Устройство для экстремального регулирования

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (ii) 860000 (61) Дополнительное к авт, свмд-ву (22) Заявлено 210979 (21) 2828752/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 300881.Бюллетень ¹ 32

Дата опубликования описания 30.0881 (511 М. Кл.з

G 05 B 13/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

А.P. Петрушев, А.С. Перминов, И.Г. Котлубо -.кий . и В.Г. Шевченко

Государственный проектно-конструкторский и научноисследовательский институт по автоматизациии угольной промышленности и Куэбасский политехнический институт (71) 3аявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Изобретение относится к автомати-i ческому управлению и может быть использовано для автоматического регулирования объектами в условиях помех.

Известна система автоматического регулирования индетерминированными объектами, в которой предусмотрено наличие как положительной, так и отрицательной обратных связей, что позволяет осуществить регулирование выходного сигнала объекта в условиях помех, вызывающих отклонение выходно-. го сигнала от оптимального (11.

Недостатками известного устройства

25 являются невысокая скорость отыскания экстремума и, как результат, его малое быстродействие. Недостатки обусловлены тем, что система ожидает прекращения дрейфа статической харак"

3Р теристики, а не гасит его, что не эфОднако при воздействии на объект помехи, вызывающей дрейф статической характеристики, данная система не устраняет, а лишь усредняет его.Это обусловлено тем, что при частоте дрейфа больше частоты опроса, система, суммируя положительную и отрицательную составляющие дрейфующего выходного сигнала объекта, формирует приращение входного сигнала объекта пропорционально усредненному рассогласованию между значениями выходного сигнала объекта и его оптимальным уровнем за период опроса. При совпадении частоты дрейфа выходного сиг ала объекта с частотой опроса система теряет устойчивость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для экстремального регулирования,содержащее генератор импульсов и последовательно соединенные запоминающий регистр, оптимизатор и исполнительный механизм, выход которого соединен со входом объекта регулирования, подключенного выходом через последовательно соединенные датчик обратной связи и элемент И ко второму вхо15 ду оптимизатора, первый и второй выходы генератора импулъсов соединены соответственно со вторым входом датчика обратной связи и третьим входом оптимизатора, второй и третий вы20 ходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами запоминающего регистра 12).

860000 фективно при наличии длительного дрейфа статической характеристики, Цель изобретения — повышение скорости отыскания экстремума в условиях помех, вызывающих дрейф статической характеристики и быстродействия устройства.

Указанная цель достигается тем,что устройство для экстремального регулирования содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер и формирователь сигнала регулирования, первый вход которого соединен со входом генератора импульсов, второй вход — co вторым входом датчика обратной связи, третий вход — с первым выходом оптимизатора, четвертый вход — с вторым входом блока сравнения и выходом запоминающего регистра, пятый вход — с выходом датчика обратной связи и вторым входом блока сравнения, а выход — co вторым входом исполнительного механизма,второй вход триггера соединен со вторым входом запоминающего регистра, а второй выход — со вторым входом элемента И.

Кроме того, формирователь сигнала регулирования содержит формирователь коэффициента регулирования,первый, второй, третий и четвертый блоки умножения, первый и второй сумматоры, вычислитель и блок памяти,первый вход которого соединен с выходом вычислителя и с выходом формирователя сигнала регулирования, второй и третий входы соответственно — со вторым и третьим входом формирователя сигнала регулирования, а выход— с первым входом вычислителя, первый вход формирователя сигнала рассогласования соединен с первыми входами блоков умножения, четвертый вход— со вторыми входами второго и четвертого блоков умножения, третьими входами подключенными к первому выходу формирователя коэффициента регулирования, второй выход которого соединен со вторыми входами первого и третьего блоков умножения, а вход— с третьими входами первого .Н третьего блоков умножения и с пятым входом формирователя сигнала регулирования, выходы первого и второго блоков умножения соединены через первый суюаатор с первым входом вычислителя, а выходы третьего и четвертого блоков умножения через второй суммагор подключены ко второму входу вычислителя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства экстремального регулирования, на фиг. 2 - то же, формирователя регулирующих сигналов, на фнг. 3 - зависимость параметров копания экскаватора ЭКГ-8И от толщины стружки для глинистых грунтов.

