реоптимизируемогопараметрах1. гулируемый параметр.еще находится в зоне Соответствующий из датчиков 6 предельных допустимых значений. значений по достижении оптимизируемым пара- 10 метром своего предельно допустимого значения Импульс "Переход" поступает на вход такформирует короткий импульс "Предельное зна- товых импУльсов кольцевого пеРесчетного УстРойчение" (ПЗ), воздействующий через элементы ства 8, пеРеводит логическУю "1" в следУю7 и 10 ИЛИ на счетный вход триггера 1 знака, щий его РазРЯд, т.е. в состоЯние "0 — 1 — 0...0", по которому. триггер 1 знака изменяет свое 15 и начинаетсЯ пРоцесс отысканиЯ частного экстРесостояние на противополона ое, что приводит мума по следующему регулируемому параметру. к реверсу соответствующего исполнительного Кроме этого, импульс "Переход" через элементы механизма 2. функция показателя качества с вы- 11 ИЛИ поступает на тРетий вход квантователЯ хода объекта регулирования вслецствие измене- 3 УРовнЯ, УстанавливаЯ в качестве исходного ния параметра х, также изменяется и, в за- уровня квантования для отыскания частного висимости от направления этого изменения, на экстРемума по Регулируемой переменной хк первом выходе кв.нтователя 3 уровня появля- велиУ Ух Хк . ОтыскиваетсЯ ча 1й ются импульсы приближения экстремума (ПЭ) экстРемУм по следУющемУ Регулируемому при изменении функции показателя качества параметру. Далее процесс повторяется до оконна шаг квантования (поиска) по направлению >5 чаниЯ цикла РегУлированиЯ, т.е. до авершениЯ к экстремуму, а на втором выходе квантователя процесса отыскания частного экстремума по по3 уровня появляются импульсы удаления экстре- следнемУ РегУлиРУемомУ паРаметРУ, когда ломума (УЭ) при иэмененщ, функции показа гическаЯ "единица" с выхода последнего, п-го теля качества на шаг квантования по направле- разряда кольцевого пересчетного устройства 8, нию от экстремума. Импульсы УЭ через элементЗО воэдействУЯ íà D-и С-входы тРиггеРа 5 заданиЯ 1Р РЩИ поступают на счетный вход триггера шага и скоРости поиска, пе1.еводит,его в состо1, знака, который по каждому импульсу УЭ, якие "0", что соответствует состоянию кванторавно как и по импульсу ПЗ, изменяет csoe co- вателя 3 уровня "Малый .riaF" и состоянию исстояние на противоположное, что приводит к полнительных механизмов 2 "Малая скорость". реверсу соответствующего исполнительного ме- Циклы Регулирования по всем параметрам с маханизма 2. Последовательность появления импуль- лым шагом поиска (квантованиЯ) и малой скосов ПЭ, УЭ и ПЗ анализируется блоком 4 ана- Ростью иэменениЯ паРаметРов повтоРЯютсЯ" До тех " лиза последовательности импульсов, который поР пока B одном цикле РегулированиЯ во всех формирует на первом выходе импульс "Пере- каналах Регулированил не бУдет обнаРУжена одход" при обнаружении любой иэ последователь- на из последовательностей импУльсов: УЭ вЂ” ПЭ вЂ” УЭ— ностей: — ПЭ вЂ” ПЗ вЂ” УЭ вЂ” ПЗ или УЭ вЂ” ПЗ, каждая из которых ПЗ-УЭ-ПЭ, ПЭ-ПЗ, УЭ-ПЗ. является критерием того, что в соответствующйх После 1овательность ПЗ вЂ” УЭ вЂ” ПЭ является кои указанным последовательностям каналах регутерием того, что в данном канале регулирова лирования с точностью не хуже шага квантования с точностью не хуже шага квантования (по. ния (поиска) обнаружится либо частный экстре45 иска) найден частный экстремум функции пока. мум, либо ближайшее к нему значение функции зателя качества, под которым понимается показателя качества, при котором регулируемый М„,д„=Р„, „Х„(Х„,Х,... Х„ ) I „= с параметр еще находится в зоне допустимых х Х ...x х =сопа1 значений. Поскольку предполагается, что функ1 " _#_11i- л= где f(ii, Х„С).