Экстремальный регулятор для резонансного объекта

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<>979306 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 260681 (21) 3306619/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.82. Бюллетень Мо 45

Дата опубликования описания 07.1282 (И 1М. Кл.з

С..05 В 13/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 62-50 (088. 8) (72) Авторы изобретения

В.Д. Волков, Л.Г. Гольденберг и A.È.,Êóöîâñêèé

Ф

Л

Воронежский инженерно-строительный институт " -"=--: (71) Заявитель (54) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ РЕЗОНАНСНОГО

ОБЪЕКТА

Изобретение относится к самонастраивающимся системам, используемым при автоматическом управлении экстремальными, в частности резонансными, объектами (вибрационными машинами различного назначения, RS -контурами и т.д.) и может быть применено в строительной, горно-обогатительной, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен экстремальный регулятор, используемый для выявления и поддержания экстремума в объектах, обладающих экстремальной статической характеристикой, дрейфующей при изменении внутренних и внешних возмущений, поступающих на объект (11.

Известный регулятор содержит датчик управляющего воздействия, датчик управляемой величины, два пороговых элемента, два дифференциатора, триггер с раздельными входами, два выпрямителя, интегратор, исполнительный механизм и использует особенность резонансных объектоводноэначную зависимость между амплитудными характеристиками объекта, имеющими экстремум (резонансный режим), и его фазовыми характеристиками, изменяющимися монотонно. Регулятор путем использования фазовых характеристик объекта выявляет и поддерживает экстремум в таких резонансных объектах, в которых при резонансе угол фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной (например, между возмущающей силой и амплитудой колебаний в вибрационной машине, между напряжением на входе RLC -контура и напряжением на конденсаторе этого контура) равен Х/2. Объекты с укаэаннык свойством характеризуются высокой добротностью и распространены в технике, однако, не охватывают всего разнообразия резонансных объектов.

Известный регулятор не может быть применен к резонансньм объектам с низкой добротностью, в которых угол фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной при резонансе не равен У/2, следовательно, в которых использование характерных особенностей этого угла и фазовых характеристик в целом не представляется возможнам.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является экстремальный регулятор, содержащий

ЗО датчик управляемой величины с двумя

979306 выходами, последовательно соединенные первые диод, резистор и конденсатор, охваченный первым разрядным ключом, два пороговых элемента, два триггера с раздельными входами, элемент сравнения, выход которого через 5 интегратор и исполнительный механизм соединен со входом объекта,.три формирователя импульсов заданной дли-! тельности, три элемента И, анод первого диода соединен с первым выводом t0 первого выхода датчика управляемой величины, катод первого диода и первый вывод первого резистора заземлены. Второй вывод резистора и первый вывод первого конденсатора 15 соединены со входом первого порогового элемента, а второй вывод первого конденсатора — со вторым выводом первого выхода датчика управляемой величины, первый вывод-второго выхода которого соединен со входом второго порогового элемента, выход которого через третий Формирователь импульсов заданной длительности соединен со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а через второй формирователь импульсов заданной длительности со вторым входом второго триггера с раздельными входами, первый вход которого через первый формирователь импульсов заданной длительности соединен с выходом первого порогового элемента, а выход - с первыми входами первого, второго и третьего элементов И. Выходы первого и второго эле- 35 ментов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого триггера с раздельными входами, первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вто- 40 . рым входом элемента сравнения, а второй выход — с третьим входом первого элемента И и первым входом элемента сравнения. Выход третьего элемента И соединен со входом пер- 45 вого разрядного ключа (2 ).

Известный регулятор осушествляет непрерывный поиск и подцержание экстремума в объектах с низкой добротностью, в которых угол фазового сдвига между управляющим воздействием и управляемой величиной при ре- . зонансе не равен Л/2.

Принципиальной особенностью указанных объектов является то, что их экстремальная характеристика формируется из амплитуд колебаний управляемой величины при различных частотах. Поэтому во времени управляемая величина имеет множество локальных экстремумов и, следовательно, поиск и поддержание экстремальногр (резонансного) режима соответствует поиску и подцержанию глобального экстремума из множества локальных 65 экстремумов, Известный экстремальный регулятор функционирует таким образом, что в нем принципиально имеют место потери на рыскание в окрестности глобального экстремума, поскольку работа регулятора в установившемся режиме характеризуется непрекращающимися автоколебаниями, при которых амплитуда управляемой величины непрерывно колеблется относительно ее максимального значения.