Устройство экстремального регулированкл (фиг. 1) содержит объект 1 регулирования с экстремальной характеристикой, датчик 2 обратной связи. преобразующий выходной сигнал объекта из аналоговой формы в цифровую, экстремальный оптимизатор 3, отрабатывающий поиск экстремума и выделяющий сигнал наличия дрейфа, генератор 4 импульсов, запоминающий регистр

5, элемент И 6, триггер 1, переключающий контуры регулирования, формирователь 8 сигнала регулирования, блок 9 сравнения, формирующий сигнал равенства текущего и фиксированного значений выходного сигнала объекта, исполнительный механизм 10, пятый 11, четвертый 12,второй 13, первый 14 и

15 третий 15 входы формирователя сигнала регулирования, выходом которого является клемма 16. формирователь 8 сигналов регулирования (фиг. 2) содержит формирователь

17 коэффициентов регулирования,первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 блоки умножения, первый и второй сумматоры 22 и 23, вычислитель

24 и блок 25 памяти.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал объекта 1 регулирования через датчик 2 обратной связи и элемент И б поступает на экстремальный оптимизатор 3. Датчик 2 и экстремальный .оптимизатор 3 работают от генератора 4 (опорных) импульсов, который выдает две частоты, сдвинутые одна относительно другой на полпериода. На экстремальный оптимизатор 3 также поступает значение выходного сигнала объекта, измеренное за предыдущий цикл опроса и зафиксированное

® в запоминающем регистре 5. Сформированный в экстремальном оптимизаторе

3 сигнал регулирования через исполнительный механизм 10 поступает на вход объекта 1 регулирования, осуще4$ ствляя поиск экстремума.

При появлении помехи, вызывающей дрейф выходного сигнала объекта 1 регулирования, экстремальный оптимизатор 3 выдает нулевой сигнал на реЯ гистр 5, который фиксирует значение выходного сигнала в момент времени, предшествующий появлению дрейфа вы ходного сигнача объекта 1 регулирования, и на триггер 7, который закрывает элемент И б, подготавливает к работе формирователь 8 сигналов регулирования и переключает генератор 4 в новый режим работы. Генератор 4 выдает повышенную частоту опроса на датчик 2, а на экстремальный оптими40 затор 3 подача частоты прекращается.

Таким образом, при появлении дрей фа выходного сигнала объекта контур поиска экстремума отключается и включается контур регулирования лрейИ фа.

860000

Формула изобретения

Формирователь регулирующих сигналов работает по алгоритму а („-ЬЧ, Х =х

"+ " о Л + д ( к где х,x — значения входных сигна11 И+Л 5 лов объекта для и и (пл1)-гошага регулирования, у — значение выходного сиги кала для и-го шага регулирования (текущее !

О значение), у — фиксированное значение к. выхсдного сигнала, измеренное в момент, предшествующий появлению дрейфа статической характеристики, O,Ü вЂ” коэффициенты регулирования, занисящие от динамических свойств 20 объекта.

Коэффициенты регулирования c} и Ь, сформированные в формирователе 17 (фиг. 2), подаются на блоки 18-21 умножения, причем — на блоки 18 и >S

20 умножения, а Ь вЂ” на блоки 19 и

21 умножения. При прохождении точки экстремума подача коэффициентов происходит в обратном порядке. Кроме того, на блоки 19 и 21 умножения по входу 12 подается фиксированное значение выходного сигнала. Сигналом по входу 14 блоки 18-21 умножения подготавливаются к работе, н этот же момент по входу 11 на блоки 18 и 20 умножения поступает текущее значение выходного сигнала объекта. Блок

18 умножения формирует произведение .первого коэффициента регулирования

О на текущее значение выходного сигнала („, блок 19 — произведение вто- 40 рого коэффициента регулирования Ь на фиксированное значение выходного сигнала ЧК, блок 20 умножения — произведение второго коэффициента регулирования Ь на текущее значение выходно- 4g го сигнала (и, а блок 21 умножения произведение первого коэффициента регулирования а на фиксированное значение выходного сигнала („ .Эти произнедения попарно суммируются в сумматорах 22 и 23 согласно алгоритму. В вычислителе 24 осущестнляется деление одной суммы на другую и перемножение частного от деления на фиксированное значение входного сигнала х>, поступившего по входу 15 и зафиксированного в блоке 25 памяти. Регулирующий сигнал х .Л, сформированный в вычислителе 24, поступает на выход 16 и на блок 25 памяти, обновляя содержащуюся н нем информа- ФО цию. Для синхронизации режима работы блока 25 памяти на него подается частота по входу 13.