- функции показател»качества ция показателя качества гладкая, обнаружение 5О (здесь и в дальнейшем предпо- укаэанных последовательностей в одном цикле лагается, что эта функция глад- Регулирования во всех каналах регулирования кая и в течение времени,необ является критерием того, что находится либо ходимого для нахождения гло- глобальный. экстремум функции показателя ка- бального экстремума может счи. чества (если он находится в зоне допустимых 55 та ться статической); значений регулируемых параметров), либо бливеличинанайдепногочастотно- жайшее к глобальному экстремуму значение го экстремума функции показа функции показателя качества, при котором ветеля качества; (личины регулируемых параметров еще находят7 744452 ся в зоне допустимых значений. При этом на втором выходе блока 4 анализа последовательйости импульсов формируется короткий импульс, поступающий на установочныи R-вход 0-триггера 9 остановки и переводящий его в состояние "0", что соответствует остановке всех исполнительных механизмов. Если теперь статическая экстремальная характеристика смещается таким образом, что функция показателя качества изменяется по направлению от экстре- 10 мума на величину, равную или большую шагу квантования (поиска), на втором выходе квантователя 3 уровня появляется импульс УЭ, который воздействует на 0- и С-входы триггера 9 остановки, который переходит в состояние "1",15 что приводит к включению исполнительных механизмов. Процесс поиска экстремума повторяется вновь до отыскания новых координат глобального экстремума либо ближайшего к нему значения функции показателя качества, эО при котором величины регулируемых параметров еше находятся в зоне допустимых значений. Использование предлагаемого экстремального регулятора позволяет автоматически оптимизировать режим работы объектов, имеющих ограни-25 чения на величины регулируемых параметров, и при этом не возникает непрерывных поисковых колебаний в зоне экстремума, что позволяет исключить энергозатраты на них. Формула изобретения Экстремальный регулятор, содержащий триггер знака, квантователь уровня, связанный с блоком анализа последовательности импульсов, триггер задания шага и скорости поиска и исполнительные механизмы, о т л и ч а ю щ и йся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей регулятора, в него введены датчики предельных значений параметров, коль. цевое пересчетное устройство, 0-триггер останов- 4 ки и первый, второй и третий элементы ИЛИ, причем третий вход блока анализа последовательности импульсов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом первого элемента HEIM, четвертый вход — со вторым входомтретьего элемента ИЛИ, установочными входами кольцевого пересчетного устройства, установочными входом триггера задания шага и скорости поиска и установочным S-входом триггера остановки, пятый вход — с выходом триггера задания шага и скорости поиска, третьим входом квантователя уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов, первый выход — с первым входом третьего элемента ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства, второй выход— с установочным R-входом триггера остановки, выходы кольцевого пересчетного устройства соединены с соответствующими входами блока анализа последовательности импульсов и первыми входами соответствующих исполнительных механизмов, вторые входы которых соединены с выходом триггера знака, третьи входы — с выходом триггера остановки, выходы исполнительных механизмов через датчики предельных значений параметров соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, второй выход квантователя уровня соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и 0- и С-входами триггера остановки, и-й выход кольцевого пересчетного устройства соединен с 0- и С-входами триттера задания шага и скорости поиска, выход третьего элемента ИЛИ соединен со вторым входом квантователя уровня, выход второго элемента ИЛИ соединен со входом триггера знака. Источники информации, принятые во внимание при экспертиз: 1. Авторское свидетельство СССР N 268533, кл, 6 05 В 13/02, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР 11" 326550, кл, Ст 05 В 13/02, 1970 (прототип). 744452 Составитель А, Лащев Техред М. Петко Корректор Е. Папп . Редактор В, Романенко Закаэ 3788 10 Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ун. Проектная, 4 Тираж 956 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьний 1l303S, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.; д. 4/5
