Двухканальный экстремальный регулятор

 

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для управления различными объектами с экстремальными характеристиками, преимущественно малоинерционными. Цель изобретения - повьшение быстродействия регулятора. Регулятор содержит управляемый генератор ортогональных сигналов 1, два канала формирования поискового сигнала 2, 3, триггер и1митта 4, дифференциатор 5, одновибратор 6. Повышение быстродействия достигается за счет независимого поиска с помощью непрерьшного поискового сигнала, при котором каждьй последующий цикл производится с учетом координат экстремума, найденных в предыдущем цикле, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 1 G 05 В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4286952/24-24 (22) 16.07.87 (46) 15,12.88. Бюл, У 46 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) М.С,Данилов, Б.И.Ивлев, Л.Д.Старик и P.Ò,Ñóëàéìàíoâ (53) 62-50(088 ° 8) (56) Растригин Л.А. Системы экстремального управления. M. Наука, 1974, с.591-592.

Авторское свидетельство СССР

1) 1173392, кл. G 05 В 13/02, 1984. (54) ДВУХКАНАЛЬНЬЙ ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР (57) Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для управления различными объектами с экстремальными характеристиками, преимущественно малоинерционными. Цель изобретения — повьппение быстродействия регулятора, Регулятор содержит управляемый генератор ортогональных сигналов 1, два канала формирования поискового сигнала 2, 3, триггер

Шмитта 4, дифференциатор 5, одновибратор 6. Повышейие быстродействия достигается sa счет независимого поиска с помощью непрерывного поискового сигнала, при котором каждый последующий цикл производится с учетом координат экстремума, найденных и предыдущем цикле. 5 ил.

1444713

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для управления различными объектами с экстремальными характеристиками, преимущественно малоинерционными, Цель изобретения — повышение быстродействия регулятора путем. использования независимого поиска с помощью непрерынного поискового сигнала.

На фиг.1 приведена функциональная схема двухканального экстремального регулятора; на фиг.2 — электрическая схема. управляемого генератора ортогональных сигналов; на фиг.3 — 5— графики, поясняющие работу устройства, Регулятор (фиг.1) содержит управ— ляемый генератор ортогональных сигналов 1, каналы формирования поиско.вого сигнала 2 и 3, триггер В!митта 4., дифференциатор 5, однонибратор 6, первый ключ 7, первый масштабирую- 25 щий резистор 8, емкостнои делитель

9, второй масштабирующий резистор 10, усилитель 11, первый повторитель 12, второй ключ 13, конденсатор 14, второй повторитель 15 и третий мас- 30 штабируюший резистор 16, Управляемый генератор 1 ортого,нальных сигналон (фиг.2) содержит коммутируемый по входу антогенератор

17 прерывистых (антомодулированных) колебаний, эмиттерный повторитель 18 и фазорасщепитель 19 в ниде двух фазосдвигающих КС"цепочек с общим входом, которые являются выходами генератора 1 (разность фаз выходных cHT налов составляет (+90) и ч:(-907 знак роли не играет, цепь автосмещения 20. На фигурах введены также обозначения сигналов на выходе генератора (11 21 (фиг,3), траектории движения ZZ — 24 (фиг,4), импульсы

25 — 29 (фиг. Я, общая шина 30.

Устройство работает следующим образом.

Б исходном состоянии, когда система авторегулирования разомкнута, напряжение на входе регулятора U

0» 0, Напряжение на выходе триггера 4

Бтц = U»»„», генератор 1 и ключи

7, 13 выключены, напряжения на конденсаторе 14 и выходах регулятора равны нулю.

При замыкании системы авторегулирования на вход регулятора поступает напряжение, свидетельствующее о состоянии объекта регулирования, кото-. рое по определению является показателям качества объекта Q (Х,,Х ), где Х, и Х вЂ” входные (управляемые) параметры,,Путем преобразования выходного параметра .." (Х„,Х ) всегда можно получить Q(X,,Õ ) в виде напряжения требуемой полярности. B дальнейшем для определенности будем считать, что Q (Х,,Х ) =Uв, 0 °

При увеличении Н от, 0 до Пн» =

l 1

BX

=Е„, где Š— порог срабатывания трйггера 4, напряжение íà его выходе скачком увеличивается до значения

Б ш, ., Запускается автогенератор

17 и одновременно открывается ключ 7, при этом генерируемые сигналы с выходов генератора 1 проходят через делитель 9, резис-ор 1О и усилитель

11 па выходы регулятора, За полный период генерируемого колебания Т„ напряжения П, Б на выходах регулятора дважды проходят экстремальные значения противоположных знаков, Соотнетстнулмцие им параметры объекта

Х,, Х,„и Q = Ц »изменяются от минимальHîãо до максимального в пределах данного периода значений, т. е. про— исходит сканирование. В каждом пос;-,гдующем периоде амплитуды сканирования экспоненциально нарастают (график на фиг.3) . Ортогональность напряжений U< и U< позволяет рассматривать процесс экстремального поиска в виде некоторой функции на фазовой плоскости с декартовыми координатами Б„,Б

Зацадим ее в виде

1» 1)3 4 2

Уравнения ортогональных составляющих н параметрическом ниде

Б =P(t) cosg t, U<=R(t) sinQt (2) где Р (t) =Р (oo) (1-ехр (-t/ с „ )) (3)

R (t) =Б. (ж>) 11-ерх (-t/ ка)) бающие радиоимпульсы 21 на переднем фронте;

Р()=(и,„„ =Р, К(ж)= U,„.„, =

=.R — максимальные значения амплитуд поисковых сигналов в установившемся режиме генерации при t » ao .