Потери на рыскание являются фактором, который ухудшает точность поиска и подцержания глобального экстремума, Это ограничивает область применения экстремального регулятора, Целью изобретения является повышение точности поиска и поддержания глобального экстремума.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенный экстремальный регулятор введены последовательно соединенные второй диод, второй резистор и второй конденсатор, параллельно которому включен второй ключ, два нуль-органа, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент запрета, четвертый формирователь импульсов, два элемента ИЛИ, второй и третий ключи, третий, четвертый и пятый триггеры. Анод первого диода соединен с первым входом первого нуль-органа, второй вход которого заземлен. Первый вывод второго выхода датчика управляемой величины соединен с анодом второго диода, катод которого и первый вывод второго резистора соединены с первым входом второго нуль-органа,второй вход которого соединен со вторым выводом первого конденсатора. Второй вывод второго конденсатора соединен со вторым выводом второго выхода датчика управляемой величины и заземлен.

Выход первого нуль-органа соединен с первыми входами элемента запрета и пятого триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента запрета, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя импульсов. Выход пятого триггера соединен со вторым входом пятого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего формирователя импульсов заданной длительности; а выход — со вторым входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого порогового элемента, а второй вход — с первым входом пятого элемента И, со входом третьего ключа и с первым выходом четвертого триггера, второй выход которого соединен с первым

979306 входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И и через четвертый формирователь импульсов со входом второго ключа. Выход второго элемента ИЛИ соединен с третьим входом третьего элемента И, Выход первого элемента ИЛИ соединен со вторым входом третьего триггера, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, Первый выход третьего триггера соединен со вторым входом шестого элемента И, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход— с первым входом четвертого триггера, второй вход которого соединен со вторым выходом третьего триггера,,Выход второго нуль-органа соединен с третьим входом шестого элемента И, Первый выход третьего ключа соединен со входом интегратора, а второй выход заземлен.

На фиг.l изображена функциональная схема экстремального регулятора; на фиг.2 — 5 — эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Экстремальный регулятор содержит резонансный объект 1, исполнительный механизм 2, датчик 3 управляемой величины, интегратор 4, первый диод

5, первый резистор 6, первый конденсатор 7, первый 8 и .второй 9 пороговые элементы, первый 10, второй

11 и третий 12 формирователи, второй триггер 13, первый 14, второй

15 и третий 16 элементы И, первый триггер 17, элемент 18 сравнения, первый ключ 19, второй диод 20, второй резистор 21, второй конденсатор 22, второй ключ 23, второй нульорган 24, шестой элемент И 25, третий 26 и четвертый 27 триггеры,второй элемент ИЛИ 28, ключ 29, первый нуль-орган 30, элемент запрета 31, пятый триггер 32 с раздельными входами, пятый элемент И 33, четвертый

Формирователь 34 импульсов, первый элемент ИЛИ 35 и четвертый элемент

И 36.

На фиг.2 - 5 обозначен 0 . напряжение на первом и втором выходах датчика 3, 02 — напряжение на конденсаторе 7, Оз - напряжение на резисторе 6, u+ — напряжение на выходе порогового элемента 8, 05 напряжение на выходе порогового элемента 9, U6 — напряжение на вмходе Формирователя 10 импульсов, V — напряжение на выходе формирова1 теля ll импульсов, ue — напряжение на выходе Формирователя 12 импуль" сов, U9 - напряжение на выходе триггера 13, и« - напряжение на первом выходе триггера 17, U« — напряжение на втором выходе триггера 17, U„> - напряжение на выходе элемента

18 сравнения, Vqq - напряжение на выходе интегратора 4, u« - напряжение на выходе элемента И 14 U gнапряжение на выходе элемента И 15, 5 6

01 - напряжение на выходе элемента

И 16, u

И 15,02ь - напряжение íà первом выходе триггера 27, U 2 - Напряжение на втором выходе триггера 27, 02515 напряжение на первом входе нуль-органа 30, U26 — напряжение на выходе нуль-органа 30,U2 — напряжение на выходе элемента запрета 31, 02з напряжение на выходе триггера 32, U2g - напряжение на выходе элемента

И 33,0 д - напряжение на выходе элемента И 36 .

Экстремальный регулятор для резонансного объекта работает следую25 щим образом.

На вход резонансного объекта 1 от исполнительного механизма 2 поступает управляющее воздействие, приводящее к колебаниям управляемой величины объекта. Эти колебания воспринимаются датчиком 3 управляемой величины, на первом и втором выходах которого Формируется напряжение, L

U„. Для поиска такого значения частоты управляющего воздействия, при котором амплитуда колебаний управляемой величины имеет экстремум, частота изменяется по линейному закону со скоростью, существенно меньшей, скорости изменения управляемой вели40 чины. Линейный закон изменения частотЫ обеспечивается интегратором 4, включенным перед исполнительным механизмом 2.

