Устройство для моделирования оптимальной системы управления

 

Изобретение относится к гибридной вычислительной технике. С целью повьшения точности моделирования оптимального управления объектом с распределенными параметрами в устройство введены блок 13 оптимизации, второй генератор 11 импульсов и блок 12 определения окончания переходного процесса , первь1й и второй входы которогосоединены с выходом блока 6 задания W Фиг.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

A 1 (19) (11) (51) 4 G 06 G 7/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3856483/24-24 (22) 14.02.85 (46) 07.08.86. Бюл. Р 29 (7 1) Одесский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (72) В.Е.Прокофьев, В.И.Коновец и Я.Лясковски (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1) 928378, кл. С 06 С 7/66, 1980.

Авторское свидетельство СССР

9 1023353, кл. G 06 С 7/66, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к гибридной вычислительной технике. С целью повьппения точности моделирования оптимального управления объектом с распределенными параметрами в устройство введены блок 13 оптимизации, второй генератор t1 импульсов и блок 12 определения окончания переходного процесса, первый и второй входы которого соединены с выходом блока 6 задания

1249549 эталонного напряжения и выходом RCсетки 1 соответственно, третий вход блока 12 определения окончания переходного процесса подключен к инверсному выходу первого генератора 10 импульсов, выход блока 12 соединен с первым входом блока 13 оптимизации, второй и третий входы которого подключены к прямому и инверсному выходам первого генератора 10 импульсов соответственно, четвертый вход блока

13 оптимизации, как и второй вход цифрового блока 14 регулируемой задержки, подключен к выходу второго генератора 11 импульсов, выход блока 13

Изобретение относится к гибридной вычислительной технике и предназначено для автоматического решения задач оптимального по быстродействию управления системами с распределительными 5 параметрами при наличии множеств ограничений на входные и выходные коор.динаты.

Цель изобретения — повышение точ ности моделирования.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для моделирования оптимальной системы управления, на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит RC-сетку вместе с блоком задания начальных ус ловий, управляемый стабилизатор 2 тока, компаратор 3, коммутатор 4, блок

5 задания максимально допустимого

20 входного воздействия, блок 6 задания эталонного напряжения, триггер 7, блок 8 ограничителей, элемент ИЛИ 9, первый генератор 10 импульсов, второй

25 генератор 11 импульсов, блок 12 определения окончания переходного процесса, блок 13 оптимизации, цифровой блок 14 регулируемой задержки.

Блок 12 определения окончания переходного процесса содержит дифференциатор 15, первый блок 16 определения модуля, первый источник 17 эталонного напряжения, первый компаратор 18, второй компаратор 19, второй источник

20 эталонного напряжения, второй 35 оптимизации соединен с третьим входом цифрового блока 14 регулируемой задержки. Введение в устройство дополнительных блоков и связей между ними обеспечивает поиск оптимального управления, исходя иэ минимизации времени переходного процесса при переводе объекта из начального установившегося состояния в заданное конечное, что позволяет повысить точность решения.

Устройство может быть использовано для определения оптимального по быстродействию программного управления для теплофизического объекта

2 ил. блок 21 определения модуля, дифферент циальный усилитель 22, элемент И 23,,триггер 24.

Блок 13 оптимизации содержит диф.реренцирующую цепочку 25, элемент И

26, счетчик 27, регистр 28, цифровой компаратор 29, Цифровой блок 14 регулируемой задержки содержит первый счетчик 30, второй счетчик 31, цифровой компаратор 32.

RC-сетка 1 является основным блоком устройства, состоит из узловых емкостей и резисторов и включает в себя блок задания начальных условий.

В результате интегрирования исходных уравнений на RC-сетке 1 формируется текущее значение вектора состояния управляемого объекта.

Блок 8 ограничителей состоит иэ отдельных независимых ограничителей, причем порог срабатыван < каждого из них равен напряжению. соответствующему допустимой скорости изменения входной регулируемой величины для.ограничителя 8 ° 1 или допустимому уровню температурного градиента для заданных точек для ограни чителей о. 8,2 до 8.k.

Блок 12 служит для определения момента времени окончания переходного процесса. Перевод объекта иэ одного в другое установившееся состояние на

Фаэовой плоскости (х„ и х ), где 1П т причем (U — напряжение, соответствующее температуре статирования; 0„ напряжение, соответствующее темпера- 5 туре в контрольной точке), представляет собой перевод изображающей точки иэ некоторого исходного состояния в некоторую Е-окрестность начала координат (l х„((Е и! Х 44 Е) . Момент попадания изображающей точки фазовой траектории в Е-окрестность классифицируется блоком 12 как момент окончания переходного процесса, т. е. выхода . объекта в режим.

