Устройство для моделирования систем управления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Рес ублик (ц)935965

° .г (б! ) flîïîëíèòåëüìîå к авт. саид-ву (22)Заявлено 24,07.80 (2l) 2961552/18-24 с присоединением заавки № (23)Приоритет (5E)М. Кд.

G 06 F 15/20

Гоаударстеениый квинтет

СССР

Опубликовано 15. 06.82, Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 17. 06 .82 (53) УДК681. 333 (088,8) IIo делай .изаоретеикй и открытий (72) Авторы изобретения

В.М, Крылов, В.А. Давидович и Г

Московский ордена Ленина и ордена р рудового Красного Знамени институт инженеров железнодорсвкногб транспорта

f (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ

УПРАВЛЕНИЯ!

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом исследова- нии качества функционирования автомати зированных, автоматических систем управления многосвязанными объектами, а также нелинейных и адаптивных систем управления с переменными структурами.

Известно устройство, содержащее магнитные усилители, блоки задания начальных параметров систем, регистры коэффициентов связи абсцисс характеристик систем, блоки установки начальных ординат и размерности параметров моделируемых процессов функционирования систем. Устройство позволяет моделировать многомерные экстремальные режимы работы систем управления с учетом нестационарных"реальных процессов изменения их свойств 11( 20

Однако известное устройство не позволяет имитировать совокупности взаимосвязанных процессов, протекаю2 щих в системах, в том числе реакции систем на внешние и внутренние воздействия, описывающих инерционные свойства систем, а также случайные процессы компенсации операторами последствий либо отказов отдельных компонентов систем, либо последствий от перемены структуры в адаптивных системах.

Известно устройство, содержащее блок схем сравнения, блок нелинейностей, интегратор, сумматор, инвертор и блок задержки. Вход блока схем срав» нения подключен к входу сумматора, а выхсщ через блок нелинейностей при. соединен ко входу интегратора, выход которого соединен со входами блока задержки и инвертора, Устройство позволяет моделировать запаздывание систем автоматического регулирования на внешние возмущения, т,е имитировать инерционность систем f 2).

Недостаток устройства — отсутствие возможности моделировать случайные

9359

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор случайных сигналов, генератор тактовых импульсов, блок схем сравнения, блок счетчиков и первый блок регистров, выход которопо подключен к первому входу блока элементов И, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока счетчиков, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а второй выход блока счетчиков подключен к первому блоку схем сравнения, введены блок элементов И-НЕ, второй блок регистров, реверсивнвй счетчик, блок памяти, блок цифра-анало говых преобразователей и блок управления, включающий два коммутатора, >> группу триггеров и группу элементов И, выходы первого коммутатора блока управления подключены соответстпроцессы компенсации операторами последствий отказов агрегатов систем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее генератор случайных процессов, блоки логических элементов И и схем сравнения, блок счетчиков и блок задержки °

Выход генератора случайных процессов через блок логических элементов И подао ключен ко входу схемы сравнения, выход которой через блок задержки соединен со входом блока счетчиков, Устройство позволяет моделировать случайные процессы компенсации операто- д рами последствий отказов с учетом ли,нейной аппроксимации реализаций слу4айных процессов определяющих параметров (3).

Недостаток устройства -.отсутст- ур вие возможности моделирования нестационарных произвольной формы случайных процессов разрегулирования систем, а также случайных процессов, имитирующих скользящий режим систем р с переменной структурой, что приводит к ограничению его функциональных возможностей и к понижению точности получаемых результатов моделирования. 36

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет моделирования совокупности взаимосвязанных нестационарных случайных процессов реакМ ции систем на изменения их структур и на внешние воздействия.

65 4 венно к нулевым входам триггеров группы, единичные входы которых соединены с последним выходом первого коммутатора и первым входом элементов И группы, выход триггеров группы подключены к соответствующему входу второго коммутатора, выходы которого подключены соответственно к вторым входам элементов И группы, первый вход первого коммутатора блока управления соединен с выходом блока схем сравнения, а второй вход первого коммутатора блока управления подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго эле ментов И группы блока управления соединены с первой группой входов блока элементов И-НЕ, выходы третьего и четвертого элементов И группы блэка управления подключены к управляющим входам второго блока регистров соответственно, выходы пятого и шестого элементов И группы блока управ ения и первые входы элементов И руппы блока управления и первые вхо" ды элементов И группы блока управления соединены с управляющими входами блока памяти соответственно, второй вход блока элементов И-НЕ подключен к выходу генератора случайных сигналов и второму входу блока элементов И, выход которого через блок памяти подключен к информационному входу второго блока регистров, первый выход которого соединен со входом блока цифроаналоговых преобразователей, выход которого подключен ко входу генератора случайных сигналов, входы реверсивного счетчика соединены с выходами блока элементов И-НЕ, а выход подключен ко второму входу блока схем сравнения, третий вход которого соединен со вторым выходом второго блока регистров.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для моделирования систем управления; на фиг. 2 -структурная схема блока управления.