45 Экстремальный регулятор осуществляет поиск глобального экстремума управляемой величины после включения регулятора и поддержание найденного глобального экстремума без потерь о на рыскание, а также поиск и поддержание глобального экстремума при наличии возмущений, вызывающих дрейф экстремальной характеристики объекта, причем поддержание глобального экстремума без потерь на рыскание .является характерной особенностью предлагаемого экстремального регу- лятора.

Алгоритм поиска глобального экстремума основан на использовании специфических процессов, возникающих в цепи, содержащей последовательно соединейные диод, резистор и конденсатор и подключенной к источни65 ку переменного напряжения °

979306

Процессы, происходящие в такой цепи, рассмотрим на примере цепи (состоящей из первых диода 5, резистора б и конденсатора 7), подключенной к первому выходу датчика 3, на котором формируется напряжение 0

При этом процессы, происходящие в указанной цепи из-за экстремальной зависимости между амплитудой колебаний управляемой величины и частотой колебаний будут зависеть от того, в какой области указанной экстремаль° ной зависимости - дорезонансной или зарезонансной — происходит возрастание или убывание частоты.

Пусть, например, в дорезонансной 15 области происходит увеличение частоты (см.фиг.2). При этом амплитуда каждого последующего интервала положительности напряжения U превосходит амплитуду предыдущего интервала.Это 20 приводит к подзаряду конденсатора 7 на каждом интервале положительности (фиг.2,а, кривая U>), т.е. протеканию импульсов тока через последовательно соединенные диод 5, резистор б, конденсатор 7 и появлению импульсов напряжения на резисторе 6 (фиг. 2,а, кривая 03). При уменьше- нии частоты в дорезонансной области (фиг. 2,5) амплитуда каждого последующего интервала положительности меньше амплитуды предыдущего интервала, подзаряд конденсатора 7 не происходит и импульсы 0 на всех последующих интервалах отсутствуют. Если увеличение частоты происхо.дит в зарезонансной области, то амплитуда каждого последующего интервала положительности меньше амплитуды предыдущего интервала и импульсы

0> на всех последующих интервалах 40 отсутствуют. При уменьшении частоты в зарезонансной области амплитуда каждого последующего интервала поло-. жительности больше амплитуды предыдущего и импульсы 0 появляются на 45 каждом интервале положительности.

50

Поскольку в дорезонансной области каждый импульс последовательности

О возникает позже каждого импульса

Таким образом„движение к экстремуму характеризуется увеличением амплитуды колебаний управляемой величины и появлением импульсов напряжения. 0, пропорциональных току подзаряда конденсатора 7, на каждом интервале положительности. Движение же от экстремума характеризуется уменьшением амплитуды колебаний управляемой величины и отсутствием импульсов напряжения 0з

Алгоритм поиска и поддержания экстремума с учетом вышеизложенного сводится к переключению исполнительного механизма в направление, которое обеспечивает наличие импульсов напряжения 0 на каждом интервале

Ъ положительности управляемой величины. 65

A) Поиск глобального экстремума управляемой величины после включения регулятора и поддержание найденного глобального экстремума без потерь на рыскание.

Для реализации алгоритма поиска и подцержания экстремума импульсы напряжения 0з с выхода резистора б поступают на вход порогового элемента

8, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов напряжения U+ (см.фиг.3), длительность которых равна длительности импульсов напряжения 0 а напряжение U co второго выхода датчика 3 пороговым элементом 9 преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов напряжения 0б длительность которых равна длительности интервалов положительности напряжения О„ . На выходе формирователя 10 импульсов, на вход которого поступают импульсы U4 с выхода порогового элемента 8, возникает последовательность импульсов напряжения

U фиксированной длительности, причем передние фронты импульсов 0< совпадают. с задними фронтами импульсов

04 . На выходах формирователя 11 формирователя 12 импульсов формируются последовательности импульсов напряжения 0 и импульсов напряжения.

08, причем передний фронт импульсов напряжения 0 совпадает с передним фронтом импульсов напряжения 0g,т.е. началом интервала положительности напряжения 0„, а передний фронт импульсов напряжения 0 совпадает с задним фронтом импульсов напряжения

0<, т.е. с концом интервала положительности напряжения 0„

Допустим, экстремальный регулятор включен в работу при некотором, не соответствующем экстремуму значении управляемой величины. Интегратор 4 начинает изменять частоту управляющего воздействия. Пусть далее изменение частоты управляющего.воздействия приводит к увеличению амплитуды управляемой величины, причем для определенности примем, что изменение частоты происходит в дорезонансной области (см.фиг,3). При этом с выхода формирователя 10 импульсов на первый вход триггера 13 поступает последовательность импульсов напряжения Ив, а с выхода формирователя 11 на второй вход триггера 13 поступает последовательность импульсов напряжения 0„, причем импульсы напряжения 06 устанавливают на выходе триггера 13 логический О, а импульсы напряжения логическую 1 .