Блок 13 оптимизации служит для реализации алгоритма поиска времени форсажного разгона, при котором обеспечивается минимальное время переходного процесса. После каждого перевода объекта из начального состояния в конечное блок 13 произодит сравнение времени переходного процесса для предыдущего и текущего циклов решения.

В результате сравнения блок 13 принимает одно из двух решений. Если выполняется условие, что время переходного процесса в текущем цикле меньше вре— мени переходного процесса в предыдущем цикле, то увеличивается время ЗО форсажного разгона на временный шаг и осуществляется следующий цикл решений. Если условие не выполняется, то это означает, что время переходного процесса при найденном времени форсаж-З ного разгона является минимальным.

Цифровой блок 14 регулируемой задержки служит для задания в процессе поиска времени форсированного раэго- 4О ,нй, т. е. момента переключения управления с форсированного разгона в режим статирования.

Устройство работает следующим образом.

Рассмотрим работу устройства, где ,в качестве объекта управления возьмем, например, термостатирующее устройство.

До начала работы оператор устанавливает счетчик 3 1, определяющий время задержки, в нулевое состояние и записывает в счетчик 27 максимально возможный код.

Импульс подготовки ь, с инверсного выхода первого генератора импульсов устанавливает начальные условия в

RC-сетке 1, устанавливает счетчик 30,.

1249549 4 и триггер 24 в единичное состояние, также производит перезапись кода с выхода счетчика 27 в регистр 28, Пе- редним фронтом импульса решения с прямого выхода первого генератора импульсов производится установка триггера 7 в единичное состояние и через дифференцирующую цепочку 25 счетчик

27 сбрасывается в нуль. Под действием импульса с единичного выхода триггера

7 коммутатор 4 подключает выход блока

5 задания максимально допустимого входного возмущения к входу компара- тора 3, а выход блока 5 задания эталонного напряжения при этом отключается. На остальных входах компаратора 3 напряжения в начальный момент времени равны нулю. Таким образом, компаратор 3 переводит управляемый стабилизатор 2 тока на полную мощность, определяя тем самым начало форсированного выхода объекта в режим. На второй и третий входы компаратора 3 поступают сигналы отрицатель. ной обратной связи с выхода и входа

RC-сетки 1. При этом компаратор 3 перебрасывается в другое состояние в двух случаях: при достижении предельно допустимого значения напряжения на входе объекта или при срабатывании хотя бы одного из ограничителей блока 8. Последний срабатывает при превышении градиента любой выходной точки объекта относительно входной или при превышении допустимой величины скорости нарастания входного напряже ния.

Таким образом, до того момента, пока входные и выходные координаты не достигнут своих предельных значений, объект движется к конечному сос тоянию с максимальной скоростью при предельном значении управляющего воз.действия. Как только происходит превышение хотя бы одного из наложенных ограничений, то управляющее воздействие на выходе компаратора меняет

:свой знак на обратный. Объект начинает двигаться с максимальной скоростью в обратную сторону и снова при переходе границы области допустимых зна-чений его координат управляющее воздействие меняет свой знак. Таким образом организуют движение объекта на границе области допустимых значений его входных и выходных координат до окончания переходного процесса.

Поиск оптимального по быстродействию управления объектом с распреде

1249549 ленными параметрами на предлагаемом, устройстве заключается в пошаговом (от цикла к циклу решения) изменении времени форсированного разгона с помощью блока 14 регулируемой задержки.

На первом цикле решения, когда определяется время переходного процесса без форсированного разгона, триггер

7 перебрасывается в нулевое состояние сразу же с приходом первого импульса 10 с второго генератора 11.

В каждом цикле решения счетчик 27 считает импульсы с второго генератора

11 до, момента перевода триггера 24 в нулевое состояние, а счетчик 30 — до окончания импульса решения ь„ . При окончании переходного процесса срабатывает триггер 24 и прекращает счет импульсов с второго генератора 11

l счетчиком 27. Этот импульс, поступая на компаратор 29, разрешает сравнение кодов регистра 28 и счетчика 27, Так как в начальный момент времени в ре 5 гистре 28 записан максимально возможный код, то на выходе цифрового ком паратора 29 появляется импульс, который увеличивает код счетчика 31 на единицу. В следующем цикле решения переход с форсированного режима наре- 30 жим статирования задерживается на время, соответствующее периоду следования импульса (лГ.) с второго генератора 11, Во всех последующих циклах это время увеличивается на pt до тех пор, пока 35 при сравнении кодов регистра 28 и счетчика 27 последний не уменьшится.