Устройство содержит генератор 1 случайных сигналов, генератор 2 тактовых импульсов, блок 3 элементов И-НЕ, блок 4 элементов И, реверсивный счетчик 5, блок 6 счетчиков, блоки 7 и

8 регистров, блок 9 памяти, блок 10 схем сравнения, блок 11 цифро-аналоговых преобразователей, блок 12 управления.

Генератор 1 случайных сигналов содержит источник случайного напряже935965

55 ния с нормальным законом распределения мгновенных амплитудных значений и два триггера Шмитта, включенных на выходе источника напряжения. Генератор 2 тактовых импульсов является типовой автоколебательной схемой, генерирующей импульсы стандартной амплитуды и длительности. Блок 3 содержит элементы И-HE и фактически является преобразователем напряжение-код.

Блок 4 содержит элементы И, к первым входам которых подключен выход генератора 1 случайных си гналов, а ко вторым - выходы блока 7 регистров.

В качестве реверсивного счетчика 5 используется типовая схема с несколькими суммирующими и вычитающими входами. Блок 6 счетчиков состоит из двух счетчиков импульсов. Блоки 7 и 8 регистров содержат типовые Ю -разрядные регистры для приема и хранения информации о случайных процессах.

Блок 9 памяти состоит из стандартных элементов памяти. Блок 10 содержит схемы сравнения, два вычитающих счетчика и два суммирующих. Блок 11 включает в себя два цифро-аналоговых преобразователя. Блок 12 управления состоит из первого коммутатора l3, группы 14, - l45 триггеров, второго у(оммутатора 15, группы 16„ - l6< элементов И.

Устройство работает следующим образом.

Нормированные функции распределений значений моделируемых случайных процессов, а также допустимые уровни изменения определяющих параметров системы поочередно из блока 7 регист" ров заносятся в блок 9 памяти. Одновременно с этим в блоке 10 схем сравнения устанавливаются время моделирования и количество циклов имитации случайных процессов изменения свойств системы. Кроме того, в блоке 10 задаются (переписываются из блока памяти ) значения уровней допусков на выходные параметры. форма каждой реализации моделируемого нестационарного случайного процесса обусловливается интенсивностью потока импульсов, генерируемых в блоке 1. Интенсивность следования импульсов зависит от величин порогов срабатывания триггеров Шмитта. Пороги срабатывания задаются сигналами с выхода блока 8 регистров, поступающих через блок 11 цифро-аналоговых

40 преобразователей на вход генератора 1.

Отсчет времени моделирования осуществляется путем подсчета генерируемых в генераторе 2 тактовых импульсов блоком счетчиков 6. Сигнал переполнения блока 6 свидетельствует об окончании отдельного интервала моделирования. Второй счетчик блока 6 накапливает сведения о количестве промодели рованных и нтервалов.

При наличии управляющих сигналов от блока 12 на выхдде блока 9 памяти появляется код, служащий для задания величин порогов срабатывания триггеров Шмитта в генераторе 1.

Потоки случайных импульсов с выхода генератора 1 через блок 3 элементов И-НЕ поступают на счетные входы реверсивного счетчика 5. В каждый дискретный момент времени на выходе счетчика 5 образуется действительное значение суммарного нестационарного случайного процесса изменения определяющего параметра исследуемой системы.

С помощью элементов И-HE под воздействием сигналов от блока 12, поступающих на вторые входы блока 3, образуются заданные комбинации случайных процессов: внешних и внутренних возмущений, компенсации операторами последствий от возможных отказов агрегатов систем, а также процессов, имитирующих непрерывное настраивание динамических характеристик адаптивных систем с переменной структурой.

Алгоритмы генерирования случайных

Процессов воспроизводятся с помощью блока управления 12.

Нри наличии на первом входе коммутатора 13 сигналов от блока 10 схем сравнения, свидетельствующих о достижении определяющих параметров (параметрами) исследуемой системы допустимых значений, срабатывают триггеры 14 и 14<, Изменение выходных потенциалов триггеров 14 и 14 < приводит к изменению состояния элементов И

16 -16 . Благодаря этому происходит

4 перезапись из блока регистров 8 через блок цифро-аналоговых преобразователей 11 кода порогов срабатывания триггеров Шмитта в генераторе, и на выходе блока 3 формируются заданные совокупности реализаций случайных процессов.