979306

10 последовательности 01, в конце каж дого интервала положйтельности на выходе второго триггера 13 будет 0 (фиг.3, кривая 0 в дорезонансной области).

Так как выход триггера 13 подключен к первым входам элементов И 14,15 и 16, а на вторые входы всех элементов И напряжение 0 поступает только в .конце каждого интервала положительности напряжения 0, тс независимо от наличия напряжения на третьих входах элемента И 14, элемента И 15 и элемента И 16, на выходах всех элементов И в конце интервала положительности напряжения

U будет 0 . Триггер 17 сохранит 1 на первом выходе (фиг.3, кривая U o ), 0 на втором выходе (фиг. 3, кривая U <), которые, поступая на элемент сравнения 18, формируют на его выходе положительное напряжение (фиг.3, кривая U<>), обеспечивающее возрастание напряжения на выходе интегратора 4 (фиг.3, кривая 0 ) и возрастание частоты управляющего воздействия (наличие 1 на первом выходе триггера 17 и 0 на его втором выходе обусловлено сформулированным выше предположением, что после включения регулятора изменение частоты управляющего воздействия происходит в дорезонансной области и приводит к увеличению амплитуды колебаний управляемой величины, т.е. происходит возрастание частоты управляющего воздействия).

При некотором значении частоты управляющего воздействия управляемая величина достигает глобального экстремума и дальнейшее возрастание частоты управляющего воздействия приводит уже к уменьшению амплитуды колебаний управляемой величины (фиг.3, зарезонансная область). В рассматриваемом случае на интервале положительности напряжения U< импульс напряжения U> и, следовательно, импульс последовательности 0 отсутствуют. Таким образом, на выходе триггера 13 на интервале положительности управляемой величины не устанавливается 0, и к концу интервала на его выходе остается 1, установленная импульсом 0 в начале интервала положительности. напряжения U (фиг.3, кривая О9 ) ° для выявления и запоминания глобального экстремума управляемой величины напряжение 0 со второго вы65 хода датчика 3 поступает на послеТаким образом, в конце интервала положительности, определяемом импульсом последовательности U» на первых и вторых входах элементов

И 14,15 и 16 будут 1, поступающие соответственно с выхода триггера

13 и формирователя 12 импульсов.

Так как в конце интервала положительности напряжения 0„ на третий вход элемента И 14 поступает 0 со второго выхода триггера 17, а на третий элемента И 15— его первого выхода, то на выходе элемента И 14 останется 0 (фиг,3, кривая 01 ), а на выходе элемента

И 15 появится 1 (фиг.3, криваяUqg) !

Одновременно 1 (фиг. 3, кри- вая 01ь ) появится и на выходе . элемента И 16 в предположении, что

10 на его третий вход поступает 1 .

Логическая 1 с выхода элемента

И 15, поступая на второй вход триггера 17, переключает его, и на втором выходе этого триггера появляется

) 5 1 (фиг. 3, кривая 0„„), а на первом выходе — 0 (фиг. 3, кривая Ощо ), которые, поступая на входы элемента

18 сравнения, изменяют знак напряжения 012 на его выходе. При изменении

gp знака напряжения Up, поступающего на интегратор 4, напряжение U< на его выходе начинает уменьшаться, что приводит к уменьшению частоты управ-. ляющего воздействия и увеличению

25 амплитуды управляемой величины.

Одновременно с переключением триггера 17 импульс с выхода элемента

И 16 поступает на вход ключа 19, который обеспечивает разряд конденЗО сатора 7, подготавливая его к новому циклу работы.

На следующем после разряда конденсатора 7 интервале положительности управляемой величины происходит заряд конденсатора 7, появляет 5 ся импульс напряжения Оз и импульс последовательностИ 0Ь ..Согласно вышеизложенному, это не приводит к переключению триггера 17, и при отсутствии в регуляторе других эле40 ментов частота управляющего воздействия продолжала бы уменьшаться, что привело бы к прохождению глобального экстремума и затем к уменьшению амплитуды управляемой величины, 45 т.е. к переходу в дорезонансную область, последующему переключению триггера 17 и .возрастанию частоты управляющего воздействия. Следовательно, возник бы автоколебательный

gp режим (рыскание) в окрестности глобального экстремума.