Если в каком-то цикле решения код счетчика 27 превысит код регистра 28, то не появится импульс на выходе циф-40 рового компаратора 29 и во всех последующих циклах не произойдет изменение длительности форсированного разго. на, т. е. определенное время форсированного разгонаобеспечивает минималь-45 ное время переходного процесса. Время форсированного разгона определяется кодом N записанным в счетчике 31, и, равно N ° zt.

Формула изобретения устройство для моделирования оптимальной системы управления, содержащее RC ñåòêó, информационный вход ко-55 торой соединен с выходом управляемого стабилизатора тока, вход которого со единен с выходом компаратора, блок ограничителей, выход управляемого стабилизатора тока соединен с первым входом компаратора, входом одного ограничителя и с первыми входами других ограничителей блока, вторые входы других ограничителей блока подключены к группе выходов RC-сетки, выходы ограничителей блока через элемент ИЛИ соединены с вторым входом компаратора, третий вход которого подключен к выходу коммутатора, выходы блока задания максимально допустимого входного воздействия и блока задания эталонного напряжения соединены соответственнЬ с первым и вторым информационными входами коммутатора, первый и второй управляющие входы которого подключены к прямому и инверсному выходам триггера соответственно, нулевой вхо6, которого соединен с выходом цифрового блока регулируемой задержки, первый вход установки в исходное состояние цифрового блока регулируемой задержки и управляющий вход RC-сетки соединень1 с инверсным выходом первого генератора импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены блок

I определения окончания переходного процесса, блок оптимизации и второй генератор импульсов, причем блок определения, окончания переходного процесса содержит первый и второй компараторы, первый и второй источники эталонного напряжения, первый и второй блоки определения модуля, дифференциатор, дифференциальный усилитель, элемент И, триггер, единичный вход которого соединен с выходом элемента.

И, первый и второй входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов соответственно, первый... вход первого компаратора соединен через первый блок определения модуля с выходом дифференциатора, второй вход первого компаратора подключен к выходу первого источника эталонного напряжения, первый вход второго компаратора через второй блок определения модуля соединен с выходом дифференциального усилителя, второй вход второго компаратора подключен к выходу второго источника эталонноГо напряжения, причем первый вход дифференциального усилителя является первым входом блока определения окончания переходного процесса и подключен к выходу блока задания эталонного на

Пряжения устройства, второй вход диф1 249549 фиг Р

Корректор М.Демчик

Техред В.Кадар

Редактор Л.Гратилло Заказ 4327/51

Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4 ференциального усилителя и вход дифференциатора являются вторым входом блока определения окончания переходного процесса и соединены с соответствующим выходом группы RC-сетки, 5 единичный вход триггера является третьим входом блока определения окончания переходного процесса и подключен к инверсному выходу первого генера| тора импульсов, выход триггера является выходом блока определения окончания переходного процесса и соединен с первым входом блока оптимизации, включающего элемент И, дифференцирующую цепочку, счетчик, регистр, ком- 15 паратор первый информационный вход которого соединен с информационным выходом регистра, информационный вход которого и второй информационный вход компаратора соединены с информационным выходом счетчика, счетный вход и вход установки нуля которого подключены к выходам элемента И и дифференцирующей цепочки соответственно, причем первый вход элемента И и строби- 2 рующий управляющий вход компаратора являются первым входом блока оптими- зации, вход дифференцирующей цепочки и второй вход элемента И являются вторым входом блока оптимизации и соединены с прямым выходом первого генератора импульсов, вход раэрешейия записи регистра, третий вход элемента

И и вход записи максимального кода счетчика являются третьим, четвертым и пятым входами блока оптимизации соответственно, выход которого является выходом компаратора и подключен к входу определения времения форсированного разгона цифрового блока регулируемой задержки, информационный вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов, выход которого подключен к четвертому входу блока оптимизации, инверсный выход первого генератора импульсов соединен с третьим входом блока оптимизации, прямой выход первого генератора импульсов подключен к единичному входу триггера устройства, установочный вход устройства соединен с пятым входом блока оптимизации и с вторым входом установки в.исходное. состояние цифрового блока регулируемой задержки.