935965

Величины порогов срабатывания триггеров Ымитта устанавливаются такими, чтобы имелась Ьозможность имитации как линейных,,так и нелинейных (квадратичных, параболических, экспо 5 ненциальных и т.п,) реализацией нестационарных случайных процессов изменения,определяющих параметров систем.

Допустимые значения (допуски) на определяющие параметры системы задаются вначале цикла моделирования после переключения триггера 14 и коммутации элементов И 16- и 16 .

В течение каждого цикла моделирования величина определяющих параметров системы сравнивается в блоке 10 с допусками; пре превышении допустимых значений или завершении выбранного интервала моделирования с выхода блока 10 на первый вход блока 12 поступает сигнал очередного цикла моделирования.

В начале очередного цикла моделирования на второй вход блока 4 логи" ческих элементов И с выхода генератора 1 поступает сигнал, .rio которому прй наличии управляющих команд на первых входах блоков 4 и 8 из блока 9 памяти выдается серия значений уров- 36 ней срабатывания пороговых элементов блока

Далее, в следующем цикле моделирования описанные операции повторяются.

При достижении заданного числа циклов имитации в вычитающем счетчике блока 10 появляется "О", после чего в блок 12 управления поступает . сигнал о завершении моделирования.

Суммирующий счетчик блока 10 йри этом о содержит в двоичном коде число имевших место параметрических отказов системы. На основании показаний этих У счетчиков по известным формулам теории надежности вычисляются количественные значения показателей качества, надежности и эффективности системы.

Таким образом, использование до;. .полнительных блоков позволяет значительно рааши рить функциональные возможности устройства, поскольку наряду с линейными случайными процессами воспроизводятся нестационарные случайные процессы, реализации которых имеют фактически любую, наперед заданную форму, причем эти нестационарные случайные процессы могут моделировать не только компенсацию внешних и внутренних возмущающих воздействий на систему (в том числе, как автоматическую компенсацию, так и компенсацию С помощью оператора 1, но и реакцию самонастраивающихся систем на изменение структуры, т.е. скользящий режим фукнционирования адаптивных систем управления. Благодаря этому значительно улучшаются технико-зкономические показатели устройства: увеличивается точность моделирования взаимосвязанных случайных процессов изменения состояний систем и возрастает достоверность получаемых результатов оценки качества систем.

Формула изобретения

Устройство для моделирования систем управления, содержащее генератор случайных сигналов, генератор тактоBbtx импульсов, блок схем сравнения, блок счетчиков, первый блок регистров, выход которого подключен к первому входу блока элементов И, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока счетчиков, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а второй выход блока счетчиков подключен к первому входу блока схем сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения фукнциональных возь ожностей за счет моделирования совокупности взаимосвязанных нестационарных случайных процессов реакции систем на изменения их структур и на внешние воздействия, устройство содержит блок элементов И-НЕ, второй блок .регистров, реверсивный счетчик, блок памяти, блок цифро-аналоговых преобразователей и блок управления, включающий два коммутатора, группу триггеров и группу эЛементов И, выходы первого коммутатора блока управления подключены соответственно к нулевым виодам триггеров группы, единичные входы которых соединены с последним выходом первого коммутатора и первым входом элементов И группы, выходы триггеров группы подключены к соответствующе1 чу входу второго коммутатора, выходь1 оторого подключены соответственно к вторым входам элементов И группы, первый вход первого коммутатора блока управления соединен с выходом блока схем сравнения, а второй вход пер9359 вого коммутатора блока управления подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго элементов И группы блока управления соединены с первой группой входов блока элементов И-НЕ; выходы третьего и четвертого элементов И группы блока управления подключены к управляющим входам второго блока регистров соответственно, выходы пятого и lO шестого элементов И группы блока управления и первые входы элементов И группы блока управления соединены с управляющими входами блока памяти соответственно, второй вход блока эле- l5 ментов И-НЕ подключен к выходу генератора случайных сигналов и второму входу блока элементов И, выход которого через блок памяти подключен к информационному входу второго блока го

65 10 регистров, первый выход которого соединен со входом блока цифро-аналоговых преобразователей, выход которого подключен к входу генератора случайных сигналов, входы реверсивного счетчика соединены с выходами блока элементов И-НЕ соответственно, а выход подключен ко второму входу блока схем сравнения, третий вход которого соединен со вторым выходом второго блока регистров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 589613, кл. G 06 G 7/66, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

633937, кл. G 06 G 7/62, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР

N 209080, кл. G 06 G 7/48, 1966 (прототип).

935965 йю

9 в д

Ко екто В. Братяга ле ю

Подписное

Составитель В. Фукалов

Редактор Т. Парфенова Техред А. Бабинец

Заказ 4214/53 Тираж 731ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 )ОЯ Иосква Ж-Я Раушская наб. «д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,