Для подцержания глобального экстремума без потерь на рыскание необ-. ходимо выявить и запомнить глобаль 5 ный экстРемум управляемой величиныу .сравнить локальный и запомненный глобальный экстремумы на каждом интервале, положительности управляемой величины и прекратить изменение частоты управляющего воздействия при равенстве этих экстремумов.

979306

Пусть напряжение О о при включении регулятора принимает значение 0 .

Тогда напряжение 0, на втором выходе триггера 26, поступающее на второй вход триггера 27, принимает 45 значение 1, а напряжение 02 на выходе элемента И 25, поступающее на первый вход триггера 27 - значение 0 . При такой комбинации напряжений 0 . и Цр напряжение ид3 на первом выходе триггера 27 принимает значение 0, а напряжение 02 на его втором выходе, поступающее через элемент ИЛИ 28 на третий вход элемента И lá, пРинимает значение 1 .

В соответствии с вышеизложенным в процессе поиска глобального экстремума управляемой величины при переходе в зарезонансную область (фиг.3), на выходе элемента И 16 формируется импульс. напряжения 0 <, включающий ключ 19, который обеспечивает разряд конденсатора 7, подготавливая

его к новому циклу работы. Так как суммы напряжений 0> и 0> 0„„ и 0 становятся не равными друг другу

50 довательно соединенные диод 20, резистор 21 и конденсатор 22, охваченный ключом 23. В описанной выше работе регулятора в дорезонансной области напряжение U на конденсаторе 22 изменяется аналогично напряжению 0< на конденсаторе 7, а напряжЕние 0 8 (Фиг.3) на резисторе 21 изменяется аналогично напряжению из на резисторе 6.. При этом знаки напряжений 0 и U„, а также U и и противоположнй, поскольку в цепй, состоящей из первых диода 5, резистора б и конденсатора 7, заземлен первый вывод резистора 6, а в цепи, состоящей из вторых диода

20, резистора 21 и конденсатора 22, заземлен второй вывод конденсатора

22. Сумма напряжений 0 и 0>, а также сумма напряжений 0 и U 6 поступают соответственно на первйй и второй входы второго нуль-органа 24, на выходе которого при равенстве этих сумм по абсолютной величине появляется напряжение 0<> (фиг.3) прямоугольной формы, длительность которого равна интервалу равенства сумм напряжений 02 и 0, 0 . и 0

Напряжение Ц, поступает на тре тий вход элемента И 25, на первый вход которого поступает напряжение

06 с выхода Формирователя 10 импульсов заданной длительности, а на второй вход — напряжение 0> с первого выхода триггера 26. Поскольку триггер 26 управляется импульсными входными напряжениями, при включении регулятора напряжение О о на первом выходе триггера 26 неопределенно и может принимать значения либо 0,. либо 1 °

1 по абсолютной величине, напряжение на выходе нуль-органа 24 становится равньм нулю и, следовательно, напряжение U> на выходе элемента И 25 остается равным нулю. Напряжение 0 поступает также на первый вход триггера 26, переключая его. В результате этого напряжение U>o на первом выходе триггера 26 принимает значение 1, а напряжение Uz„на его втором выходе — значение 0 .

На следующем после разряда конденсатора 7 интервале положительности управляемой величины он вновь зарядится до амплитудного значения напряжения И, соответствующегo глобальному экстремуму, характеризуемому после прекращения заряда конденсатора 7 наличием импульсов

U и U< . При этом напряжение U на выходе нуль-органа 24 принимает значение 1, так как равны суммы напряжений 02 и U>, 011 и 018 на его входах. Напряжение и э поступает на третий вход элемента И. 25, на второй вход которого поступает напряжение

0 р 1 с выхода триггера 26. При поступлении импульса 0ь на первый вход элемента И 25 на его выходе

1 формируется прямоугольный импульс напряжения 0 (фиг. 3), длительность которого равна длительности имп ульса 0ь . Напряжение V>< поступает На первый вход триггера 27, переключая

его, причем сигнал 1 появляется на первом (напряжение 0, фиг.3), а сигнал 0 (напряжение 0, фиг.3) на втором выходах триггера 27.

Таким образом, равенство сумм напряжений 0 и U, 0 и 0, т.е. появление 1 на первом и 0 на втором выходах триггера 27, соответствует достижению управляемой величиной U глобального экстремума.