Изобретение может быть использовано, например, в системе автоматичес- 65 кого управления экскаватором типа мехлопаты для экстремального регулирования процесса копания. Целью регулирования янляется нахождение и поддержание максимального значения мощности копания N, представляющей собой произведение скорости подъема V на его усилие P (фиг. 3), независимо от крепости горных пород. Это достигается изменением толщины стружки посредством регулирования механизма напора рукояти экскаватора. В данном случае особо опасен дрейф характеристики мощности в зоне максимума, который не только не позволит оптимизировать траекторию копания, но и можЕт ВЫЗВатЬ НЕжЕЛатЕЛЬНЫЕ дИНаМиЛЬ=кие перегрузки рабочего оборудования (подъемных канатов, зубьев ковша), значительно снижающие срок его службы. Оптимизация траектории копания позволяет уменьшить время копания ,по предварительным расчетам на 20%.

Учитывая то, что время копания составляет примерно 30% от общего времени экскаваторного цикла, можно определить общее уменьшение времени экскаваторного цикла, а следовательно, и повышение производительности экскаватора. Оно составляет около 6%. Кроме того, применение дан ной системы регулирования повышает работоспособность канатов подъемного механизма на 25%.

Таким образом, в результате применения данного способа и предлагаемой сйстемы экстремального регулирования техническая производительность экскаватора-мехлопаты повышается на 6%, а работоспособность подъемных канатов — на 25%.

1. Устройство для экстремального регулирования, содержащее генератор импульсов и последовательно соединенные запоминающий регистр, оптимизатор и исполнительный механизм,ныход которого соединен со входом объекта регулирования, подключенного выходом через последовательно соединенные датчик обратной связи и элемент И ко второму входу оптимизатора, первый и второй ныходы генератора импульсов соединены соответственно со вторым входом датчика обратной связи и третьим входом оптимизатора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами запоминающего регистра, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства в условиях дрейфа статической экстремальной характеристики, оно содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер и формирователь сигнала регулирования, первый вход

860000.. .оторого соединен со входом генератора ж»ачульсов, второй вход — со вторым входом датчика обратной связи, третий вход — с первым выходом оптимизатора, четвертый вход - со вторым входом блока сравнения и выходом запоминающего регистра, пятый вход с выходом датчика обратной связи и вторым входом блока сравнения,а выход — co вторым входом дополнительного механизма, второй вход триггера соединен со вторым входом запоминающего регистра, а второй выход — со вторым входом элемента И.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирова- 15 тель сигнала регулирования содержит формирователь коэффициента регулированчR; первый, второй, третий и четL Bp-!r= блоки умножения, первый и второй сумматоры, вычислитель и блок 20 памяти, первый вход которого соединен с выходом вычислителя и с выходом формирователя сигнала регулирования, второй и третий входы соответственно — со вторым и третьим входом фор- 25 мирователя сигнала регулирования, а выход — с первым входом вычислителя, первый вход формирователя сигнала рассогласования соединен с первыми входами блоков умножения, четвертый вход — со вторыми входами второго и четвертого блоков умножения, третьими входами подключенными к первому выходу формирователя коэффициента регулирования, второй выход которого соединен со вторыми входами первого и третьего блоков умножения, а вход— с третьими входами первого и третьего блоков умножения и с пятым входом формирователя сигнала регулирования, выходы первого и второго блоков умножения соединены через первый сумматор с первым входом вычислителя,а выходы третьего и четвертого блоков умножения через второй сумматор подключены ко второму входу вычислителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 598021, кл. G 05 В 13/00, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

9 302894, K . G 05 B 13/01, 1973 (прототип).

1Z 19

/ac. l

fS (Риа. 3

Составитель,А. Лащев

Редактор А..Лежннна Техред А. Бабинец Корректор С. Корниенко

Заказ 7545/70 Тираж 940 Подписное

ВНИИПИ Государственногс комитета СССР по делам изобретений и открытий

11.3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ьнлнал flllll "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4