Различие между значениями P u R обусловлено различием регулировочным характеристик исполнительных устройств систем по параметрам Х и Х . Требуе14447 мое в каждом конкретном случае отношение Р/R устанавливается выбором коэффициента усиления усилителя 11 в каналах регулятора.

Выражения (1)"(3) образуют систему

/ уравнений эллиптической разворачивающейся спирали с шагом, убывающим по экспоненциальному закону. Аналогичным образом можно составить систему 10 уравнений сворачивающейся эллиптической спирали, соответствующей спаду импульса (фиг.3).

Закон изменения модулирующего сигнала не играет существенной роли, в 15 частности, огибающая радиоимпульсная может подчиняться гармоническому закону. Существенным является непрерывный характер функций P(t) и R(t),÷òî необходимо для реализации описываемо- 20

ro алгоритма поиска.

На фиг. 4 показана траектория (22) движения по разворачивающейся спирали точки А, принадлежащей функции

Р (Ut,U ) ° Точка А на фазовой плоскости соответствует экстремальному состоянию объекта: E}(A )=U (А )=О, Точность регулирования определяется областью допустимых отклонений координат экстремума от точки А, кото- 30 рая в свою очередь зависит от порогов

tt ( отпускания F, и срабатывания Е триго И гера 4. Е „ Е „на величину гистерезиса триггера 4. Границы областей представляют собой эллипсы 23 и 24, соотношение полуосей которых равно

P/R.

Сканирование ортогональных напряжений по гармоническому закону с на- 4

40 расФанием амплитуды соответствует . движению точки А из нулевой координаты по спирали, приближающейся к точке Ао При пересечении границы, обозtt наченной эллипсом 23, U =Е и триг- 4

sx 45

rep 4 выключается (U, =UTt„»„) ° 3a счет инерционности процесса регулирования, обусловленной задержкой исполнительных устройств, самого объекта регулирования, преобразователя выходного параметра объекта, а также элементов регулятора момент установления экстремума несколько запаздывает. Точка А<, соответствующая моменту остановки поиска, находится внутри области, ограниченной эллипсом 23. Автогенератор 17 и ключ 7 выключаются, а напряжения Uq и U< соответсТвующие А1, запоминаются вде13

4 лителе 9 (точнее, запоминаются значеHHH Ut /К t H U /Кt,) гJle Кo) КО фициент усиления усилителя ll). Пос кольку выходное сопротивление ключа

7 велико, то для запоминания напряжений на делителе 9 необходимо, чтобы либо цепь разряда была достаточно высокоомной, либо происходила подзарядка от другого источника, согласованного с делителем 9 по напряжению. Последнее обладает преимуществом, так как одновременно позволяет осуществлять каждый последующий цикл поиска с учетом координат экстремума, найденных в предыдущем цикле, что непосредственно связано с повышением быстродействия регулятора. Такая задача решается с помощью второго запоминающего устройства, выполненного на элементах 12 — 15.

При выключении триггера 4 в момент времени (A<) запускается одновибратора 6 импульсом на выходе дифференциатора 5, фронт которого совпадает со спадом импульса триггера 4 (фиг.5).

Импульс, сформированный одновибратором 6, открывает ключ 13 и напряжение с выхода делителя 9 через повторитель 12 и ключ )3 заряжает конденсатор 14, коэффициенты передачи повторителя 12 и ключа 13 близки к единице. Процесс заряда конденсатора

14 достаточно кратковременный, так как выходное сопротивление открытого ключа велико. Повторитель 12 служит для развязки между делителем 9 и конденсатором 14 (благодаря высокому входному сопротивлению повторителя

12 разряда конденсатора нижнего плеча делителя 9 не происходит). В дальнейшем напряжение на делителе 9 поддерживается повторителем 15, к входу которого подключен конденсатор 14.

Цепь разряда конденсатора 14 образуется параллельным соединением выходного сопротивления разомкнутого ключа 13 и входного сопротивления повто" рителя 15, каждое из которых высоко, благодаря чему напряжение на конденсаторе 14 изменяется медленно. На фиг.4 этому процессу соответствует отрезок А А < траектории 22, на фиг. 5— графики 25-29 на интервале времени

,-t между импульсами триггера 4.