При этом сигнал 1 (напряжение

0 >, Фиг.3) с первого выхода триггера 27 поступает на управляющий вход ключа 29, включая его. Ключ 29 шунтирует вход интегратора 4, и напряжение 0„ на его выходе перестает изменяться. Неизменяющемуся напряжению U„> соответствует постоянная частота колебаний резонансного объекта 1, определяющая глобальный экстремум управляемой величины.

Регулятор поддерживает глобальный экстремум до тех пор, пока из-за действующих на резонансный объект 1 возмущений., например из-за дрейфа амплитудно-частотной характеристики резонансного объекта 1 амплитуда колебаний не изменится.

Б) Поиск глобального экстремума при наличии возмущений.

Алгоритм поиска глобального экстремума при наличии возмущений состоит в выявлении влияния возникшего

14

979306

13 возмущения, из-за которого запомненное ранее значение экстремума перестает быть глобальным, и включение регулятора на поиск нового значения глобального экстремума по алгоритму, изложенному в й.А.

Выявление влияния возмущения осуществляется косвенно путем анализа изменения амплитуды колебаний управляемой величины на каждом интервале ее положительности при неизменяющейся частоте управляющего . воздействия (неизменяющаяся частота управляющего воздействия, согласно вышеизложенному, соответствует поддержанию глобального экстремума) .

Анализ изменения амплитуды колебаний управляемой величины на каждом интервале ее положительности осуществлялся и ранее при поиске глобального экстремума после включения регулятора и поддержания найденного глобального экстремума без потерь на рыскание. Однако при поиске глобального экстремума после включения регулятора в результате анализа изменения амплитуды колебаний управляемой величины выявлялся факт возрастания амплитуды, но однозначно не выявлялся факт постоянства амплитуды или ее убывания, поскольку та и другая ситуации характеризуются отсутствием подэаряда конденсатора

7. При поддержании найденного глобального экстремума без потерь на рыскание были равны глобальный и локальный экстремумы управляемой величины, т.е. амплитуда. колебаний постоянна, а амплитуда колебачий управляемой величины увеличена по сравнению с запомненным глобальным экстремумом, но амплитуда не уменьшалась.

Для поиска же глобального экстремума при наличии возмущений необходимо однозначно выявить факт уменьшения амплитуды колебаний управляемой величины по сравнению с запомненньж глобальным эксремумом, поскольку .факты постоянства амплитуды и ее увеличения однозначно выявлялись и ранее (см.п.A).

Для выявления уменьшения амплитуды колебаний управляемой величины по сравнению с запомненным глобальным экстремумом используется характерная особенность цепи иэ последо- вательно соединенных первого диода

5, первого резистора 6 и первого конденсатора 7, состоящая в том, что на диоде 5 выделяется разность напряжения О„ и суммы напряжений 02 и 0 (фиг.4, кривая 0 5 ) .(Диод 5 принят идеальным, т.е. при протекании зарядного тока конденсатора 7 падение напряжения на диоде 5 равно нулю) . Напряжение U25 имеет нулевые участки на интервалах положительности управляемой величины, если амплитуда колебаний управляемой величины на каждом последующем интервале ее положительности превышает амплитуду колебаний на предыдущем интервале, т.е. при протекании через конденсатор 7 импульсов зарядного тока, и не имеет нулевых участков на интервалах положительности управляемой

10 величины, если амплитуда колебаний управляемой величины на каждом последующем интервале ее положительности меньше амплитуды колебаний на предыдущем интервале. Таким образом, 15 отсутствие нулевых участков в напряжении V2g на интервале положительности управляемой величины однозначно определяет факт уменьшения ее амплитуды.

Пусть, амплитуда колебаний управляемой величины уменьшилась относительно запомненного ранее ее глобального экстремума, причем новому экстремальному значению амплитуды колебаний управляемой величины соответствует меньшая частота.

Напряжение 025 поступающее на первый вход нуль-органа 30, второй вход которого заземлен, формирует на его выходе напряжение 02ь (фиг.4), принимающее значение 0, если напряжение U25 не равнО нулю, и 1, если напряжение U25 равнО нулю.

З5 Таким образом, при уменьшении амплитуды колебаний управляемой величины 0 относительно запомненного на конденсаторе 7 уровня напряжений

U2 на выходе нуль-органа 30 форми40 руется 0 на всем периоде колебаний управляемой величины.