Медленному разряду конденсатора 14 (график 27) соответствует аналогич ное изменение напряжений U<, U< (график 28) и Us„(ãðàôèê 29). Особенность

144471 3

Резистор 16 служит для предотвращения шунтирования поискового сигнала низкоомным выходным сопротивлением повторителя 15. Совместно с резистором 10 он образует делитель напряжения, необходимый для выравнивания напряжений, приходящих на вход . усилителя 11 с делителя 9 и повторителя 15. -В противном случае при "перезаписи" напряжения.с выхода делителя 9 на конденсатор 14 и передаче его через повторитель 15 произойдет скачок величины этого напряжения,так как коэффициенты передачи блоков 12, 13 .и 15 несколько меньше единицы.

Независимый от состояния объекта регулирования (точнее, релейный) характер поиска с помощью непрерывного .сигнала практически не накладывает ограничений на быстродействие, поскольку исключаются потери времени на пошаговую обработку информации, а также автогенераторы гармонических колебаний, в отличие от релаксационных (импульсных), имеют значительно

50 последнего состоит в том, что "естественное" его постепенное приближение к порогу Е сопровождается флук-! и туацией за счет изменения координат экстремума во времени, обусловленной воздействием на объект регулирования внешних факторов.

За интервал времени t,-(между двумя циклами поиска конденсатор 30 (в ерхнег о плеча) делителя 9 должен быть разряжен через резистор З.для того, чтобы при включении ключа 7 конденсатор делителя 9 скачком не разрядился через относительно низкое 15 внутреннее сопротивление ключа 7. В то же время разряд через резистор 8 .не должен сопровождаться заметным изменением напряжения на входе усилйтеля 11. 20

С момента t пов-орного срабаты( вания триггера 4 начинается второй цикл поиска при открывании. ключа 7. .С коэффициентом передачи, близким к ,величине R gg / (R(g К (6 ) суммарное EIG пряжение поступает на вход усилителя 11 и усиленное в К, раз — на выход регулятора. Второй и последующие циклы поиска заканчиваются за долю периода Т, На фиг.4 второму циклу 30 поиска соответствует отрезок А A траектории 22, а на фиг.5 — графики

25=-29 на интервале времени .й — t э более широкий диапазон генерируемых частот.

Сложение поискового сигнала с напряжением, запомненным в делителе 9 в предыдущем цикле, позволяет снизить время поиска до долей периода генерируемого сигнала, что дополнитсльно усиливает положительный эффект данного решения, При этом первый наиболее продолжительный цикл шоиска (фиг.5) можно рассматривать как начальный переходный процесс, свойственный практически любой, например, радиоэлектронной системе в момент ее включения.

Независимый характер поиска обеспечивает "развязку" между входным и выходными сигналами регулятора, т.е. разрыв обратной связи на время поиска, Этим достигается большая, чем при других алгоритмах регулирования, устойчивость систеиы к самовозбуждению, Ф о р и у л а и з о б р е т е н и я

Двухканальный экстремальный регулятор, содержащий управляемый генератор ортогональньгх сигналов, первый выход которого подключен к информа. ционному входу первого канала формирования поискового сигнала, выход которого подключен к первому выходу регулятора, второй канал формирования поискового сигнала, выход которого подключен к второму выходу регулятора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия регулятора, в него введены триггер Шмитта, дифференциатор и одновибратор,: причем вход триггера

Шмитта соединен с входом регулятора, а выход триггера Шиитта соединен с первьп(и управляюшиии входами первого и второго каналов формирования поискового сигнала, с входом дифференциатора и с управляюпим входом управляемого генератора ортогональных сигналов, второй выход которого соединен с информационным входом второго канала формирования поискового сигнала, второй управляющий вход которого соединен с вторым управляющим входом первого канала формирования поисково-. го сигнала и с выходом одновибратора, подключенного входом к выходу дифференциатора, а каждь(й канал формиро1444713 вания поискового сигнала содержит первый и второй ключи, первый, второй и третий масщтабирующие резисторы, емкостный делитель, усилитель, первый и второй повторители, разделительный конденсатор, причем управляющий вход первого ключа соединен с первым управляющим входом канала формирования поискового сигнала, ин- 1Q формационный вход которого соединен с информационным входом первого ключа, подключенного выходом к первому выводу первого масщтабирующего резистора и к входу емкостного делите- 15 ля, выход которого соединен с входом первого повторителя и через второй резистор — с входом усилителя, выход которого подключен к выходу канала формирования поискового сигнала, второй управляющий вход которого соединен с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу первого повторителя, а выход — к первому выводу разделительного конденсатора и к входу второго повторителя, выход которого соединен через третий мас" штабирующий резистор с входом уси" лителя, вторые выводы первого масштабирующего резистора и разделитель" ного конденсатора соединены с общей шиной.

1444713

Составитель Е.Власов

Текред Л. Олийнык Корректор Н. Король

Редактор Н.Горват

Заказ 6505/45 Тираж 8бб Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое. предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4