Напряжение U2I, поступает на первые входы элемента запрета 31 и триг45 гера 32. Так как первый вход элемента запрета 31 является инверсньм, .то при появлении на его втором входе импульса U> на его выходе формируется напряжение UZ-I (фиг.4) .в виде

50 импульccl TIpRMG ÃoëüнОЙ фОрмы, длительность которого равна длительности импульса U> . Напряжение

Hcf BTOPOA BXOP TPlII— гера 32 и переключает его, поскольку напряжение U26 на первом входе триггера 32 равно нулю. На выходе триггера 32 .появляется сигнал 1 (фиг.4, напряжение ()2я ), поступающий на второй вход элемента И 33, на первом входе которого уже имеется сигнал 1 (фиг.4, напряжение

02 ). При появлении импульса 0э на третьем входе элемента И 33 на его выходе появляется отличное от нуля напряжение 02з (фиг.4), которое че65,рез формирователь 34 импульсов вклю979306

15 чает разрядный ключ 23. Ключ 23 шунтирует конденсатор 22, подготавливая ее к новому циклу работы, Одновременно напряжение О э поступает через элемент ИЛИ 2В на третий вход элемента И 16 и при наличии отличных от нуля напряжений ОВ и UЗ на его первом и втором входах на выходе элемента И 16 появляется импульс напряжения О„ц, включающий ключ 19 °

Ключ 19 шунтирует конденсатор 7, 10 подготавливая его к новому. циклу работы (т.е. разряды конденсаторов

7 и 22 происходят одновременно).

Кроме того, напряжение О э через элемент ИЛИ 35 поступает на второй 15 вход триггера 26, переключая его, что, как следует из изложенного в п.A приводит к переключению триггера 27 и появлению 1 на его втором выходе (напряжение О д,. фиг.4) 2п и 0 на первом выходе (напряжение О, фиг.4).

Логический 0 с первого выхода триггера 27 выключает ключ 29, и на выходе интегратора 4 напряжение начинает уменьшаться, приводя к изменению частоты и амплитуды колебаний управляемой величины. Изменение частоты колебаний управляемой величины осуществляется до зна- З< чения, соответствующего новому глобальному экстремуму управляемой величины. При достижении нового глобального экстремума напряжение U>4 на втором выходе триггера 2? и напряжение Ug9 на выходе элемента И 33 принимают значения 0, что приводит к запрещению импульсов О< на выходе элемента И 16, а напряжение О з на первом выходе триггера 27 принимает значение 1, включающей ключ 29, Таким образом, уменьшение амплитуды колебаний управляемой величины относительно запомненного ранее глобального экстремума приводит к возникновению описанных в п.A процессов 45 поиска и поддержания экстремальным регулятором нового глобального экстремума.

Допустим, теперь произошло увеличение амплитуды колебаний управляе- 5() мой величины относительно запомненного ранее ее глобального экстремума,, причем новому значению глобального экстремума соответствует большая частота колебаний (фиг.5). 55

В этом случае на выходе нуль-оргага 30 формируется напряжение О в виде импульсов прямоугольной формы, длительность которых равна длительности нулевых участков напряжения

О, формируемого на диоде 5, причем импульсы напряжения О формируются .после формирования импульсов u> соответствующих началам интервалов положительности управляемой величины. 65

Напряжение О поступает на первый вход триггера 32 и переключает его таким образом, что к концу интервала положительности управляемой величины напряжение О> (фиг.5) на его выходе принимает значение 0 .

В соответствии с вышеизложенным, это приводит к нулевым значениям напряжений О и V>, т.е. к отсутствию разряда конденсаторов 7 и

22.

В Соответствии с изложенным в п.А увеличение амплитуды колебаний управляемой величины приводит к протеканию зарядного тока по резистору

6 и, следовательно, к формированию импульсов и . Напряжение О„ поступает на первый вход элемента И 36, на второй вход которого поступает напряжение U>> с первого выхода триггера 27. Поскольку напряжения

04 и О имеют значения 1, на выходе элемента И 36 формируется напряжение О ц (фиг.5) 1, через элемент ИЛИ 35 переключающее триггер

26 и, следовательно, триггер 27, на первом выходе которого формируется 0 .(напряжение О, фиг.5),а на. втором выходе 1 (напряжение Op i, фиг. 5). Логический 0 с первого выхода триггера 27 поступает на первый вход элемента И 36, запре- . щая формирование импульсов напряжения Оз на его выходе, а также выключает ключ 29. Напряжение О на выходе интегратора 4 начинает изменяться, приводя к изменению частоты и амплитуды колебаний управляемой величины.

Изменение частоты колебаний управляемой величины происходит до тех пор, пока ее амплитуда не достигнет нового глобального экстремума. При достижении нового глобального экстремума, как показано выше, напряжение

U<+ на втором выходе триггера 27 и напряжение О>З на выходе элемента

И 33 принимают значения 0, что приводит к запрещению импульсов О.( на выходе элемента И 16, а напряжение О на первом выходе триггера 27 принимает значение 1, включающей ключ 29. Ключ 29 шунтирует вход интегратора 4 и напряжение

О„ на его выходе, а, следовательно, частота и амплитуда колебаний управляемой величины перестают изменяться.

Таким образом, предлагаемый экстремальный регулятор обеспечивает поиск и поддержание глобального экстремума управляемой величины в объектах с низкой добротностью без потерь на рыскание как при отсутствии возмущений, так и при их наличии.

Благодаря устранению рыскания в окрестности глобального экстремума

979306 появляется воэможность применения экстремального регулятора на резонансных объектах с низкой добротностью, в которых по технологическим соображениям колебания амплитуды управляемой величины недопустимы, Это повышает технико-экономическую эффективность, достигаемую примене-. нием экстремального регулирования.

Формула изобретения

Экстремальный регулятор для резонансного объекта, содержащий последовательно соединеннные датчик управляемой величины с двумя выходами, первый диод, первый резистор и первый конденсатор, параллельно которому включен первый ключ, два пороговых элемента, два триггера, элемент сравнения, выход которого через интегратор и исполнительный механизм соединен с входом резонансного объекта, три формирователя импульсов и три элемента И, причем катод первого диода и первый вывод первого резистора заземлены, второй вывод резистора и первый вывод первого конденсатора соединены с входом первого порогового элемента, а второй вывод первого конденсатора соединен со вторым выводом первого выхода датчика управляемой величины, первый вывод второго выхода которого соединен с входом второго порогового элемента, выход которого через третий формирователь импульсов соединен со вторыми входами первого, второго и третьего элементов И, а через второй формирователь импульсов со вторым входом второго триггера, первый вход которого через первый формирователь импульсов соединен с выходом первого порогового элемента, а выход — с первыми входами первого, второго и третьего элементов И, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с первым и вторым входами первого триггера, первый выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и с первым входом элемента сравнения, а второй выход — с третьим входом второго элемента И и со вторым входом элемента сравнения, выход третьего элемента И соединен с вхо" дом первого ключа, о т л и ч а ющ,и и с я тем, что, с целью повышения точности работы регулятора, введены последовательно соединенные второй диод, второй резистор и второй конденсатор, параллельно которому включен второй ключ, два нульоргана, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент запрета, четвертый формирователь импульсов, два элемента ИЛИ,второй и третий ключи, третий, четвертый и пятый триггеры, причем анод первого диода соединен с первым входом первого нуль-органа, второй вход которого заземлен,первый вывод второго выхода датчика управляемой величины соединен с анодом второго диода, а катод и первый вывод второго резистора - с первым входом второго нуль-органа, второй 0 вход которого соединен со вторым выводом первого конденсатора, второй вывод второго конденсатора соединен со вторым выводом второго выхода датчика управляемой величины и за15 землен, выход первого нуль-органа соединен с первыми входами элемента запрета и пятого триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента запрета, второй вход которого соединен с выходом второго Формирователя импульсов, выход пятого триггера соединен со вторьм входом пятого элемента И, третий вход которого соединен с выходом третьего

yg формирователя импульсов, а выход — с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом четвертого. элемента И, первый вход которого соединен с выходом

ЗО первого порогового элемента, а второй вход — с первым входом пятого элемента И, с входом третьего ключа и с первым выходом четвертого триггера, второй выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом пятого элемента И и через четвертый формирователь импульсов с входом второго ключа, а выход второго элемента ИЛИ соединен с третьим

40 входом третьего элемента И, выход первого элемента ИЛИ соединен со вторьм входом третьего триггера, первый вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый

45 выход третьего триггера соединен со вторым входом шестого элемента И, первый .вход которого соединен с выходом первого формирователя импульсов, а выход - с первым входом четgO вертого триггера, второй вход которого соединен со вторым выходом третьего триггера, выход второго нуль-органа соединен с третьим входом шестого элемента И, первый вы 5 ход третьего ключа соединен с входом интегратора, а второй выход заземлен.

Источники информации, О принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 590695, кл. G 05 В 13/02, 1978, 2. Авторское свидетельство СССР

Р 798705, кл. G 05 В 13/02, 1981 (прототип), 979306.

Ы3ерми- Роит мойыьмого ястрсffur майе- чули npu luprygrnuu luldcpwrruc г л&юж (bp

bg

l/g

bjg бк

ding фу бо

Составитель В. Фунтова

Редактор Л. Утехина: Техред I:1.ÊoL"òóðà Корректор У. Пономаренко

Заказ 9527/30 Тираж 440 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по. делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4